Kimyoviy muvozanat holati bir qator omillarga bog'liq: harorat, bosim, reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasi. Keling, ushbu omillarning ta'sirini batafsil ko'rib chiqaylik.

Muvozanat tizimining tarkibiy qismlari konsentratsiyasining doimiy haroratda o'zgarishi muvozanatni siljitadi, ammo muvozanat konstantasining qiymati o'zgarmaydi. Reaksiya uchun A (yoki B) moddaning konsentratsiyasi oshirilsa, u holda to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi ortadi va teskari reaktsiya tezligi ortadi. boshlang'ich moment vaqt o'zgarmaydi. Balans buziladi. Keyin boshlang'ich moddalarning konsentratsiyasi pasaya boshlaydi va reaktsiya mahsulotlarining konsentratsiyasi ortadi va bu yangi muvozanat o'rnatilguncha davom etadi. Bunday hollarda biz muvozanat reaksiya mahsuloti hosil bo'lish tomon siljiydi yoki o'ngga siljiydi deymiz.

Xuddi shu tarzda bahslashib, C moddasining konsentratsiyasi oshirilsa, muvozanat qayerga siljishini o'zingiz aniqlang; D moddasining konsentratsiyasini pasaytiradi.

Komponentlarning kontsentratsiyasini o'zgartirib, muvozanatni kerakli yo'nalishga o'tkazish, reaktsiya mahsulotlarining unumini oshirish yoki kamaytirish mumkin; boshlang'ich materiallardan to'liqroq foydalanishga intilish yoki aksincha,

Ikkinchi vazifani bajarish uchun to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya A yoki B komponentlardan biri tugaguncha davom etishini eslaymiz.Reaksiya tenglamasidan ko'rinib turibdiki, reaksiyaga kirishuvchi moddalar ekvimolyar * kattaliklarda reaksiyaga kirishadi, bundan tashqari, ularning konsentratsiyasi teng bo'ladi. muammoning holati. Demak, reaksiyaga kirishayotgan A va B moddalari bir vaqtda tugaydi. Reaksiya tenglamasidan ham ko‘rinadiki, bir mol A moddaga aylantirilganda ikki mol C va bir mol D modda hosil bo‘ladi.Shuning uchun C va D moddalar miqdoriga ulardan bir muncha ko‘proq qo‘shiladi. allaqachon tizimda. Oddiy hisob-kitoblardan so'ng biz kerakli natijani olamiz:

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

C va D moddalari 2: 1 nisbatda reaksiyaga kirishishini esda tutib, uchinchi vazifa uchun ham xuddi shunday fikr yuriting va hisob etishmayotgan moddaning miqdoriga qarab amalga oshirilishi kerak (ushbu moddani aniqlang). Hisob-kitoblarni bajaring va natijani oling:

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

A + B C + D reaksiyaning muvozanat konstantasi birga teng. Dastlabki konsentratsiya [A]o = 0,02 mol/l. Dastlabki konsentrasiyalari [B]o 0,02 ga teng bo'lsa, A moddaning necha foizi transformatsiyaga uchraydi; 0,1; 0,2?

A moddaning muvozanat konsentratsiyasini x bilan belgilang va muvozanat konstantasining ifodasini yozing. B moddaning muvozanat konsentratsiyasi ham x ga teng bo'ladi. Reaksiya mahsulotlarining kontsentratsiyasi (C va D) bir-biriga teng va 0,02x ga teng bo'ladi. (Buni reaksiya tenglamasi yordamida ko'rsating.)

Muvozanat doimiysi uchun ifoda yozamiz.

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

X uchun tenglamani yechib, natijaga erishamiz: x \u003d 0,01. Shunday qilib, birinchi holda, A moddasining yarmi (yoki 50%) transformatsiyaga uchradi.

Ikkinchi holda, muvozanat konstantasi teng bo'ladi

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

Ushbu ifodani o'zingiz oling va tenglamani yechib, natijani tekshiring (x = 0,003). Shuning uchun (0,02 - 0,003) mol A moddasi reaksiyaga kirdi, bu 83,5% ni tashkil qiladi.

Uchinchi holat uchun masalani o'zingiz hal qiling, shuningdek, reaksiyaga kirishgan moddaning miqdorini x deb belgilab, xuddi shu masalani yeching.

Olingan natijalardan muhim xulosa chiqarish mumkin. Doimiy muvozanat konstantasida reaksiyaga kirishuvchi moddaning ulushini oshirish uchun tizimdagi ikkinchi reaktiv miqdorini oshirish kerak. Shunga o'xshash muammo, masalan, chiqindilarni kimyoviy vositalar bilan qayta ishlashda paydo bo'ladi.

Haroratning oshishi bilan to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi oshadi, lekin agar to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya endotermik bo'lsa (?N > 0), u holda to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi teskari reaktsiya tezligidan ko'proq ortadi, va muvozanat mahsulotlar hosil bo'lishiga qarab yoki o'ngga siljiydi. To'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning salbiy termal ta'siri (ekzotermik reaktsiya) bilan teskari reaksiya tezligi yanada kuchli oshadi va muvozanat chapga siljiydi.

Haroratning pasayishi bilan muvozanatni o'zgartirishning barcha mumkin bo'lgan holatlarini o'zingiz ko'rib chiqing.

