A kémiai egyensúly állapota számos tényezőtől függ: hőmérséklet, nyomás, reagensek koncentrációja. Nézzük meg részletesebben ezeknek a tényezőknek a hatását.

Egy egyensúlyi rendszer összetevőinek koncentrációjának változása állandó hőmérsékleten eltolja az egyensúlyt, azonban az egyensúlyi állandó értéke nem változik. Ha a reakcióhoz megnöveljük az A (vagy B) anyag koncentrációját, akkor az előrehaladó reakció sebessége nő, és a fordított reakció sebessége nő. kezdeti pillanat az idő nem fog változni. Az egyensúly megbomlik. Ekkor a kiindulási anyagok koncentrációja csökkenni kezd, a reakciótermékek koncentrációja pedig növekedni fog, és ez addig folytatódik, amíg új egyensúly be nem áll. Ilyen esetekben azt mondjuk, hogy az egyensúly a reakciótermékek képződése felé tolódik el, vagy jobbra tolódik el.

Ugyanígy érvelve határozd meg magad, hogy hova tolódik el az egyensúly, ha a C anyag koncentrációja nő; csökkenti a D anyag koncentrációját.

A komponensek koncentrációjának változtatásával az egyensúly a kívánt irányba tolható el, növelve vagy csökkentve a reakciótermékek hozamát; a kiindulási anyagok teljesebb felhasználására törekszenek, vagy fordítva,

A második feladat elvégzéséhez emlékeztetünk arra, hogy a direkt reakció addig megy végbe, amíg az A vagy B komponensek egyike véget nem ér. A reakcióegyenletből látható, hogy a reaktánsok ekvimoláris * mennyiségben reagálnak, sőt koncentrációjuk az a probléma állapota. Ezért az A és B anyagok egymásra reagálva egyszerre fejeződnek be. A reakcióegyenletből az is látható, hogy egy mól A anyag átalakulásakor két mól C és egy mól D anyag képződik, ezért ezekből még néhány hozzáadódik a C és D anyag mennyiségéhez. már benne van a rendszerben. Egy egyszerű számítás után megkapjuk a kívánt eredményt:

[A] = [B] = 0 mol/l; [C]=2+2=4 mol/l; [D] = 2 + 1 = 3 mol/l.

Végezzen el hasonló érvelést a harmadik feladatnál, ne feledje, hogy a C és D anyagok 2:1 arányban reagálnak, és a számítást a hiányos anyag mennyisége szerint kell elvégezni (definiálja ezt az anyagot). Végezze el a számításokat, és kapja meg az eredményt:

[A] \u003d [B] \u003d 1 + 2/2 \u003d 2 mol/l; [C] = 0 mol/l; [D] = 2-2/2 = 1 mol/l.

Az A + B C + D reakció egyensúlyi állandója eggyel egyenlő. Kezdeti koncentráció [A]o = 0,02 mol/l. Az A anyag hány százaléka fog átalakulni, ha a [B]o kezdeti koncentráció 0,02; 0,1; 0,2?

Jelölje x-szel az A anyag egyensúlyi koncentrációját, és írja fel az egyensúlyi állandó kifejezését. A B anyag egyensúlyi koncentrációja is egyenlő lesz x-szel. A reakciótermékek (C és D) koncentrációja megegyezik egymással, és 0,02x. (Mutasd be ezt a reakcióegyenlet segítségével.)

Írjunk egy kifejezést az egyensúlyi állandóra.

Kravn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / x2 \u003d 1

Az x egyenletének megoldása után a következő eredményt kapjuk: x \u003d 0,01. Következésképpen az első esetben az A anyag fele (vagy 50%-a) átalakult.

A második esetben az egyensúlyi állandó egyenlő lesz

Kravn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / (0,1 - (0,02 - x)) \u003d 1

Szerezze meg ezt a kifejezést, és az egyenlet megoldása után ellenőrizze az eredményt (x = 0,003). Ezért (0,02 - 0,003) mol A anyag lépett be a reakcióba, ami 83,5%.

Oldja meg saját maga a feladatot a harmadik esetre, és oldja meg ugyanazt a feladatot is, x-szel jelölve a reagált anyag mennyiségét.

A kapott eredményekből fontos következtetést lehet levonni. Az állandó egyensúlyi állandó mellett reagáló anyag arányának növeléséhez a rendszerben a második reagens mennyiségét kell növelni. Hasonló probléma merül fel például a hulladék vegyi úton történő újrahasznosításakor.

A hőmérséklet emelkedésével mind az előre, mind a fordított reakció sebessége nő, de ha az előremeneti reakció endoterm (?Н > 0), akkor a közvetlen reakció sebessége jobban megnő, mint a fordított reakció sebessége. és az egyensúly a termékek képződése felé, vagy jobbra tolódik el. Az előre irányuló reakció (exoterm reakció) negatív termikus hatására a fordított reakció sebessége erősebben növekszik, és az egyensúly balra tolódik el.

