În ce direcție se va deplasa echilibrul chimic al sistemului? echilibru chimic. Principiul Le Chatelier. Ce am învățat

Subiecte codificatoare: reacții reversibile și ireversibile. echilibru chimic. Părtinire echilibru chimic sub influența diverșilor factori.

În funcție de posibilitatea unei reacții inverse, reacțiile chimice sunt împărțite în reversibile și ireversibile.

Reacții chimice reversibile sunt reacții ale căror produse pot interacționa între ele în condiții date.

De exemplu, sinteza amoniacului este o reacție reversibilă:

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

Procesul se desfășoară la temperatură ridicată, sub presiune și în prezența unui catalizator (fier). Astfel de procese sunt de obicei reversibile.

reacții ireversibile sunt reacții ale căror produse nu pot interacționa între ele în condiții date.

De exemplu, reacții de combustie sau reacții care apar cu o explozie - cel mai adesea, ireversibile. Arderea carbonului continuă ireversibil:

C + O2 = CO2

Mai multe detalii despre clasificarea reacțiilor chimice poate fi citit.

Probabilitatea interacțiunii produsului depinde de condițiile procesului.

Deci dacă sistemul deschis, adică schimbă atât materie, cât și energie cu mediul, apoi reacțiile chimice în care, de exemplu, se formează gaze, vor fi ireversibile.

De exemplu , la calcinarea bicarbonatului de sodiu solid:

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

se eliberează dioxid de carbon gazos și se volatilizează din zona de reacție. Prin urmare, o astfel de reacție va ireversibilîn aceste condiții.

Dacă luăm în considerare sistem închis , care nu poti schimbă materie cu mediul (de exemplu, o cutie închisă în care are loc reacția), atunci dioxidul de carbon nu va putea scăpa din zona de reacție și va interacționa cu apa și carbonatul de sodiu, apoi reacția va fi reversibilă sub aceste conditii:

2NaHCO 3 ⇔ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Considera reacții reversibile. Lasă reacția reversibilă să se desfășoare conform schemei:

aA + bB ⇔ cC + dD

Viteza unei reacții directe conform legii acțiunii masei este determinată de expresia:

v 1 \u003d k 1 C A a C B b

Rata de feedback:

v 2 \u003d k 2 C C C C D d

Aici k 1Și k2 sunt constantele de viteză ale reacțiilor directe și, respectiv, invers, C A , C B , C C , C D sunt concentrațiile substanțelor A, B, C și, respectiv, D.

Dacă în momentul inițial al reacției nu există substanțe C și D în sistem, atunci particulele A și B se ciocnesc și interacționează predominant și are loc o reacție predominant directă.

Treptat, concentrația particulelor C și D va începe să crească, prin urmare, viteza reacției inverse va crește. Într-un moment viteza reacției directe devine egală cu viteza reacției inverse. Această stare se numește echilibru chimic .

În acest fel, echilibru chimic este starea sistemului în care ratele reacțiilor directe și inverse sunt egale .

Deoarece vitezele reacțiilor directe și inverse sunt egale, viteza de formare a reactivilor este egală cu rata consumului lor, iar curentul concentrațiile substanțelor nu se modifică . Astfel de concentrații se numesc echilibrat .

Rețineți că în echilibru au loc atât reacții înainte cât și invers, adică reactanții interacționează între ei, dar produsele interacționează între ei în aceeași viteză. În același timp, factorii externi pot influența schimb echilibru chimic într-o direcție sau alta. Prin urmare, echilibrul chimic se numește mobil, sau dinamic .

Cercetările în domeniul echilibrului mobil au început în secolul al XIX-lea. În scrierile lui Henri Le Chatelier s-au pus bazele teoriei, care au fost ulterior generalizate de omul de știință Karl Brown. Principiul echilibrului în mișcare, sau principiul lui Le Chatelier-Brown, afirmă:

Dacă sistemul, aflat într-o stare de echilibru, este afectat de un factor extern care modifică oricare dintre condițiile de echilibru, atunci procesele care vizează compensarea impactului extern sunt intensificate în sistem.