5-rasmda E "a - E" a farqi reaksiyaning H ga teng ekanligini ko'rsatadi, bu muvozanat konstantasining qiymati reaksiyaning issiqlik effektining kattaligiga bog'liqligini bildiradi, ya'ni. reaksiya endo yoki ekzotermik bo'ladimi.

293°K da baʼzi reaksiyaning muvozanat konstantasi 5 10-3 ga, 1000°K da esa 2 10-6 ga teng. Bu reaksiyaning issiqlik effektining belgisi nima?

Masalaning shartlaridan kelib chiqadiki, harorat oshishi bilan muvozanat konstantasi kamayadi. Biz (22) ifodadan foydalanamiz va konstanta kamayishi uchun reaksiyaning DH belgisi qanday bo'lishi kerakligini ko'ramiz.

Kequiv. taqdim etdi eksponensial funktsiya, uning qiymati argumentning kamayishi bilan kamayadi, bizning holatlarimizda DH/RT ifodasining qiymati. Argumentning qiymati kamayishi uchun DH qiymati salbiy bo'lishi kerak. Shuning uchun ko'rib chiqilayotgan reaksiya ekzotermikdir.

Bosimning o'zgarishi gazsimon komponentlarni o'z ichiga olgan tizimlarning holatiga sezilarli ta'sir qiladi. Bu holda, muvofiq gaz qonunlari tizim hajmining o'zgarishi mavjud va bu gazsimon moddalar kontsentratsiyasining (yoki ularning qisman bosimining) o'zgarishiga olib keladi. Shunday qilib, bosim ortishi bilan hajm kamayadi va gazsimon moddalar kontsentratsiyasi ortadi. Konsentratsiyaning oshishi, biz allaqachon bilganimizdek, uning konsentratsiyasini oshirgan reaktiv iste'moli tomon muvozanatning o'zgarishiga olib keladi. Bunday holda, u biroz boshqacha shakllantirilishi mumkin. ?Bosim ortganda muvozanat gazsimon moddalarning kamroq miqdori tomon siljiydi yoki oddiyroq aytganda, gazsimon moddalar molekulalari sonining kamayishi tomon siljiydi. Qattiq va suyuqliklarning konsentratsiyasi bosim bilan o'zgarmaydi.

Azot va vodoroddan ammiak sintezining klassik misolini ko'rib chiqing

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

Tizim faqat gazsimon moddalardan iborat bo'lganligi sababli va ammiak hosil bo'lganda molekulalar soni kamayadi, keyin bosim ortishi bilan muvozanat o'ngga, ammiakning ko'proq chiqishi tomon siljiydi. Shuning uchun ammiakning sanoat sintezi yuqori bosimda amalga oshiriladi.

O'zingizni taklif qiling harorat sharoitlari ammiak sintezi, reaksiyaning issiqlik ta'sirini bilish va mahsulotning maksimal rentabelligiga bog'liq. Ushbu shartlar jarayonning kinetik omillari bilan qanday bog'liq?

Bosimning oshishi quyidagi reaksiyalar muvozanatiga qanday ta'sir qiladi?

kimyoviy kinetik katalizator inhibitori

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

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

Birinchi reaktsiyada faqat karbonat angidrid CO2 gazsimon bo'ladi, shuning uchun bosim ortishi bilan muvozanat chapga, gazsimon modda miqdorining pasayishi tomon siljiydi.

Ikkinchi ishni o'zingiz ko'rib chiqing.

Mahsulotlarning yuqori hosildorligiga erishish uchun bu reaksiyalardagi bosimni qanday o'zgartirish kerak?

Tashqi ta'sirlar ostida muvozanat tizimining holatini o'zgartirishning barcha holatlarini Le Chatelier printsipini shakllantirish orqali umumlashtirish mumkin:

Muvozanat holatidagi sistemaga tobe bo'lsa tashqi ta'sir, keyin muvozanat tashqi ta'sir ta'sirini zaiflashtiradigan tomonga siljiydi.

Yuqorida ko'rib chiqilgan barcha holatlarda Le Chatelier printsipi qanoatlantiriladimi yoki yo'qligini tekshiring.

Tashqi sharoitlar o‘zgarganda muvozanatning o‘zgarishiga o‘z misollaringizni keltiring va ularni Le Shatelye tamoyili asosida tushuntiring.

Shunday qilib, biz kimyoviy reaksiyalarning borishi qonuniyatlari bilan bog'liq asosiy masalalarni ko'rib chiqdik. Ushbu naqshlarni bilish optimal natijaga erishish uchun muayyan jarayonlarni amalga oshirish shartlariga mazmunli ta'sir ko'rsatishga imkon beradi.

O'z-o'zini nazorat qilish uchun savollar

• 1. Qanday reaksiyalar qaytarilmas deb ataladi?
• 2. To'g'ri va teskari reaksiyalarning tezligi vaqt o'tishi bilan qanday va nima uchun o'zgaradi?
• 3. Kimyoviy muvozanat deb nimaga aytiladi?
• 4. Kimyoviy muvozanatni miqdoriy jihatdan qanday qiymat xarakterlaydi?
• 5. Muvozanat konstantasining qiymati nima bilan belgilanadi: reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasi; reaktivlarning tabiati; umumiy bosim; harorat; katalizator mavjudligi?
• 6. Haqiqiy kimyoviy muvozanatning xususiyatlari qanday?
• 7. Soxta kimyoviy muvozanatning haqiqiy muvozanatdan farqi nimada?
• 8. Le Shatelye tamoyilining formulasini keltiring.
• 9. Le Shatelye tamoyilining oqibatlarini shakllantiring.