Tekintsd meg magadnak az egyensúlyi állapot csökkenő hőmérséklettel történő eltolásának minden lehetséges esetét.

Az 5. ábrán látható, hogy az E "a - E" a különbség egyenlő a reakció α H értékével, ami azt jelenti, hogy az egyensúlyi állandó értéke a reakció termikus hatásának nagyságától függ, pl. hogy a reakció endo- vagy exoterm.

Egyes reakciók egyensúlyi állandója 293°K-on 5 10-3, 1000°K-on pedig 2 10-6. Mi a jele ennek a reakciónak a termikus hatásának?

A probléma körülményeiből az következik, hogy a hőmérséklet emelkedésével az egyensúlyi állandó csökken. Használjuk a (22) kifejezést, és megnézzük, mi legyen a reakció DH előjele ahhoz, hogy az állandó csökkenjen.

Kequiv. bemutatott exponenciális függvény, melynek értéke csökkenő argumentum mellett csökken, esetünkben a ДH/RT kifejezés értéke. Ahhoz, hogy az argumentum értéke csökkenjen, a DH értékének negatívnak kell lennie. Ezért a vizsgált reakció exoterm.

A nyomásváltozás észrevehetően befolyásolja a gáznemű komponenseket tartalmazó rendszerek állapotát. Ebben az esetben összhangban gáztörvények változás történik a rendszer térfogatában, és ez a gáz halmazállapotú anyagok koncentrációjának (illetve parciális nyomásának) megváltozásához vezet. Tehát a nyomás növekedésével a térfogat csökken, és a gáznemű anyagok koncentrációja nő. A koncentráció növekedése, amint azt már tudjuk, az egyensúly eltolódásához vezet egy olyan reagens fogyasztása felé, amely növelte a koncentrációját. Ebben az esetben kissé másként is megfogalmazható. ?A nyomás növekedésével az egyensúly a kisebb mennyiségű gáz halmazállapotú anyag felé tolódik el, vagy egyszerűbben a gáznemű anyagok molekuláinak számának csökkenése felé. A szilárd és folyékony anyagok koncentrációja nem változik a nyomás hatására.

Tekintsük az ammónia nitrogénből és hidrogénből történő szintézisének klasszikus példáját

3H2 + N2 - 2NH3, (DN< 0).

Mivel a rendszer csak gáz halmazállapotú anyagokból áll, és amikor ammónia keletkezik, a molekulák száma csökken, akkor a nyomás növekedésével az egyensúly jobbra tolódik, a nagyobb ammónia kibocsátás felé. Ezért az ammónia ipari szintézisét megemelt nyomáson végzik.

Javasold magad hőmérsékleti viszonyok ammónia szintézis, a reakció termikus hatásának ismeretében és a termék maximális hozamának függvényében. Hogyan kapcsolódnak ezek a feltételek a folyamat kinetikai tényezőihez?

Hogyan befolyásolja a nyomásnövekedés az alábbi reakciók egyensúlyát?

kémiai kinetikai katalizátor inhibitor

CaCO3 (c.) - CaO (c.) + CO2 (g);

4Fe(c.) + 3O2(g.) - 2Fe2O3(c.).

Az első reakcióban csak a szén-dioxid CO2 gáznemű, ezért a nyomás növekedésével az egyensúly balra tolódik el, a gáznemű anyag mennyiségének csökkenése felé.

Tekintse meg a második esetet.

Hogyan kell ezekben a reakciókban a nyomást változtatni, hogy nagyobb termékhozamot érjünk el?

Az egyensúlyi rendszer állapotának külső hatások hatására bekövetkező változásának minden esete általánosítható a Le Chatelier-elv megfogalmazásával:

Ha egy egyensúlyban lévő rendszernek van kitéve külső hatás, akkor az egyensúly abba az irányba tolódik el, amely a külső hatás hatását gyengíti.

Ellenőrizze, hogy a Le Chatelier-elv minden fent említett esetben teljesül-e.

Mondjon saját példákat az egyensúlyi eltolódásokra, amikor a külső feltételek megváltoznak, és magyarázza el azokat Le Chatelier elve alapján.

Tehát megvizsgáltuk a kémiai reakciók lefolyásának törvényeivel kapcsolatos főbb kérdéseket. Ezen minták ismerete lehetővé teszi bizonyos folyamatok végrehajtási feltételeinek érdemi befolyásolását az optimális eredmény elérése érdekében.

