Файл: М. Н. Назаров, Ю. И.docx

Константа зависит от природы реагирующих веществ, от температуры и не зависит от концентраций веществ. Независима она и от присутствия катализаторов. Изменение концентраций любого из веществ, составляющих равновесную систему, влечет за собой изменение концентраций всех остальных веществ, в итоге устанавливаются новые концентрации, но соотношение между ними вновь отвечает константе равновесия.

Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесию называется смещением химического равновесия. Направление этого смещения подчиняется принципу Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать какое- либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.

Константа равновесия химической реакции связана со стандартным изменением энергии Гиббса этой реакции уравнением

G = - 2,3RTlgK

Анализ уравнения показывает, что при отрицательных значениях G равновесие смещено в направлении прямой реакции, и выход продуктов сравнительно велик, при положительном знаке G⁰ равновесие смещено в сторону обратной реакции, и выход продуктов прямой реакции сравнительно мал.

Примеры решения задач

Пример 1. Сместится ли равновесие системы

4HCl_(г)+O_2(г)2Cl_2(г)+2H₂O_(г)+Q

если повысить давление в 2 раза; если повысить температуру ?

Решение. По закону действия масс имеем

V₀ = k HCl ⁴ O₂ , V₀ = k Cl₂ ² H₂O ²

Для веществ в газовой фазе повышение давления в системе означает увеличение их концентраций в соответствующее число раз.

Тогда

или

V = k 2HCl ⁴ 2O₂ , V = k 2Cl₂ ² 2H₂O ²

V = 2⁴ 2 k HCl ⁴ O₂= 32V₀, V = 2² 2² k Cl₂ H₂O = 16V₀

То есть, скорость прямой реакции возрастет в 32 раза, а скорость обратной -

в 16 раз.

Таким образом, равновесие системы нарушится и сместится в сторону прямой реакции.

На этот же вопрос можно ответить, используя принцип Ле Шателье .

Равновесие системы при повышении давления сместится так, чтобы ослабить это воздействие, т.е. в сторону реакции, идущей с понижением давления. А понижается давление по прямой реакции, т.к. она протекает с уменьшением числа газообразных молекул (обратная реакция идет, соответственно, с повышением давления). Следовательно, повышение давления в данной равновесной системе приведет к смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Принцип Ле Шателье дает ответ и на второй вопрос задачи. При повышении температуры равновесие системы сместится так, чтобы ослабить это воздействие, т.е. в сторону реакции, идущей с поглощением тепла. По условию задачи прямая реакция - экзотермическая, идет с выделением тепла, значит, обратная - эндотермическая, идет с поглощением тепла. Следовательно, повышение температуры приведет к смещению равновесия в сторону обратной реакции.

В реальности закон действия масс неприменим к данной реакции в целом, поскольку одновременное столкновение более чем трех частиц крайне маловероятно. Реакции, в уравнения которых входит большее число частиц, протекают в несколько стадий, и закон действия масс применим лишь к отдельным стадиям процесса.

Пример 2. В системе А_(г) + 2В_(г) С_(г) равновесные концентрации равны: А = 0,06 моль/л; В = 0,12 моль/л; С = 0,216 моль/л. Найти константу равновесия и исходные концентрации веществ А и В.

Решение

Подставляем данные задачи в выражение константы равновесия: К= С _р / ( А _р В ²_р) = 0,216 / (0,06 0,12²) = 250

Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, если

известно изменение концентрации одного из веществ, то по уравнению реакции можно найти изменения концентраций всех других веществ, составляющих реакционную систему. Согласно уравнению реакции, из 1 моля А и 2 молей В образуется 1 моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моля вещества С, то при этом было израсходовано 0,216 моля А и 0,216 2=0,432 моля В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

А ₀ = 0,06+0,216 = 0,276 моль/л

В ₀ = 0,12+0,432 = 0,552 моль/л

Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы ^СО(г)^+Н2^О(г) ^СО2(г)^+Н2(г)

при 850⁰С равна 1. Вычислить равновесные концентрации веществ,

если исходные концентрации : СО ₀=3 моль/л, Н₂О ₀=2 моль/л.

Решение

Выражение константы равновесия данной реакции К= СО₂ _р Н₂ _р / СО _р Н₂О _р

Пусть к моменту равновесия концентрация СО₂ _р= х моль/л. Согласно уравнению реакции число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х) СО и Н₂О расходуется для образования х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех веществ:

СО₂ _р= Н₂ _р= х моль/л; СО _р=(3-х) моль/л; Н₂О _р=(2-х) моль/л Тогда

1=х² / (3-х)(2-х); х²=6-2х-3х+х²; 5х=6; х=1,2 моль/л. Искомые равновесные концентрации:

СО₂ _р=1,2 моль/л Н₂ _р=1,2 моль/л

СО _р=3-1,2=1,8 моль/л Н₂О _р=2-1,2=0,8 моль/л

4. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75⁰С ?

Решение