Cu alte cuvinte: Când o forță externă este aplicată sistemului, echilibrul se va deplasa astfel încât să compenseze această forță externă.

Acest principiu, care este foarte important, funcționează pentru orice fenomene de echilibru (nu doar pentru reacții chimice). Cu toate acestea, acum îl vom considera în legătură cu interacțiunile chimice. În cazul reacțiilor chimice, acțiunea externă duce la modificarea concentrațiilor de echilibru ale substanțelor.

Trei factori principali pot afecta reacțiile chimice în stare de echilibru − temperatura, presiunea și concentrațiile reactanților sau produșilor.

1. După cum știți, reacțiile chimice sunt însoțite de un efect termic. Dacă reacția directă are loc cu eliberarea de căldură (exotermă sau + Q), atunci reacția inversă are loc cu absorbția de căldură (endotermă sau -Q) și invers. Dacă ridici temperatura în sistem, echilibrul se va deplasa astfel încât să compenseze această creștere. Este logic ca printr-o reacție exotermă, creșterea temperaturii nu poate fi compensată. Astfel, pe măsură ce temperatura crește, echilibrul din sistem se deplasează către absorbția de căldură, adică. spre reacții endoterme (-Q); cu scăderea temperaturii – în direcția unei reacții exoterme (+ Q).

2. În cazul reacțiilor de echilibru, când cel puțin una dintre substanțe este în fază gazoasă, echilibrul este de asemenea afectat semnificativ de modificare presiuneîn sistem. Când presiunea este crescută, sistemul chimic încearcă să compenseze acest efect și crește viteza reacției, în care cantitatea de substanțe gazoase scade. Când presiunea este redusă, sistemul crește viteza reacției, în care se formează mai multe molecule de substanțe gazoase. Astfel: cu o creștere a presiunii, echilibrul se deplasează spre o scădere a numărului de molecule de gaz, cu o scădere a presiunii - spre o creștere a numărului de molecule de gaz.

Notă! Sistemele în care numărul de molecule de gaze reactante și de produse este același nu sunt afectate de presiune! De asemenea, o modificare a presiunii practic nu afectează echilibrul în soluții, adică. în reacţii în care nu există gaze.

3. De asemenea, echilibrul în sistemele chimice este afectat de schimbare concentraţie reactanți și produși. Pe măsură ce concentrația reactanților crește, sistemul încearcă să le utilizeze și crește viteza reacției directe. Odată cu scăderea concentrației de reactivi, sistemul încearcă să-i acumuleze, iar viteza reacției inverse crește. Odată cu creșterea concentrației de produse, sistemul încearcă, de asemenea, să le utilizeze și crește viteza reacției inverse. Odată cu scăderea concentrației de produse, sistemul chimic crește viteza de formare a acestora, adică. viteza de reacție directă.

Dacă într-un sistem chimic viteza reacției înainte crește dreapta , spre formarea produselor Și consumul de reactiv . Dacă viteza reacției inverse crește, spunem că echilibrul s-a schimbat La stânga , spre consumul de alimente Și creșterea concentrației de reactivi .

De exemplu, în reacția de sinteză a amoniacului:

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 + Q

o creștere a presiunii duce la o creștere a vitezei de reacție, în care se formează un număr mai mic de molecule de gaz, adică. reacție directă (numărul de molecule de gaz reactant este 4, numărul de molecule de gaz din produse este 2). Pe măsură ce presiunea crește, echilibrul se deplasează spre dreapta, spre produse. La cresterea temperaturii echilibrul se va schimba spre o reacție endotermă, adică la stânga, spre reactivi. O creștere a concentrației de azot sau hidrogen va deplasa echilibrul către consumul lor, adică. la dreapta, spre produse.

Catalizator nu afectează echilibrul, deoarece accelerează atât reacțiile înainte cât și invers.