Tizimning parametrlarini, shu jumladan boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarini o'rganish bizga qanday omillar kimyoviy muvozanatni siljitishini va kerakli o'zgarishlarga olib kelishini aniqlashga imkon beradi. Le Chatelier, Braun va boshqa olimlarning teskari reaktsiyalarni amalga oshirish usullari haqidagi xulosalariga asoslanib, ilgari imkonsiz bo'lib tuyulgan jarayonlarni amalga oshirish va iqtisodiy foyda olish imkonini beradigan sanoat texnologiyalari asoslanadi.

Kimyoviy jarayonlarning xilma-xilligi

Issiqlik effektining xususiyatlariga ko'ra, ko'plab reaktsiyalar ekzotermik yoki endotermik deb tasniflanadi. Birinchisi issiqlik hosil bo'lishi, masalan, uglerodning oksidlanishi, konsentrlangan sulfat kislotaning hidratsiyasi bilan boradi. Ikkinchi turdagi o'zgarishlar issiqlik energiyasini singdirish bilan bog'liq. Endotermik reaksiyalarga misollar: kaltsiy karbonatning ohak va karbonat angidrid hosil bo'lishi bilan parchalanishi, metanning termik parchalanishi paytida vodorod va uglerodning hosil bo'lishi. Ekzo- va endotermik jarayonlar tenglamalarida issiqlik effektini ko'rsatish kerak. Reaksiyaga kirishuvchi moddalar atomlari orasidagi elektronlarning qayta taqsimlanishi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida sodir bo'ladi. Reaktivlar va mahsulotlarning xususiyatlariga ko'ra kimyoviy jarayonlarning to'rt turi ajratiladi:

Jarayonlarni tavsiflash uchun reaksiyaga kirishuvchi birikmalarning o'zaro ta'sirining to'liqligi muhim ahamiyatga ega. Bu xususiyat reaktsiyalarning qaytar va qaytarilmas bo'linishiga asoslanadi.

Reaksiyalarning qaytarilishi

Qaytariladigan jarayonlar kimyoviy hodisalarning ko'p qismini tashkil qiladi. Reaktivlardan yakuniy mahsulotlar hosil bo'lishi bevosita reaktsiyadir. Aksincha, dastlabki moddalar ularning parchalanishi yoki sintezi mahsulotlaridan olinadi. Reaksiyaga kirishayotgan aralashmada kimyoviy muvozanat vujudga keladi, bunda boshlang‘ich molekulalar qancha parchalangan bo‘lsa, shuncha birikmalar olinadi. Qaytariladigan jarayonlarda reaktivlar va mahsulotlar orasidagi "=" belgisi o'rniga "↔" yoki "⇌" belgilari qo'llaniladi. Oklar uzunligi bo'yicha teng bo'lmasligi mumkin, bu reaktsiyalardan birining ustunligi bilan bog'liq. Kimyoviy tenglamalarda moddalarning agregat xarakteristikalari ko'rsatilishi mumkin (g - gazlar, w - suyuqliklar, m - qattiq moddalar). Qaytariladigan jarayonlarga ta'sir qilishning ilmiy asoslangan usullari katta amaliy ahamiyatga ega. Shunday qilib, ammiak ishlab chiqarish muvozanatni maqsadli mahsulot hosil bo'lishiga qarab o'zgartiradigan sharoitlar yaratilgandan keyin foydali bo'ldi: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Qaytarib bo'lmaydigan hodisalar erimaydigan yoki ozgina eriydigan birikmaning paydo bo'lishiga, reaktsiya sferasini tark etadigan gaz hosil bo'lishiga olib keladi. Bu jarayonlarga ion almashinuvi, moddalarning parchalanishi kiradi.

Kimyoviy muvozanat va uning siljishi shartlari

Oldinga va teskari jarayonlarning xususiyatlariga bir qancha omillar ta'sir qiladi. Ulardan biri vaqt. Reaksiya uchun olingan moddaning konsentratsiyasi asta-sekin kamayadi va yakuniy birikma ortadi. Oldinga yo'nalishning reaktsiyasi sekinroq va sekinroq, teskari jarayon tezlashadi. Muayyan intervalda ikkita qarama-qarshi jarayon sinxron ravishda ketadi. Moddalar orasidagi o'zaro ta'sir sodir bo'ladi, ammo konsentratsiyalar o'zgarmaydi. Buning sababi tizimda o'rnatilgan dinamik kimyoviy muvozanatdir. Uni saqlash yoki o'zgartirish quyidagilarga bog'liq:

• harorat sharoitlari;
• birikma kontsentratsiyasi;
• bosim (gazlar uchun).

Kimyoviy muvozanatning o'zgarishi

1884 yilda frantsiyalik taniqli olim A. L. Le Shatelier tizimni dinamik muvozanat holatidan chiqarish usullarini tavsiflashni taklif qildi. Usul tashqi omillar ta'sirini tenglashtirish printsipiga asoslanadi. Le Chatelier reaktsiyaga kirishuvchi aralashmada tashqi kuchlar ta'sirini qoplaydigan jarayonlar yuzaga kelishiga e'tibor qaratdi. Frantsuz tadqiqotchisi tomonidan shakllantirilgan tamoyilga ko'ra, muvozanat holatidagi sharoitlarning o'zgarishi begona ta'sirni zaiflashtiradigan reaktsiyaning borishini ma'qullaydi. Muvozanatning siljishi bu qoidaga bo'ysunadi, u tarkibi, harorat sharoitlari va bosim o'zgarganda kuzatiladi. Olimlarning xulosalariga asoslangan texnologiyalar sanoatda qo'llaniladi. Ko'pchilik kimyoviy jarayonlar Amalda mumkin emas deb hisoblangan , muvozanatni o'zgartirish usullari tufayli amalga oshiriladi.