Kérdések az önkontrollhoz

• 1. Milyen reakciókat nevezünk reverzibilisnek?
• 2. Hogyan és miért változik az előre és fordított reakciók sebessége az idő múlásával?
• 3. Mit nevezünk kémiai egyensúlynak?
• 4. Mennyiségileg milyen érték jellemzi a kémiai egyensúlyt?
• 5. Mi határozza meg az egyensúlyi állandó értékét: a reagáló anyagok koncentrációja; a reaktánsok természete; össznyomás; hőfok; katalizátor jelenléte?
• 6. Melyek a valódi kémiai egyensúly jellemzői?
• 7. Mi a különbség a hamis kémiai egyensúly és a valódi egyensúly között?
• 8. Adja meg Le Chatelier elvének megfogalmazását!
• 9. Fogalmazd meg Le Chatelier elvének következményeit!

A rendszer paramétereinek vizsgálata, beleértve a kiindulási anyagokat és reakciótermékeket, lehetővé teszi számunkra, hogy megtudjuk, milyen tényezők tolják el a kémiai egyensúlyt és vezetnek a kívánt változásokhoz. Le Chatelier, Brown és más tudósok reverzibilis reakciók végrehajtási módszereiről szóló következtetései alapján olyan ipari technológiák épülnek ki, amelyek lehetővé teszik a korábban lehetetlennek tűnő folyamatok végrehajtását és gazdasági előnyök megszerzését.

Változatos kémiai folyamatok

A termikus hatás jellemzői szerint sok reakciót exoterm vagy endoterm kategóriába sorolnak. Az előbbiek hőképződéssel járnak, például a szén oxidációjával, a tömény kénsav hidratálásával. A második típusú változások a hőenergia elnyelésével kapcsolatosak. Példák endoterm reakciókra: kalcium-karbonát bomlása oltott mész és szén-dioxid képződésével, hidrogén és szén képződése a metán hőbomlása során. Az exo- és endoterm folyamatok egyenleteiben szükséges a termikus hatás feltüntetése. Az elektronok újraeloszlása ​​a reagáló anyagok atomjai között redoxreakciókban megy végbe. A reaktánsok és a termékek jellemzői alapján a kémiai folyamatok négy típusát különböztetjük meg:

A folyamatok jellemzéséhez fontos a reagáló vegyületek kölcsönhatásának teljessége. Ez a jellemző a reakciók reverzibilis és irreverzibilis felosztásának hátterében.

A reakciók visszafordíthatósága

A reverzibilis folyamatok adják a kémiai jelenségek többségét. A reaktánsokból végtermékek képződése közvetlen reakció. Fordítva, a kiindulási anyagokat bomlásuk vagy szintézisük termékeiből nyerik. A reagáló elegyben kémiai egyensúly jön létre, amelyben annyi vegyület keletkezik, ahány kiindulási molekula elbomlik. A reverzibilis folyamatokban a reagensek és a termékek közötti "=" jel helyett "↔" vagy "⇌" szimbólumot használnak. A nyilak nem egyenlő hosszúságúak lehetnek, ami az egyik reakció dominanciájához kapcsolódik. A kémiai egyenletekben az anyagok összesített jellemzői jelezhetők (g - gázok, w - folyadékok, m - szilárd anyagok). A reverzibilis folyamatok befolyásolásának tudományosan alátámasztott módszerei nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak. Így az ammónia termelése az egyensúlyt a céltermék képződése felé tolódó feltételek megteremtése után vált nyereségessé: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). A visszafordíthatatlan jelenségek oldhatatlan vagy gyengén oldódó vegyület megjelenéséhez, a reakciószférát elhagyó gáz képződéséhez vezetnek. E folyamatok közé tartozik az ioncsere, az anyagok bomlása.

Kémiai egyensúly és kiszorításának feltételei

Számos tényező befolyásolja az előre és a fordított folyamatok jellemzőit. Az egyik az idő. A reakcióhoz felhasznált anyag koncentrációja fokozatosan csökken, és a végső vegyület növekszik. Az előre irány reakciója egyre lassabb, a fordított folyamat felgyorsul. Egy bizonyos intervallumon belül két ellentétes folyamat zajlik szinkronban. Az anyagok közötti kölcsönhatás létrejön, de a koncentrációk nem változnak. Ennek oka a rendszerben kialakult dinamikus kémiai egyensúly. Megtartása vagy módosítása a következőktől függ:

• hőmérsékleti feltételek;
• vegyületkoncentrációk;
• nyomás (gázoknál).

Változás a kémiai egyensúlyban

1884-ben A. L. Le Chatelier, egy kiváló francia tudós, javaslatot tett annak leírására, hogy miként hozhatunk ki egy rendszert a dinamikus egyensúlyi állapotból. A módszer a külső tényezők hatásának kiegyenlítésének elvén alapul. Le Chatelier felhívta a figyelmet arra, hogy a reakcióelegyben olyan folyamatok mennek végbe, amelyek a külső erők hatását kompenzálják. Egy francia kutató által megfogalmazott elv szerint egyensúlyi állapotban a körülmények megváltozása kedvez egy olyan reakció lefolyásának, amely gyengíti a külső hatást. Az egyensúlyi eltolódás engedelmeskedik ennek a szabálynak, akkor figyelhető meg, amikor az összetétel, a hőmérsékleti viszonyok és a nyomás megváltozik. A tudósok eredményein alapuló technológiákat az iparban használják. Sok kémiai folyamatok, amelyeket gyakorlatilag kivitelezhetetlennek tartottak, az egyensúly eltolási módszereinek köszönhetően hajtják végre.