Articolul principal: Principiul Le Chatelier-Brown

Poziția echilibrului chimic depinde de următorii parametri de reacție: temperatură, presiune și concentrație. Influența pe care acești factori o au asupra unei reacții chimice este supusă unui model care a fost exprimat în termeni generali în 1885 de omul de știință francez Le Chatelier.

Factori care afectează echilibrul chimic:

1) temperatura

Pe măsură ce temperatura crește, echilibrul chimic se deplasează către o reacție endotermă (de absorbție), iar pe măsură ce scade, către o reacție exotermă (izolare).

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) presiunea

Când presiunea crește, echilibrul chimic se deplasează către un volum mai mic de substanțe, iar când scade, către un volum mai mare. Acest principiu se aplică numai gazelor, adică. dacă în reacție sunt implicate solide, acestea nu sunt luate în considerare.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1mol=1mol+1mol

3) concentrația substanțelor inițiale și a produselor de reacție

Odată cu creșterea concentrației uneia dintre substanțele inițiale, echilibrul chimic se deplasează spre produșii de reacție, iar cu creșterea concentrației produselor de reacție, spre substanțele inițiale.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←

Catalizatorii nu afectează deplasarea echilibrului chimic!

Caracteristicile cantitative de bază ale echilibrului chimic: constanta de echilibru chimic, gradul de conversie, gradul de disociere, randamentul de echilibru. Explicați semnificația acestor cantități pe exemplul unor reacții chimice specifice.

În termodinamica chimică, legea acțiunii masei raportează activitățile de echilibru ale substanțelor inițiale și ale produselor de reacție, conform relației:

Activitatea substanței. În loc de activitate, se pot folosi concentrația (pentru o reacție într-o soluție ideală), presiuni parțiale (reacția într-un amestec de gaze ideale), fugacitatea (reacția într-un amestec de gaze reale);

Coeficientul stoichiometric (pentru substanțele inițiale se presupune a fi negativ, pentru produse - pozitiv);

Constanta de echilibru chimic. Indicele „a” înseamnă aici utilizarea valorii activității în formulă.

Eficiența reacției este de obicei evaluată prin calcularea randamentului produsului de reacție (Secțiunea 5.11). Cu toate acestea, eficiența reacției poate fi evaluată și prin determinarea ce parte a celei mai importante substanțe (de obicei cea mai scumpă) s-a transformat în produsul țintă al reacției, de exemplu, ce parte din SO 2 s-a transformat în SO 3 în timpul producției. de acid sulfuric, adică de a găsi gradul de conversie substanta originala.

Să facem o scurtă schemă a reacției în curs

Apoi gradul de transformare a substanței A în substanța B (A) este determinat de următoarea ecuație

Unde n proreag (A) este cantitatea de substanță din reactiv A care a reacționat pentru a forma produsul B și n initial (A) - cantitatea initiala de substanta a reactivului A.

Desigur, gradul de conversie poate fi exprimat nu numai în ceea ce privește cantitatea de substanță, ci și în termeni de orice cantități proporționale cu aceasta: numărul de molecule (unități de formulă), masă, volum.

Dacă reactantul A este consumat în cantitate redusă și pierderea produsului B poate fi neglijată, atunci gradul de conversie a reactantului A este de obicei egal cu randamentul produsului B

O excepție o constituie reacțiile în care materia primă este în mod evident consumată pentru a forma mai multe produse. Deci, de exemplu, în reacție

Cl 2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H 2 O

clorul (reactivul) este transformat în mod egal în clorură de potasiu și hipoclorit de potasiu. În această reacție, chiar și cu un randament de 100% KClO, gradul de conversie a clorului în acesta este de 50%.

Cantitatea cunoscută de dvs. - gradul de protoliză (paragraful 12.4) - este un caz special al gradului de conversie:

În cadrul TED, sunt numite cantități similare gradul de disociere acizi sau baze (denumite și gradul de protoliză). Gradul de disociere este legat de constanta de disociere conform legii diluției Ostwald.