Konsentratsiyaning ta'siri

Muvozanatning siljishi, agar ba'zi komponentlar o'zaro ta'sir zonasidan chiqarilsa yoki moddaning qo'shimcha qismlari kiritilsa sodir bo'ladi. Reaksiya aralashmasidan mahsulotlarni olib tashlash odatda ularning hosil bo'lish tezligini oshiradi, moddalar qo'shilishi esa, aksincha, ularning asosiy parchalanishiga olib keladi. Esterifikatsiya jarayonida sulfat kislota suvsizlanish uchun ishlatiladi. Reaksiya sferasiga kiritilganda metil asetat unumi ortadi: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Agar oltingugurt dioksidi bilan o'zaro ta'sir qiluvchi kislorod qo'shsangiz, u holda kimyoviy muvozanat tomon siljiydi. oltingugurt trioksidi hosil bo'lishining bevosita reaktsiyasi. Kislorod SO 3 molekulalari bilan bog'lanadi, uning konsentratsiyasi pasayadi, bu Le Shatelierning qaytar jarayonlar uchun qoidasiga mos keladi.

Harorat o'zgarishi

Issiqlikning yutilishi yoki chiqishi bilan kechadigan jarayonlar endo- va ekzotermikdir. Muvozanatni o'zgartirish uchun reaksiyaga kirishayotgan aralashmadan isitish yoki issiqlikni olib tashlash qo'llaniladi. Haroratning oshishi endotermik hodisalar tezligining oshishi bilan birga keladi, bunda qo'shimcha energiya so'riladi. Sovutish issiqlikni chiqaradigan ekzotermik jarayonlarning afzalligiga olib keladi. Karbonat angidridning ko'mir bilan o'zaro ta'sirida isitish monooksid kontsentratsiyasining oshishi bilan birga keladi va sovutish asosan kuyikish hosil bo'lishiga olib keladi: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Bosim ta'siri

Bosimning o'zgarishi gazsimon birikmalarni o'z ichiga olgan aralashmalarning reaksiyaga kirishishi uchun muhim omil hisoblanadi. Bundan tashqari, boshlang'ich va hosil bo'lgan moddalarning hajmidagi farqga e'tibor berishingiz kerak. Bosimning pasayishi barcha tarkibiy qismlarning umumiy hajmi ortib borayotgan hodisalarning ustunligiga olib keladi. Bosimning oshishi jarayonni butun tizim hajmini kamaytirish yo'nalishiga yo'naltiradi. Bu naqsh ammiak hosil bo'lish reaktsiyasida kuzatiladi: 0,5N 2 (g) + 1,5 H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Bosimning o'zgarishi doimiy hajmda sodir bo'ladigan reaktsiyalardagi kimyoviy muvozanatga ta'sir qilmaydi.

Kimyoviy jarayonni amalga oshirish uchun optimal sharoitlar

Muvozanatni o'zgartirish uchun sharoit yaratish ko'p jihatdan zamonaviy kimyoviy texnologiyalarning rivojlanishini belgilaydi. Ilmiy nazariyadan amaliy foydalanish optimal ishlab chiqarish natijalarini olishga yordam beradi. Eng yorqin misol - ammiak ishlab chiqarish: 0,5N 2 (g) + 1,5 H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Tizimdagi N 2 va H 2 molekulalarining ko'payishi oddiy moddalardan murakkab moddaning sintezi uchun qulaydir. Reaktsiya issiqlikning chiqishi bilan birga keladi, shuning uchun haroratning pasayishi NH 3 kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi. Dastlabki komponentlarning hajmi maqsadli mahsulot hajmidan kattaroqdir. Bosimning oshishi NH 3 hosildorligini oshirishni ta'minlaydi.

Ishlab chiqarish sharoitida barcha parametrlarning (harorat, kontsentratsiya, bosim) optimal nisbati tanlanadi. Bundan tashqari, u bor katta ahamiyatga ega reaktivlar orasidagi aloqa maydoni. Qattiq geterogen tizimlarda sirt maydonining oshishi reaksiya tezligining oshishiga olib keladi. Katalizatorlar to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligini oshiradi. Bunday xususiyatlarga ega bo'lgan moddalardan foydalanish kimyoviy muvozanatning o'zgarishiga olib kelmaydi, balki uning boshlanishini tezlashtiradi.