A koncentráció hatása

Az egyensúly eltolódása akkor következik be, ha bizonyos komponenseket eltávolítanak a kölcsönhatási zónából, vagy egy anyag további részeit vezetik be. A termékek reakcióelegyből való eltávolítása általában a képződésük sebességének növekedését okozza, míg az anyagok hozzáadása éppen ellenkezőleg, túlnyomórészt bomlásához vezet. Az észterezési eljárásban kénsavat használnak a víztelenítéshez. Amikor bevezetjük a reakciószférába, a metil-acetát hozama megnő: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Ha oxigént adunk hozzá, amely kölcsönhatásba lép a kén-dioxiddal, akkor a kémiai egyensúly a kémiai egyensúly felé tolódik el. kén-trioxid képződésének közvetlen reakciója. Az oxigén az SO 3 molekulákhoz kötődik, koncentrációja csökken, ami összhangban van Le Chatelier reverzibilis folyamatokra vonatkozó szabályával.

Hőmérséklet változás

A hő elnyelésével vagy leadásával járó folyamatok endo- és exotermek. Az egyensúly eltolására melegítést vagy hőelvonást alkalmaznak a reagáló keverékből. A hőmérséklet növekedése az endoterm jelenségek sebességének növekedésével jár együtt, amelyekben további energia nyelődik el. A hűtés az exoterm folyamatok előnyéhez vezet, amelyek hőt bocsátanak ki. A szén-dioxid és a szén kölcsönhatása során a melegítés a monooxid koncentrációjának növekedésével jár, a lehűlés pedig túlnyomórészt koromképződéshez vezet: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Nyomás befolyása

A nyomásváltozás fontos tényező a gáznemű vegyületeket tartalmazó keverékek reakciójában. Figyelni kell a kiindulási és a kapott anyagok térfogatának különbségére is. A nyomás csökkenése túlnyomórészt olyan jelenségek előfordulásához vezet, amelyekben az összes komponens össztérfogata növekszik. A nyomásnövekedés a folyamatot a teljes rendszer térfogatának csökkentése irányába irányítja. Ez a mintázat figyelhető meg az ammóniaképződés reakciójában: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). A nyomásváltozás nem befolyásolja a kémiai egyensúlyt azokban a reakciókban, amelyek állandó térfogaton mennek végbe.

Optimális feltételek a kémiai folyamat végrehajtásához

Az egyensúly eltolásához szükséges feltételek megteremtése nagymértékben meghatározza a modern kémiai technológiák fejlődését. A tudományos elmélet gyakorlati alkalmazása hozzájárul az optimális termelési eredmények eléréséhez. A legszembetűnőbb példa az ammónia előállítása: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). A rendszerben a N 2 és H 2 molekulák tartalmának növekedése kedvez az egyszerű anyagokból összetett anyag szintézisének. A reakciót hőkibocsátás kíséri, így a hőmérséklet csökkenése az NH 3 koncentrációjának növekedését okozza. A kezdeti komponensek térfogata nagyobb, mint a céltermék térfogata. A nyomás növekedése növeli az NH 3 hozamát.

Gyártási körülmények között az összes paraméter (hőmérséklet, koncentráció, nyomás) optimális arányát választják ki. Ezen kívül van nagyon fontosérintkezési terület a reagensek között. Szilárd heterogén rendszerekben a felület növekedése a reakciósebesség növekedéséhez vezet. A katalizátorok növelik az előre és fordított reakciók sebességét. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyagok használata nem vezet a kémiai egyensúly eltolódásához, hanem felgyorsítja annak kialakulását.

Feladat

Határozza meg, hogyan érinti:

a) nyomásnövekedés;

b) hőmérséklet-emelkedés;

c) az oxigénkoncentráció növelése a rendszer kiegyensúlyozása érdekében:

2CO(G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + Q

Megoldás:

a) A nyomásváltozás eltolja a gáznemű anyagok részvételével zajló reakciók egyensúlyát (d). Határozzuk meg a gáznemű anyagok térfogatát a reakció előtt és után sztöchiometrikus együtthatókkal:

Le Chatelier elve szerint növekvő nyomással , az egyensúly eltolódik oktatás feléi anyagok kevesebbet foglalnak el kb b b enni, ezért az egyensúly jobbra tolódik el, azaz. a CO 2 képződése felé, a közvetlen reakció felé (→) .

b) Le Chatelier elve szerint amikor a hőmérséklet emelkedik, az egyensúly eltolódik endoterm reakció felé (- K ), azaz a fordított reakció irányában - a CO 2 bomlási reakciója (←) , mert az energia megmaradás törvénye:

Q - 2 CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g) + Q

V) Ahogy nő az oxigénkoncentráció a rendszer egyensúlya eltolódik a CO 2 megszerzése felé (→) merta reagensek (folyékony vagy gáznemű) koncentrációjának növekedése a termékek felé tolódik el, pl. közvetlen reakció felé.