În cadrul aceleiași teorii, echilibrul hidrolizei se caracterizează prin gradul de hidroliză (h), folosind următoarele expresii referitoare la concentrația inițială a substanței ( din) și constantele de disociere ale acizilor slabi (K HA) și ale bazelor slabe formate în timpul hidrolizei ( K MOH):

Prima expresie este valabilă pentru hidroliza unei sări a unui acid slab, a doua pentru o sare a unei baze slabe, iar a treia pentru o sare a unui acid slab și a unei baze slabe. Toate aceste expresii pot fi utilizate numai pentru soluții diluate cu un grad de hidroliză de cel mult 0,05 (5%).

De obicei, randamentul de echilibru este determinat de constanta de echilibru cunoscută, cu care este asociată în fiecare caz particular printr-un anumit raport.

Randamentul produsului poate fi modificat prin deplasarea echilibrului reacției în procese reversibile, prin influența unor factori precum temperatura, presiunea, concentrația.

În conformitate cu principiul Le Chatelier, gradul de conversie de echilibru crește odată cu creșterea presiunii în cursul reacțiilor simple, în timp ce în alte cazuri volumul amestecului de reacție nu se modifică și randamentul produsului nu depinde de presiune.

Influența temperaturii asupra randamentului de echilibru, precum și asupra constantei de echilibru, este determinată de semnul efectului termic al reacției.

Pentru o evaluare mai completă a proceselor reversibile se folosește așa-numitul randament din teoretic (randament din echilibru), egal cu raportul dintre produsul efectiv obținut w și cantitatea care ar fi fost obținută în starea de echilibru.

DISOCIARE TERMICĂ chimică

o reacție de descompunere reversibilă a unei substanțe cauzată de creșterea temperaturii.

Cu T. d., dintr-o substanță se formează mai multe (2H2H + OSaO + CO) sau o substanță mai simplă

Echilibrul etc. se stabilește conform legii masei care acționează. Aceasta

poate fi caracterizat fie prin constanta de echilibru, fie prin gradul de disociere

(raportul dintre numărul de molecule degradate și numărul total de molecule). ÎN

în majoritatea cazurilor, T. d. este însoțită de absorbția de căldură (increment

entalpie

DN>0); prin urmare, în conformitate cu principiul Le Chatelier-Brown

încălzirea o intensifică, se determină gradul de deplasare a T. d. cu temperatura

valoarea absolută a DN. Presiunea împiedică T. d. cu cât este mai puternic, cu atât mai mare

modificarea (creșterea) numărului de moli (Di) de substanțe gazoase

gradul de disociere nu depinde de presiune. Dacă solidele nu sunt

formează soluții solide și nu sunt într-o stare foarte dispersă,

atunci presiunea T. d. este determinată în mod unic de temperatură. Pentru a implementa T.

e. substanțe solide (oxizi, hidrați cristalini etc.)

este important de știut

temperatura, la care presiunea de disociere devine egală cu cea externă (în special,

presiune atmosferică. Deoarece gazul care se scurge poate depăși

presiunea ambiantă, apoi la atingerea acestei temperaturi, procesul de descompunere

se intensifică imediat.

Dependența gradului de disociere de temperatură: gradul de disociere crește odată cu creșterea temperaturii (o creștere a temperaturii duce la o creștere a energiei cinetice a particulelor dizolvate, ceea ce contribuie la dezintegrarea moleculelor în ioni)

Gradul de conversie a materiilor prime și randamentul de echilibru al produsului. Metode de calcul a acestora la o temperatură dată. Ce date sunt necesare pentru asta? Dați o schemă pentru calcularea oricăreia dintre aceste caracteristici cantitative ale echilibrului chimic folosind un exemplu arbitrar.