Vazifa

Qanday ta'sir qilishini aniqlang:

a) bosimning oshishi;

b) haroratning oshishi;

c) tizimni muvozanatlash uchun kislorod kontsentratsiyasini oshirish:

2CO(G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + Q

Yechim:

a) bosimning o'zgarishi gazsimon moddalar ishtirokidagi reaksiyalar muvozanatini siljitadi (d). Reaksiyadan oldin va keyin gazsimon moddalarning hajmlarini stexiometrik koeffitsientlar bilan aniqlaymiz:

Le Chatelier printsipiga ko'ra, ortib borayotgan bosim bilan , muvozanat o'zgaradi ta'lim tomoni haqida kamroq egallagan moddalar b b ovqatlaning, shuning uchun muvozanat o'ngga siljiydi, ya'ni. CO 2 hosil bo'lishiga, to'g'ridan-to'g'ri reaksiyaga (→) .

b) Le Shatelye printsipiga ko'ra, harorat ko'tarilganda, muvozanat o'zgaradi endotermik reaksiyaga (- Q ), ya'ni. teskari reaktsiya yo'nalishi bo'yicha - CO 2 ning parchalanish reaktsiyasi (←) , chunki energiya saqlanish qonuni:

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

V) Kislorod kontsentratsiyasi oshgani sayin tizimning muvozanati o'zgaradi CO 2 ni olish uchun (→) chunkireaktivlar kontsentratsiyasining ortishi (suyuq yoki gazsimon) mahsulotlar tomon siljiydi, ya'ni. to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga.

Qo'shimcha ravishda:

1-misol Tizimda to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi necha marta o'zgaradi:

2 SO 2 (d) +O 2 (d) = 2SO 3 (G)

agar gaz aralashmasining hajmi uch barobar ko'paytirilsa? Tizimning muvozanati qaysi tomonga siljiydi?

Yechim. Reaksiyaga kiruvchi moddalarning konsentrasiyalarini belgilaymiz: [SO 2 ]= a , [HAQIDA 2 ] = b , [ SO 3 ] = Bilan. Tezlik massalarining ta'sir qonuniga ko'rav Hajmi o'zgarishidan oldin oldinga va teskari reaktsiyalar:

v va boshqalar = Ka 2 b

v arr = TO 1 Bilan 2 .

Bir hil tizim hajmini uch marta kamaytirgandan so'ng, reaktivlarning har birining kontsentratsiyasi uch marta ortadi: [SO 2 ] = 3 A , [HAQIDA 2 ] = 3 b ; [ SO 3 ] = 3 Bilan . Yangi tezlik konsentratsiyasidav ’ oldinga va orqaga reaktsiya:

v ’ va boshqalar = TO (3 A ) 2 (3 b ) = 27 Ka 2 b

v ’ arr = TO 1 (3 Bilan ) 2 = 9 TO 1 Bilan 2

Bu yerdan:

Shunday qilib, to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi 27 marta, teskari esa atigi to'qqiz marta oshdi. Tizimning muvozanati ta'limga o'tdiSO 3 .

2-misol Harorat 30 dan 70 gacha ko'tarilganda gaz fazasida ketayotgan reaksiya tezligi necha marta oshishini hisoblang. O C, agar reaksiyaning harorat koeffitsienti 2 bo'lsa.

Yechim. Kimyoviy reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi Vant-Xoff empirik qoidasi bilan quyidagi formula bo'yicha aniqlanadi:

Shuning uchun reaksiya tezligiν T 2 70 haroratda O Ko'proq reaktsiya tezligi bilanν T 1 30 haroratda O C 16 marta.

3-misol Bir jinsli sistemaning muvozanat konstantasi:

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

850 da O C 1 ga teng. Muvozanat holatidagi barcha moddalarning konsentrasiyalarini hisoblang, agar dastlabki konsentratsiyalar: [CO] ref \u003d 3 mol / l, [N 2 HAQIDA] ref = 2 mol/l.

Yechim. Muvozanat holatida to‘g‘ri va teskari reaksiyalar tezligi teng bo‘ladi va bu tezliklar konstantalarining nisbati doimiy bo‘lib, berilgan sistemaning muvozanat konstantasi deyiladi:

v pr = TO 1 [ORZU 2 HAQIDA]

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

Muammoning shartida, ifodada bo'lganda, boshlang'ich konsentratsiyalar berilganTO R tizimdagi barcha moddalarning faqat muvozanat kontsentratsiyasini o'z ichiga oladi. Faraz qilaylik, konsentratsiyaning muvozanat momentiga [SO 2 ] R = X mol/l. Tizim tenglamasiga ko'ra, bu holda hosil bo'lgan vodorodning mollari soni ham bo'ladiX mol/l. Bir xil miqdordagi mol uchun (X mol/l) CO va H 2 O ta'lim uchun sarflanganX mol CO 2 va H 2 . Shunday qilib, barcha to'rtta moddaning muvozanat konsentratsiyasi:

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

[CO] R = (3 – X ) mol/l;

[N 2 HAQIDA] R = (2 – X ) mol/l.

Muvozanat konstantasini bilib, qiymatni topamizX , va keyin barcha moddalarning dastlabki kontsentratsiyasi:

Shunday qilib, kerakli muvozanat kontsentratsiyasi:

[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 HAQIDA] R \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

4-misol Muayyan haroratda tizimdagi muvozanat konsentratsiyalari

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) edi: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Ushbu haroratdagi muvozanat konstantasini va agar dastlabki aralashmada CO 2 bo'lmasa, CO va O 2 ning boshlang'ich konsentratsiyasini aniqlang.

Yechim:

1). Muammo shartida muvozanat konsentrasiyalari berilganligi sababli muvozanat konstantasi 2 ga teng:

2). Agar dastlabki aralashmada CO 2 bo'lmasa, kimyoviy muvozanat momentida tizimda 0,16 mol CO 2 hosil bo'lgan.