Ezen kívül:

1. példa Hányszor fog változni az előre és visszafelé irányuló reakciók sebessége a rendszerben:

2 ÍGY 2 (d) +O 2 (d) = 2ÍGY 3 (G)

ha a gázelegy térfogatát megháromszorozzuk? Milyen irányba tolódik el a rendszer egyensúlya?

Megoldás. Jelöljük a reagáló anyagok koncentrációit: [ÍGY 2 ]= a , [RÓL RŐL 2 ] = b , [ ÍGY 3 ] = Val vel. A sebességtömegek hatástörvénye szerintv előre és fordított reakciók a térfogatváltozás előtt:

v stb = Ka 2 b

v arr = NAK NEK 1 Val vel 2 .

Miután egy homogén rendszer térfogatát háromszorosára csökkentjük, mindegyik reaktáns koncentrációja háromszorosára nő: [ÍGY 2 ] = 3 A , [RÓL RŐL 2 ] = 3 b ; [ ÍGY 3 ] = 3 Val vel . Új sebességkoncentrációknálv ’ előre és hátra reakció:

v ’ stb = NAK NEK (3 A ) 2 (3 b ) = 27 Ka 2 b

v ’ arr = NAK NEK 1 (3 Val vel ) 2 = 9 NAK NEK 1 Val vel 2

Innen:

Következésképpen az előrefelé irányuló reakció sebessége 27-szeresére, a fordított reakció sebessége pedig csak kilencszeresére nőtt. A rendszer egyensúlya az oktatás irányába tolódott elÍGY 3 .

2. példa Számítsa ki, hogy a gázfázisban lezajló reakció sebessége hányszorosára nő a hőmérséklet 30-ról 70 fokra való emelésével O C, ha a reakció hőmérsékleti együtthatója 2.

Megoldás. A kémiai reakció sebességének hőmérséklettől való függését a Van't Hoff empirikus szabály határozza meg a következő képlet szerint:

Ezért a reakciósebességν T 2 70 fokos hőmérsékleten O Nagyobb reakciósebességgelν T 1 30 fokos hőmérsékleten O C 16-szor.

3. példa Egy homogén rendszer egyensúlyi állandója:

CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (d) + H 2 (G)

850-nél O C egyenlő 1-gyel. Számítsa ki az összes anyag koncentrációját egyensúlyban, ha a kezdeti koncentrációk: [CO] ref \u003d 3 mol/l, [N 2 RÓL RŐL] ref = 2 mol/l.

Megoldás. Egyensúlyi állapotban az előre- és a visszirányú reakció sebessége egyenlő, ezen sebességek állandóinak aránya állandó, és az adott rendszer egyensúlyi állandójának nevezzük:

v pr = NAK NEK 1 [ÁLOM 2 RÓL RŐL]

v arr = K 2 [CO 2 ][N 2 ]

A feladat feltételében a kezdeti koncentrációk adottak, míg a kifejezésbenNAK NEK R csak a rendszer összes anyagának egyensúlyi koncentrációját tartalmazza. Tegyük fel, hogy a koncentráció egyensúlyi pillanatára [СО 2 ] R = x mol/l. A rendszer egyenlete szerint ebben az esetben a keletkező hidrogén móljainak száma is leszx mol/l. Ugyanannyi anyajegy esetén (x mol/l) CO és H 2 O oktatásra költöttx mol CO 2 és H 2 . Ezért mind a négy anyag egyensúlyi koncentrációja:

[CO 2 ] R = [N 2 ] R = x mol/l;

[CO] R = (3 – x ) mol/l;

[N 2 RÓL RŐL] R = (2 – x ) mol/l.

Az egyensúlyi állandó ismeretében megtaláljuk az értéketx , majd az összes anyag kezdeti koncentrációja:

Így a kívánt egyensúlyi koncentrációk:

[CO 2 ] R = 1,2 mol/l;

[N 2 ] R = 1,2 mol/l;

[CO] R \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mol / l;

[N 2 RÓL RŐL] R \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

4. példa Egy bizonyos hőmérsékleten az egyensúlyi koncentrációk a rendszerben

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g): = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Határozzuk meg az egyensúlyi állandót ezen a hőmérsékleten, valamint a CO és O 2 kezdeti koncentrációit, ha a kezdeti keverék nem tartalmazott CO 2 -t.