Gradul de conversie este cantitatea de reactiv reacţionat raportată la cantitatea sa iniţială. Pentru cea mai simplă reacție, unde este concentrația la intrarea în reactor sau la începutul procesului periodic, este concentrația la ieșirea din reactor sau momentul curent al procesului periodic. Pentru o reacție arbitrară, de exemplu, , conform definiției, formula de calcul este aceeași: . Dacă există mai mulți reactivi în reacție, atunci gradul de conversie poate fi calculat pentru fiecare dintre ei, de exemplu, pentru reacție Dependența gradului de conversie de timpul de reacție este determinată de modificarea concentrației reactivului în timp. În momentul inițial de timp, când nimic nu s-a schimbat, gradul de transformare este egal cu zero. Apoi, pe măsură ce reactivul este convertit, gradul de conversie crește. Pentru o reacție ireversibilă, când nimic nu împiedică consumarea completă a reactivului, valoarea acestuia tinde (Fig. 1) spre unitate (100%). Fig.1 Cu cât rata consumului de reactiv este mai mare, determinată de valoarea constantei de viteză, cu atât crește mai repede gradul de conversie, ceea ce este prezentat în figură. Dacă reacția este reversibilă, atunci când reacția tinde spre echilibru, gradul de conversie tinde către o valoare de echilibru, a cărei valoare depinde de raportul dintre constantele vitezei reacțiilor directe și inverse (pe constanta de echilibru) (Fig. . 2). Fig.2 Randamentul produsului țintă Randamentul produsului este cantitatea de produs țintă obținută efectiv, raportată la cantitatea din acest produs care ar fi fost obținută dacă întregul reactiv ar fi trecut în acest produs (la cantitatea maximă posibilă de produsul rezultat). Sau (prin reactiv): cantitatea de reactiv convertită efectiv în produsul țintă, împărțită la cantitatea inițială de reactiv. Pentru cea mai simplă reacție, randamentul este , și ținând cont că pentru această reacție, , adică pentru cea mai simplă reacție, randamentul și gradul de conversie sunt una și aceeași cantitate. Dacă transformarea are loc cu o modificare a cantității de substanțe, de exemplu, atunci, în conformitate cu definiția, coeficientul stoichiometric trebuie inclus în expresia calculată. În conformitate cu prima definiție, cantitatea imaginară de produs obținută din întreaga cantitate inițială de reactiv va fi la jumătate mai mare pentru această reacție decât cantitatea inițială de reactiv, adică. , iar formula de calcul . În conformitate cu cea de-a doua definiție, cantitatea de reactiv convertită efectiv în produsul țintă va fi de două ori mai mare decât cantitatea de acest produs formată, adică. , apoi formula de calcul . Desigur, ambele expresii sunt aceleași. Pentru o reacție mai complexă, formulele de calcul sunt scrise exact în același mod conform definiției, dar în acest caz randamentul nu mai este egal cu gradul de conversie. De exemplu, pentru reacție . Dacă există mai mulți reactivi în reacție, randamentul poate fi calculat pentru fiecare dintre ei; dacă, în plus, există mai multe produse țintă, atunci randamentul poate fi calculat pentru orice produs țintă pentru orice reactiv. După cum se poate observa din structura formulei de calcul (numitorul conține o valoare constantă), dependența randamentului de timpul de reacție este determinată de dependența de timp a concentrației produsului țintă. Deci, de exemplu, pentru reacție această dependență arată ca în Fig.3. Fig.3

Gradul de conversie ca caracteristică cantitativă a echilibrului chimic. Cum va afecta creșterea presiunii totale și a temperaturii gradul de conversie a reactivului ... într-o reacție în fază gazoasă: ( dat fiind ecuația)? Oferiți rațiunea răspunsului și expresiile matematice corespunzătoare.

1. Dintre toate reacțiile cunoscute se disting reacțiile reversibile și ireversibile. Când se studiază reacțiile de schimb ionic, au fost enumerate condițiile în care acestea se realizează. ().