UHR ma'lumotlariga ko'ra:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

0,16 mol CO 2 hosil bo'lishi uchun sarflangan:

y reaksiyaga kirdi (CO) \u003d y (CO 2) \u003d 0,16 mol

y reaksiyaga kirishdi (O 2) \u003d 1/2y (CO 2) \u003d 0,08 mol

Demak,

y boshlang'ich = y reaksiyaga kirishgan + y muvozanat

y boshlang'ich (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol

y boshlang'ich (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol

Modda			CO2
C boshlang'ich	0,36
C reaksiyaga kirishdi	0,16	0,08	0,16
C muvozanati		0,32	0,16

5-misolTizimdagi HI ning muvozanat konsentratsiyasini aniqlang

H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g),

agar biron bir haroratda muvozanat konstantasi 4 bo'lsa va H 2, I 2 va HI ning boshlang'ich konsentratsiyasi mos ravishda 1, 2 va 0 mol / l bo'lsa.

Yechim. X mol/l bo'lsin Salom

Modda	H2	men 2
asl nusxadan , mol/l
proreakt bilan. , mol/l	x/2	x/2
c teng. , mol/l	1x/2	PCl 5 (d) = RS l 3 (d) + BILAN l 2(G); D H= + 92,59 kJ. Qanday o'zgartiriladi: a) harorat; b) bosim; v) muvozanatni to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga - parchalanishga o'tkazish uchun konsentratsiyaPCl 5 ? Yechim. Kimyoviy muvozanatning siljishi yoki siljishi - reaksiya sharoitlaridan birining o'zgarishi natijasida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning muvozanat konsentratsiyasining o'zgarishi. Muvozanatning siljishi yo'nalishi Le Shatelye printsipi bo'yicha aniqlanadi: a) parchalanish reaksiyasidan boshlab.PCl 5 endotermik (Δ H > 0) keyin muvozanatni to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga o'tkazish uchun haroratni oshirish kerak; b) chunki bu sistemada PCl ning kengayishi 5 hajmning oshishiga olib keladi (bir gaz molekulasidan ikkita gazsimon molekula hosil bo'ladi), keyin muvozanatni to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga o'tkazish uchun bosimni kamaytirish kerak; c) muvozanatni ko'rsatilgan yo'nalishga siljitishga RS kontsentratsiyasining oshishi sifatida erishish mumkinl 5 , va PCl konsentratsiyasining pasayishi 3 yoki Cl 2 .

Kimyoviy reaksiyalar qaytar va qaytarilmasdir.

qaytarilmas reaktsiyalar faqat bitta (oldinga →) yo'nalishda ketadigan reaktsiyalar deyiladi:

bular. agar ba'zi A + B = C + D reaktsiyasi qaytarilmas bo'lsa, bu C + D = A + B teskari reaksiya sodir bo'lmaydi, degan ma'noni anglatadi.

Qaytariladigan reaktsiyalar - bu oldinga va teskari yo'nalishda (⇄) ketadigan reaktsiyalar:

ya'ni, masalan, agar A + B = C + D ma'lum bir reaksiya qaytar bo'lsa, bu A + B → C + D (to'g'ridan-to'g'ri) va C + D → A + B (teskari) reaktsiyasi bir vaqtning o'zida borishini anglatadi. ).

Aslida, chunki to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar davom etadi, reaktivlar (boshlang'ich moddalar) teskari reaktsiyalar holatida tenglamaning chap tomonidagi moddalar va tenglamaning o'ng tomonidagi moddalar deb atash mumkin. Xuddi shu narsa mahsulotlarga ham tegishli.

Har qanday teskari reaktsiya uchun to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi teng bo'lishi mumkin. Bunday davlat deyiladi muvozanat holati.

Muvozanat holatida barcha reaktivlarning ham, barcha mahsulotlarning kontsentratsiyasi o'zgarmaydi. Muvozanat holatidagi mahsulotlar va reaktivlarning kontsentratsiyasi deyiladi muvozanat konsentratsiyalari.

Turli omillar ta'sirida kimyoviy muvozanatning siljishi

Harorat, bosim yoki boshlang'ich moddalar yoki mahsulotlar kontsentratsiyasining o'zgarishi kabi tizimga tashqi ta'sirlar tufayli tizimning muvozanati buzilishi mumkin. Biroq, bu tashqi ta'sir to'xtatilgandan so'ng, tizim ma'lum vaqtdan keyin yangi muvozanat holatiga o'tadi. Tizimning bir muvozanat holatidan ikkinchi muvozanat holatiga bunday o'tishi deyiladi kimyoviy muvozanatning siljishi (o'zgarishi). .

Muayyan turdagi ta'sir qilish bilan kimyoviy muvozanat qanday o'zgarishini aniqlash uchun Le Chatelier printsipidan foydalanish qulay:

Muvozanat holatidagi sistemaga har qanday tashqi ta’sir ko‘rsatilsa, kimyoviy muvozanatning siljish yo‘nalishi ta’sir ta’sirini zaiflashtiradigan reaksiya yo‘nalishiga to‘g‘ri keladi.