Megoldás:

1). Mivel a feladat feltételében az egyensúlyi koncentrációk adottak, az egyensúlyi állandó 2:

2). Ha a kezdeti keverék nem tartalmazott CO 2 -t, akkor a kémiai egyensúly pillanatában 0,16 mol CO 2 keletkezett a rendszerben.

Az UHR szerint:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

0,16 mol CO 2 keletkezése:

υ reagált (CO) \u003d υ (CO 2) \u003d 0,16 mol

υ reagált (O 2) \u003d 1/2υ (CO 2) \u003d 0,08 mol

Ennélfogva,

υ kezdeti = υ reagált + υ egyensúly

υ kezdeti (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol

υ kezdeti (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol

Anyag			CO2
C kezdőbetű	0,36
C reagált	0,16	0,08	0,16
C egyensúly		0,32	0,16

5. példaHatározza meg a HI egyensúlyi koncentrációját a rendszerben!

H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g),

ha valamilyen hőmérsékleten az egyensúlyi állandó 4, és a H 2, I 2 és HI kezdeti koncentrációja 1, 2 és 0 mol/l.

Megoldás. Legyen x mol/l SZIA

Anyag	H2	én 2
az eredetitől , mol/l
proreact-tal. , mol/l	x/2	x/2
c egyenlő. , mol/l	1x/2	PCl 5 (d) = RS l 3 (d) + VAL VEL l 2(G); Δ H= + 92,59 kJ. Hogyan változtassuk meg: a) hőmérsékletet; b) nyomás; c) koncentráció az egyensúly közvetlen reakció - bomlás - irányába tolásáraPCl 5 ? Megoldás. A kémiai egyensúly eltolódása vagy eltolódása a reaktánsok egyensúlyi koncentrációinak megváltozása a reakciókörülmények egyikének megváltozása következtében. Az egyensúly eltolódásának irányát a Le Chatelier-elv szerint határozzuk meg: a) a bomlási reakció ótaPCl 5 endoterm (Δ H > 0) majd az egyensúly közvetlen reakció felé tolásához a hőmérséklet növelése szükséges; b) mivel ebben a rendszerben a PCl expanziója 5 térfogatnövekedéshez vezet (egy gázmolekulából két gáznemű molekula keletkezik), majd az egyensúly közvetlen reakció felé tolásához a nyomást csökkenteni kell; c) az egyensúly eltolása a jelzett irányba az RS koncentrációjának növeléseként érhető ell 5 , és a PCl koncentrációjának csökkenése 3 vagy Cl 2 .

A kémiai reakciók reverzibilisek és visszafordíthatatlanok.

visszafordíthatatlan reakciók az olyan reakciókat, amelyek csak egy (előre →) irányba haladnak:

azok. ha valamilyen A + B = C + D reakció irreverzibilis, ez azt jelenti, hogy a C + D = A + B fordított reakció nem következik be.

Reverzibilis reakciók - ezek olyan reakciók, amelyek előre és ellenkező irányba is mennek (⇄):

azaz például ha egy bizonyos A + B = C + D reakció reverzibilis, ez azt jelenti, hogy az A + B → C + D (közvetlen) és a C + D → A + B (fordított) reakció egyszerre megy végbe. ).

Sőt, mert direkt és fordított reakció is lezajlik, a reagenseket (kiindulási anyagokat) reverzibilis reakciók esetén az egyenlet bal oldalán lévő anyagoknak és az egyenlet jobb oldalán lévő anyagoknak is nevezhetjük. Ugyanez vonatkozik a termékekre is.

Bármely reverzibilis reakció esetén lehetséges, hogy az előre és a fordított reakció sebessége egyenlő. Az ilyen állapotot ún egyensúlyi állapot.

Egyensúlyi állapotban az összes reaktáns és az összes termék koncentrációja változatlan. A termékek és a reaktánsok egyensúlyi koncentrációját ún egyensúlyi koncentrációk.

A kémiai egyensúly eltolódása különböző tényezők hatására

A rendszert érő olyan külső hatások miatt, mint a hőmérséklet, a nyomás vagy a kiindulási anyagok vagy termékek koncentrációjának változása, a rendszer egyensúlya felborulhat. Ennek a külső hatásnak a megszűnése után azonban a rendszer egy idő után új egyensúlyi állapotba kerül. Egy rendszernek az egyik egyensúlyi állapotból egy másik egyensúlyi állapotba való átmenetét nevezzük a kémiai egyensúly eltolódása (eltolódása). .

Annak érdekében, hogy meg lehessen határozni, hogyan változik a kémiai egyensúly egy adott típusú expozíció esetén, célszerű a Le Chatelier elvet használni:

Ha egy egyensúlyi állapotban lévő rendszerre bármilyen külső behatás hat, akkor a kémiai egyensúly eltolódásának iránya egybeesik a becsapódás hatását gyengítő reakció irányával.