Sunt cunoscute și reacții care nu se finalizează în condiții date. Deci, de exemplu, atunci când dioxidul de sulf este dizolvat în apă, are loc reacția: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Dar se dovedește că într-o soluție apoasă se poate forma doar o anumită cantitate de acid sulfuros. Acest lucru se explică prin acid sulfuros fragilă și are loc o reacție inversă, adică descompunerea în oxid de sulf și apă. Prin urmare, această reacție nu ajunge până la sfârșit, deoarece două reacții apar simultan - Drept(între oxid de sulf și apă) și verso(descompunerea acidului sulfuric). SO2 + H2O↔H2SO3.

Reacțiile chimice care se desfășoară în condiții date în direcții reciproc opuse se numesc reversibile.

2. Deoarece viteza reacțiilor chimice depinde de concentrația reactanților, atunci la început viteza reacției directe ( υ pr) ar trebui să fie maximă, iar viteza reacției inverse ( υ arr) este egal cu zero. Concentrația reactanților scade în timp, iar concentrația produselor de reacție crește. Prin urmare, viteza reacției directe scade și viteza reacției inverse crește. La un anumit moment în timp, ratele reacțiilor directe și inverse devin egale:

În toate reacțiile reversibile, viteza reacției directe scade, viteza reacției inverse crește până când ambele viteze devin egale și se stabilește o stare de echilibru:

υ pr =υ arr

Starea unui sistem în care viteza reacției directe este egală cu viteza reacției inverse se numește echilibru chimic.

Într-o stare de echilibru chimic, raportul cantitativ dintre substanțele care reacţionează și produșii de reacție rămâne constant: câte molecule din produsul de reacție se formează pe unitatea de timp, așa că multe dintre ele se descompun. Totuși, starea de echilibru chimic se menține atâta timp cât condițiile de reacție rămân neschimbate: concentrație, temperatură și presiune.

Cantitativ, este descrisă starea de echilibru chimic legea acțiunii în masă.

La echilibru, raportul dintre produsul concentrațiilor produselor de reacție (în puteri ale coeficienților lor) și produsul concentrațiilor reactanților (și în puterile coeficienților lor) este o valoare constantă, independentă de concentrațiile inițiale. a substanţelor din amestecul de reacţie.

Această constantă se numește constanta de echilibru - k

Deci pentru reacție: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, constanta de echilibru se exprimă după cum urmează:

υ 1 =υ 2

υ 1 (reacție directă) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 , unde– concentrații molare de echilibru, = mol/l

υ 2 (reacție inversă) = k 2 [ NH 3 ] 2

k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ NH 3 ] 2

Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – constanta de echilibru.

Echilibrul chimic depinde de concentrație, presiune, temperatură.

Principiudetermină direcția amestecării de echilibru:

Dacă a fost exercitată o influență externă asupra unui sistem care este în echilibru, atunci echilibrul în sistem se va deplasa în direcția opusă acestei influențe.

1) Influența concentrării - dacă se măreşte concentraţia substanţelor iniţiale, atunci echilibrul se deplasează spre formarea produşilor de reacţie.

De exemplu,Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3

Când se adaugă la amestecul de reacție, de exemplu azot, adică concentrația reactivului crește, numitorul din expresia pentru K crește, dar întrucât K este o constantă, și numărătorul trebuie să crească pentru a îndeplini această condiție. Astfel, cantitatea de produs de reacție crește în amestecul de reacție. În acest caz, vorbim de o deplasare a echilibrului chimic spre dreapta, spre produs.

Astfel, o creștere a concentrației de reactanți (lichizi sau gazoși) se deplasează către produse, adică. spre o reacție directă. O creștere a concentrației produselor (lichide sau gazoase) deplasează echilibrul către reactanți, adică. spre reacția din spate.

O modificare a masei unui solid nu modifică poziția de echilibru.