Haroratning muvozanat holatiga ta'siri

Harorat o'zgarganda, har qanday kimyoviy reaktsiyaning muvozanati o'zgaradi. Bu har qanday reaktsiyaning termal ta'sirga ega ekanligi bilan bog'liq. Bunday holda, to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning termal effektlari har doim to'g'ridan-to'g'ri qarama-qarshidir. Bular. agar oldinga boradigan reaksiya ekzotermik bo'lsa va +Q ga teng issiqlik effekti bilan davom etsa, u holda teskari reaksiya har doim endotermik bo'lib, -Q ga teng issiqlik effektiga ega.

Shunday qilib, Le Shatelier printsipiga muvofiq, agar muvozanat holatida bo'lgan ba'zi bir tizimning haroratini oshirsak, u holda muvozanat reaksiyaga qarab siljiydi, bunda harorat pasayadi, ya'ni. endotermik reaksiya tomon. Va shunga o'xshab, agar biz muvozanat holatida tizimning haroratini pasaytirsak, muvozanat reaktsiyaga qarab siljiydi, buning natijasida harorat oshadi, ya'ni. ekzotermik reaksiya tomon.

Masalan, quyidagi qaytar reaktsiyani ko'rib chiqing va harorat pasayganda uning muvozanati qayerga siljishini ko'rsating:

Yuqoridagi tenglamadan ko'rinib turibdiki, oldinga siljish reaktsiyasi ekzotermik, ya'ni. uning oqimi natijasida issiqlik chiqariladi. Shuning uchun teskari reaktsiya endotermik bo'ladi, ya'ni issiqlikni yutish bilan davom etadi. Shartga ko'ra, harorat pasayadi, shuning uchun muvozanat o'ngga siljiydi, ya'ni. to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga.

Konsentratsiyaning kimyoviy muvozanatga ta'siri

Le Chatelier printsipiga muvofiq reagentlar konsentratsiyasining oshishi muvozanatning reagentlar iste'mol qilinadigan reaktsiyaga qarab siljishiga olib kelishi kerak, ya'ni. to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga.

Aksincha, agar reaktivlarning konsentratsiyasi tushirilsa, u holda muvozanat reaksiyaga kirishuvchi moddalar hosil bo'lishiga olib keladigan reaktsiya tomon siljiydi, ya'ni. teskari reaktsiyaning tomoni (←).

Reaksiya mahsulotlari kontsentratsiyasining o'zgarishi ham xuddi shunday ta'sir qiladi. Agar siz mahsulotlarning konsentratsiyasini oshirsangiz, muvozanat reaktsiyaga qarab o'tadi, buning natijasida mahsulotlar iste'mol qilinadi, ya'ni. teskari reaktsiya tomon (←). Aksincha, mahsulotlarning konsentratsiyasi pasaysa, mahsulot konsentratsiyasi oshishi uchun muvozanat to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaga (→) siljiydi.

Bosimning kimyoviy muvozanatga ta'siri

Harorat va kontsentratsiyadan farqli o'laroq, bosimning o'zgarishi har bir reaktsiyaning muvozanat holatiga ta'sir qilmaydi. Bosimning o'zgarishi kimyoviy muvozanatning siljishiga olib kelishi uchun tenglamaning chap va o'ng tomonidagi gazsimon moddalar oldidagi koeffitsientlar yig'indilari har xil bo'lishi kerak.

Bular. ikkita reaktsiyadan:

bosimning o'zgarishi faqat ikkinchi reaksiya holatida muvozanat holatiga ta'sir qilishi mumkin. Chap va o'ngdagi birinchi tenglamada gazsimon moddalar formulalari oldidagi koeffitsientlar yig'indisi bir xil (2 ga teng), ikkinchi tenglamada esa boshqacha (4 bo'yicha) bo'lgani uchun. chapda va 2 o'ngda).

Bundan, xususan, reaktivlar va mahsulotlar orasida gazsimon moddalar bo'lmasa, bosimning o'zgarishi hozirgi muvozanat holatiga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi. Masalan, bosim reaktsiyaning muvozanat holatiga ta'sir qilmaydi:

Agar gazsimon moddalarning miqdori chap va o'ng tomonda farq qilsa, bosimning oshishi muvozanatning reaktsiya tomon siljishiga olib keladi, bunda gazlar hajmi kamayadi va bosim yo'nalishi bo'yicha pasayadi. reaksiya, buning natijasida gazlar hajmi ortadi.

Katalizatorning kimyoviy muvozanatga ta'siri

Katalizator to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarni bir xil darajada tezlashtiradi, chunki uning mavjudligi yoki yo'qligi ta'sir qilmaydi muvozanat holatiga.

Katalizator ta'sir qilishi mumkin bo'lgan yagona narsa - bu tizimning muvozanatsiz holatdan muvozanat holatiga o'tish tezligi.

Yuqoridagi barcha omillarning kimyoviy muvozanatga ta'siri quyida balans vazifalarini bajarishda birinchi navbatda ko'rishingiz mumkin bo'lgan cheat varag'ida jamlangan. Biroq, u imtihonda undan foydalana olmaydi, shuning uchun uning yordami bilan bir nechta misollarni tahlil qilgandan so'ng, uni muvozanat uchun vazifalarni hal qilishga o'rgatish kerak, endi unga qaramaslik kerak:

Belgilar: T - harorat, p - bosim, Bilan – konsentratsiya, – ortish, ↓ – pasayish

Katalizator

T	T - muvozanat endotermik reaksiya tomon siljiydi
	↓T - muvozanat ekzotermik reaksiya tomon siljiydi
p	p - muvozanat gazsimon moddalar oldidagi koeffitsientlar yig'indisi kichikroq bo'lgan reaksiya tomon siljiydi.
	↓p - muvozanat gazsimon moddalar oldidagi koeffitsientlar yig'indisi katta bo'lgan reaksiya tomon siljiydi.
c	c (reagent) - muvozanat to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tomon siljiydi (o'ngga)
	↓c (reagent) - muvozanat teskari reaktsiya tomon siljiydi (chapga)
	c (mahsulot) - muvozanat teskari reaktsiya yo'nalishi bo'yicha siljiydi (chapga)
	↓c (mahsulot) - muvozanat to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tomon siljiydi (o'ngga)
Balansga ta'sir qilmaydi!