A hőmérséklet hatása az egyensúlyi állapotra

A hőmérséklet változásával bármely kémiai reakció egyensúlya eltolódik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy minden reakciónak termikus hatása van. Ebben az esetben az előre és fordított reakciók termikus hatásai mindig közvetlenül ellentétesek. Azok. ha az előremeneti reakció exoterm és +Q-val egyenlő hőhatással megy végbe, akkor a fordított reakció mindig endoterm és -Q-val egyenlő termikus hatású.

Így Le Chatelier elvének megfelelően, ha valamely egyensúlyi állapotban lévő rendszer hőmérsékletét növeljük, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, melynek során a hőmérséklet csökken, i.e. endoterm reakció felé. És hasonlóan, ha egyensúlyi állapotban csökkentjük a rendszer hőmérsékletét, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, aminek következtében a hőmérséklet emelkedik, i.e. exoterm reakció felé.

Vegyük például a következő reverzibilis reakciót, és jelöljük meg, hogy hova tolódik el egyensúlya a hőmérséklet csökkenésével:

Amint a fenti egyenletből látható, az előrehaladó reakció exoterm, azaz. áramlása következtében hő szabadul fel. Ezért a fordított reakció endoterm lesz, vagyis a hő elnyelésével megy végbe. A feltételnek megfelelően a hőmérséklet csökken, ezért az egyensúly jobbra tolódik el, azaz. közvetlen reakció felé.

A koncentráció hatása a kémiai egyensúlyra

A reagensek koncentrációjának a Le Chatelier-elv szerinti növelése az egyensúly eltolódását kell, hogy eredményezze azon reakció felé, amelyben a reagenseket elfogyasztják, pl. közvetlen reakció felé.

Ezzel szemben, ha a reagensek koncentrációját csökkentjük, akkor az egyensúly a reaktánsok képződését eredményező reakció felé tolódik el, azaz. a fordított reakció oldala (←).

Hasonló módon hat a reakciótermékek koncentrációjának változása is. Ha növeli a termékek koncentrációját, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, aminek következtében a termékek elfogynak, pl. a fordított reakció felé (←). Ha éppen ellenkezőleg, a termékek koncentrációja csökken, akkor az egyensúly a közvetlen reakció irányába tolódik el (→), hogy a termékek koncentrációja növekedjen.

A nyomás hatása a kémiai egyensúlyra

A hőmérséklettől és a koncentrációtól eltérően a nyomásváltozás nem befolyásolja minden reakció egyensúlyi állapotát. Ahhoz, hogy a nyomás változása a kémiai egyensúly eltolódásához vezessen, az egyenlet bal és jobb oldalán lévő gáznemű anyagok előtti együtthatók összegének eltérőnek kell lennie.

Azok. két reakcióból:

nyomásváltozás csak a második reakció esetén befolyásolhatja az egyensúlyi állapotot. Mivel a gázhalmazállapotú anyagok képlete előtti együtthatók összege az első bal és jobb oldali egyenlet esetén azonos (2-vel egyenlő), a második egyenletnél pedig eltérő (4 a bal és 2 a jobb oldalon).

Ebből különösen az következik, hogy ha nincs gáz halmazállapotú anyag sem a reaktánsok, sem a termékek között, akkor a nyomásváltozás semmilyen módon nem befolyásolja az aktuális egyensúlyi állapotot. Például a nyomás nem befolyásolja a reakció egyensúlyi állapotát:

Ha a gáz halmazállapotú anyagok mennyisége eltérő a bal és a jobb oldalon, akkor a nyomásnövekedés az egyensúly eltolódásához vezet a reakció felé, melynek során a gázok térfogata csökken, és a nyomás csökken a reakció irányába. reakció, melynek eredményeként megnő a gázok térfogata.

Katalizátor hatása a kémiai egyensúlyra

Mivel a katalizátor egyformán gyorsítja mind az előre, mind a fordított reakciót, jelenléte vagy hiánya nem befolyásolja egyensúlyi állapotba.

Az egyetlen dolog, amit a katalizátor befolyásolhat, az a rendszer nem egyensúlyi állapotból egyensúlyi állapotba való átmenetének sebessége.

A fenti tényezők mindegyikének a kémiai egyensúlyra gyakorolt ​​hatását az alábbiakban egy cheat sheet-ben foglaljuk össze, amelybe először az egyensúlyi feladatok elvégzése során is belepillanthatunk. A vizsgán azonban nem fogja tudni használni, ezért több példa elemzése után meg kell tanítani, betanítani az egyensúlyért, nem belekukucskálva:

Megnevezések: T - hőfok, p - nyomás, Val vel – koncentráció, – növekedés, ↓ – csökkenés

Katalizátor

T	T - az egyensúly endoterm reakció felé tolódik el
	↓T - az egyensúly exoterm reakció felé tolódik el
p	p - az egyensúly a gáz halmazállapotú anyagok előtti kisebb együtthatók összegével a reakció felé tolódik el
	↓ o - az egyensúly a gáznemű anyagok előtt nagyobb együtthatóösszegű reakció felé tolódik el
c	c (reagens) - az egyensúly a közvetlen reakció felé tolódik el (jobbra)
	↓c (reagens) - az egyensúly a fordított reakció felé tolódik el (balra)
	c (termék) - az egyensúly a fordított reakció irányába tolódik el (balra)
	↓c (termék) - az egyensúly a közvetlen reakció felé tolódik el (jobbra)
Nem befolyásolja az egyensúlyt!