2) Efectul temperaturii O creștere a temperaturii schimbă echilibrul către o reacție endotermă.

dar)N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (D) + 92,4 kJ (exotermic - eliberare de căldură)

Pe măsură ce temperatura crește, echilibrul se va deplasa către reacția de descompunere a amoniacului (←)

b)N 2 (D) +O 2 (G) ↔ 2NU(G) - 180,8 kJ (endotermă - absorbție de căldură)

Pe măsură ce temperatura crește, echilibrul se va deplasa în direcția reacției de formare NU (→)

3) Influența presiunii (numai pentru substanțele gazoase) - odată cu creșterea presiunii, echilibrul se deplasează spre formațiunei substante ocupand mai putin circa b mânca.

N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (G)

1 V - N 2

3 V - H 2

2 V – NH 3

Când presiunea crește ( P): înainte de reacție4 V substante gazoase → dupa reactie2 Vsubstanțele gazoase, prin urmare, echilibrul se deplasează spre dreapta ( → )

Cu o creștere a presiunii, de exemplu, de 2 ori, volumul gazelor scade de același număr de ori și, prin urmare, concentrațiile tuturor substanțelor gazoase vor crește de 2 ori. Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3

În acest caz, numărătorul expresiei pentru K va crește cu 4 ori, iar numitorul este 16 ori, adica egalitatea va fi ruptă. Pentru a-l restabili, concentrația trebuie să crească amoniacsi scade concentratia azotȘiapădrăguț. Echilibrul se va deplasa spre dreapta.

Deci, atunci când presiunea crește, echilibrul se deplasează către o scădere a volumului, iar când presiunea scade, se deplasează către o creștere a volumului.

O modificare a presiunii nu are practic niciun efect asupra volumului substanțelor solide și lichide, de exemplu. nu le modifică concentrarea. În consecință, echilibrul reacțiilor la care gazele nu participă este practic independent de presiune.

! Pe flux reactie chimica substanțele sunt afectate catalizatori. Dar atunci când se folosește un catalizator, energia de activare atât a reacțiilor directe, cât și a reacțiilor inverse scade cu aceeași cantitate și, prin urmare, echilibrul nu se schimba.

Rezolva probleme:

Numarul 1. Concentrațiile inițiale de CO și O 2 în reacția reversibilă

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)

Egal cu 6, respectiv 4 mol/L. Calculați constanta de echilibru dacă concentrația de CO 2 în momentul echilibrului este de 2 mol/l.

nr 2. Reacția se desfășoară conform ecuației

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) + Q

Indicați unde se va deplasa echilibrul dacă

a) crește presiunea

b) ridica temperatura

c) crește concentrația de oxigen

d) introducerea unui catalizator?

Echilibrul chimic este menținut atâta timp cât condițiile în care se află sistemul rămân neschimbate. Condițiile în schimbare (concentrația substanțelor, temperatură, presiune) provoacă un dezechilibru. După ceva timp, echilibrul chimic este restabilit, dar în condiții noi, diferite de cele anterioare. O astfel de tranziție a unui sistem de la o stare de echilibru la alta se numește deplasare(schimbarea) echilibrului. Direcția deplasării este supusă principiului lui Le Chatelier.

Odată cu creșterea concentrației uneia dintre substanțele inițiale, echilibrul se deplasează către un consum mai mare al acestei substanțe, iar reacția directă crește. O scădere a concentrației substanțelor inițiale deplasează echilibrul în direcția formării acestor substanțe, deoarece reacția inversă este intensificată. O creștere a temperaturii deplasează echilibrul către o reacție endotermă, în timp ce o scădere a temperaturii îl deplasează către o reacție exotermă. O creștere a presiunii deplasează echilibrul către o scădere a cantităților de substanțe gazoase, adică către volume mai mici ocupate de aceste gaze. Dimpotrivă, atunci când presiunea scade, echilibrul se deplasează în direcția creșterii cantităților de substanțe gazoase, adică în direcția unor volume mari formate de gaze.

EXEMPLUL 1.

Cum va afecta o creștere a presiunii starea de echilibru a următoarelor reacții reversibile de gaz:

a) SO 2 + C1 2 \u003d SO 2 CI 2;

b) H 2 + Br 2 \u003d 2HBr.