Ga muvofiq Le Chatelier printsipi Agar muvozanat holatida bo'lgan tizimga tashqi ta'sir ko'rsatilsa, u holda muvozanat bu ta'sirni zaiflashtiradigan reaktsiya yo'nalishiga siljiydi.

Masalan

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

1. Konsentratsiyaning ta’siri. Agar boshlang'ich moddalarning konsentratsiyasi oshirilsa, u holda muvozanat mahsulot hosil bo'lishi tomon siljiydi va aksincha.

Agar N 2 va H 2 boshlang'ich moddalarining kontsentratsiyasi kamaytirilsa, bu muvozanatning o'ngdan chapga siljishiga olib keladi, buning natijasida ammiakning parchalanishi tufayli N 2 va H 2 kontsentratsiyasi yana ortadi.

2. Bosimning ta'siri. Bunda reaksiyaning faqat gazsimon ishtirokchilari hisobga olinadi. Bosim ortib borishi bilan muvozanat gazsimon moddalarning kamroq miqdordagi mollaridan tashkil topgan tizim tomon siljiydi.

Tizim bosimining oshishi muvozanatning chapdan o'ngga siljishiga olib keladi, chunki chap tomonda umumiy soni gazlar mol 4, o'ngda esa 2.

3. Haroratning ta’siri. Reaksiyaning termal ta'siriga bog'liq.

Reaksiyalarning issiqlik effekti ko'rsatilgan kimyoviy tenglamalar deyiladi termokimyoviy tenglamalar. Kimyoviy reaktsiyalarning termokimyoviy tenglamalarida issiqlik effekti DH miqdori yordamida ko'rsatiladi, bu deyiladi. entalpiya o'zgarishi reaksiyaning (issiqlik tarkibi). Entalpiya - bu moddaning hosil bo'lishi paytida to'plangan energiya o'lchovidir.

–DH, issiqlik chiqariladi, ya'ni. reaksiya ekzotermik;

DH, issiqlik so'riladi, ya'ni. reaktsiya endotermik;

To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya ekzotermik, ya'ni. harorat ko'tarilishi bilan muvozanat o'ngdan chapga, endotermik reaksiya tomon siljiydi.

4. Katalizatorning ta'siri. Katalizatorlar to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarni teng darajada tezlashtiradi va shuning uchun kimyoviy muvozanatni o'zgartirmaydi, faqat muvozanat holatiga tezroq erishishga yordam beradi.

Mashq qilish. Gaz tizimi A + B C - DH. S moddasining muvozanat konsentratsiyasi qanday ta'sir qiladi:

a) bosimning oshishi. Chap tomonda 2 mol moddalar mavjud. O'ng 1 molda, ya'ni. muvozanat chapdan o'ngga C moddasining hosil bo'lishiga qarab siljiydi, C ning konsentratsiyasi ortadi.(®)

b) A modda kontsentratsiyasining ortishi. Muvozanat chapdan o'ngga C moddaning hosil bo'lishi tomon siljiydi, C kontsentratsiyasi ortadi.(®).

c) haroratning oshishi. To'g'ridan-to'g'ri ekzo, teskari - endotermik. Balans o'ngdan chapga siljiydi ().

Mashq qilish. Bosimning oshishi tizimning muvozanatiga qanday ta'sir qiladi?

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

Tizimdagi muvozanat o'zgarmaydi.

Mashq qilish. To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya yo'nalishi bo'yicha muvozanatni siljitish uchun harorat, bosim va konsentratsiyani qanday o'zgartirish kerak?

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

a) reaksiya endotermik, haroratni oshirish kerak.

b) bosimni kamaytirish kerak

c) PCl 5 ning konsentratsiyasini oshirish yoki PCl 3 va Cl 2 kontsentratsiyasini kamaytirish.

Mashq qilish. 2SO 2 (g) + O 2 (g) Û 2SO 3 (g). Muvozanat holati qanday ta'sir qiladi?

a) bosimning oshishi;

To'g'ridan-to'g'ri reaksiya davom etganda, tizimdagi gazsimon moddalar miqdori kamayadi (2 mol SO 2 gaz va 1 mol O 2 gazdan SO 3 suyuqligi hosil bo'ladi). Bosimning oshishi muvozanatni kamroq miqdordagi gazsimon moddalar, ya'ni SO 3 hosil bo'lishiga olib keladi. (®).

b) oltingugurt oksidi (VI) konsentratsiyasining pasayishi?

SO 3 kontsentratsiyasining pasayishi (mahsulotni reaksiya tizimidan olib tashlash) muvozanatning SO 3 hosil bo'lishiga qarab siljishiga olib keladi. (®).

Mashq qilish. A + B Û 2C -

Ular muvozanat holatiga qanday ta'sir qiladi.