Vminek megfelelően Le Chatelier elve Ha egy egyensúlyi állapotban lévő rendszert külső hatás éri, akkor az egyensúly a reakció irányába tolódik el, amely ezt a hatást gyengíti.

Például

3H 2 + N 2 2NH 3 - DH.

1. A koncentráció hatása. Ha a kiindulási anyagok koncentrációját növeljük, akkor az egyensúly a termékek képződése felé tolódik el és fordítva.

Ha az N 2 és H 2 kiindulási anyagok koncentrációját csökkentjük, ez az egyensúly jobbról balra történő eltolódásához vezet, aminek következtében az ammónia bomlása miatt a N 2 és H 2 koncentrációja ismét megnő.

2. A nyomás hatása. Ebben az esetben csak a reakció gáznemű résztvevőit veszik figyelembe. A nyomás növekedésével az egyensúly egy kisebb számú mol gáznemű anyagból álló rendszer felé tolódik el.

A rendszernyomás növekedése az egyensúly balról jobbra való eltolódásához vezet, mivel a bal oldalon teljes szám mol gázok 4, jobb oldalon pedig 2.

3. A hőmérséklet hatása. A reakció termikus hatásától függ.

Azokat a kémiai egyenleteket, amelyekben a reakciók hőhatását jelzik, nevezzük termokémiai egyenletek. A kémiai reakciók termokémiai egyenleteiben a hőhatást a DH mennyiséggel jelezzük, amelyet ún. entalpia változás(hőtartalma) a reakció. Az entalpia az anyag által képződése során felhalmozott energia mértéke.

–DH, hő szabadul fel, i.e. a reakció exoterm;

DH, hő elnyelődik, i.e. a reakció endoterm;

A közvetlen reakció exoterm, azaz. a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly jobbról balra tolódik el, az endoterm reakció felé.

4. A katalizátor hatása. A katalizátorok egyformán gyorsítják az előre és fordított reakciókat, ezért nem tolják el a kémiai egyensúlyt, hanem csak hozzájárulnak az egyensúlyi állapot gyorsabb eléréséhez.

Gyakorlat. Gázrendszer A + B C - DH. Milyen hatással lesz a C anyag egyensúlyi koncentrációja:

a) nyomásnövekedés. A bal oldalon 2 mol anyag található. A jobb oldalon 1 mol, azaz. az egyensúly balról jobbra tolódik el a C anyag képződése felé, a C koncentrációja nő. (®)

b) az A anyag koncentrációjának növekedése. Az egyensúly balról jobbra tolódik a C anyag képződése felé, a C koncentráció növekszik (®).

c) a hőmérséklet emelkedése. Közvetlen exo, fordított - endoterm. Az egyensúly jobbról balra tolódik ().

Gyakorlat. Hogyan befolyásolja a nyomásnövekedés a rendszer egyensúlyát?

Fe 3 O 4 (tv) + CO (g) 3FeO + CO 2 (g)

A rendszer egyensúlya nem fog elmozdulni.

Gyakorlat. Hogyan kell megváltoztatni a hőmérsékletet, nyomást és koncentrációt, hogy az egyensúlyt a közvetlen reakció irányába tolja el?

PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g) + 92,59 kJ

a) a reakció endoterm, a hőmérsékletet emelni kell.

b) a nyomást csökkenteni kell

c) vagy növelje a PCl 5 koncentrációját, vagy csökkentse a PCl 3 és Cl 2 koncentrációját.

Gyakorlat. 2SO 2 (g) + O 2 (g) Û 2SO 3 (g). Milyen hatással lesz az egyensúlyi állapot?

a) nyomásnövekedés;

A közvetlen reakció lezajlásakor a rendszerben a gáznemű anyagok mennyisége csökken (2 mol SO 2 gázból és 1 mol O 2 gázból folyékony SO 3 képződik). A nyomás növekedése az egyensúlyt kisebb mennyiségű gáz halmazállapotú anyag, azaz SO 3 képződése felé tolja el. (®).

b) a kén-oxid (VI) koncentrációjának csökkenése?

A SO 3 koncentráció csökkenése (a termék eltávolítása a reakciórendszerből) az egyensúly eltolódását okozza a SO 3 képződése felé. (®).

Gyakorlat. A + B Û 2C -

Milyen hatással lesznek az egyensúlyi állapotra.