Soluţie:

Folosim principiul lui Le Chatelier, conform căruia o creștere a presiunii în primul caz (a) deplasează echilibrul spre dreapta, către o cantitate mai mică de substanțe gazoase care ocupă un volum mai mic, ceea ce slăbește efectul extern al presiunii crescute. În a doua reacție (b), cantitatea de substanțe gazoase, atât produsele inițiale cât și cele de reacție, sunt egale, la fel ca și volumele ocupate de acestea, deci presiunea nu are efect și echilibrul nu este perturbat.

EXEMPLUL 2.

În reacția de sinteză a amoniacului (–Q) 3Н 2 + N 2 = 2NH 3 + Q, reacția directă este exotermă, inversul este endotermă. Cum ar trebui modificate concentrația reactanților, temperatura și presiunea pentru a crește randamentul de amoniac?

Soluţie:

Pentru a deplasa echilibrul la dreapta, este necesar:

a) crește concentrația de H 2 și N 2;

b) scăderea concentraţiei (eliminarea din sfera de reacţie) a NH3;

c) scade temperatura;

d) crește presiunea.

EXEMPLUL 3.

Reacția omogenă a interacțiunii dintre clorură de hidrogen și oxigen este reversibilă:

4HC1 + O 2 \u003d 2C1 2 + 2H 2 O + 116 kJ.

1. Ce efect va avea echilibrul sistemului:

a) creșterea presiunii;

b) creşterea temperaturii;

c) introducerea unui catalizator?

Soluţie:

a) În conformitate cu principiul lui Le Chatelier, o creștere a presiunii duce la o deplasare a echilibrului către o reacție directă.

b) O creștere a t° duce la o deplasare a echilibrului în direcția reacției inverse.

c) Introducerea unui catalizator nu schimbă echilibrul.

2. În ce direcție se va deplasa echilibrul chimic dacă se dublează concentrația de reactanți?

Soluţie:

υ → = k → 0 2 0 2 ; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2

După creșterea concentrațiilor, viteza reacției directe a devenit:

υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0

adica a crescut de 32 de ori fata de viteza initiala. În mod similar, viteza reacției inverse crește de 16 ori:

υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [Н 2 O] 0 2 [С1 2 ] 0 2 .

Creșterea vitezei reacției directe este de 2 ori mai mare decât creșterea vitezei reacției inverse: echilibrul se deplasează spre dreapta.

EXEMPLUL 4

ÎN în ce direcție se va deplasa echilibrul unei reacții omogene:

PCl 5 \u003d PC1 3 + Cl 2 + 92 KJ,

dacă temperatura crește cu 30 °C, știind că coeficientul de temperatură al reacției directe este 2,5, iar reacția inversă este 3,2?

Soluţie:

Deoarece coeficienții de temperatură ai reacțiilor directe și inverse nu sunt egali, o creștere a temperaturii va avea un efect diferit asupra modificării vitezei acestor reacții. Folosind regula van't Hoff (1.3), găsim vitezele reacțiilor directe și inverse atunci când temperatura crește cu 30 °C:

υ → (t 2) = υ → (t 1)=υ → (t 1)2,5 0,1 30 = 15,6υ → (t 1);

υ ← (t 2) = υ ← (t 1) = υ → (t 1)3,2 0,1 30 = 32,8υ ← (t 1)

O creștere a temperaturii a crescut viteza reacției directe de 15,6 ori, iar reacția inversă de 32,8 ori. În consecință, echilibrul se va deplasa spre stânga, spre formarea PCl 5 .

EXEMPLUL 5.

Cum se vor schimba ratele reacțiilor directe și inverse într-un sistem izolat C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6 și unde se va schimba echilibrul atunci când volumul sistemului crește de 3 ori?

Soluţie:

Ratele inițiale ale reacțiilor directe și inverse sunt următoarele:

υ 0 = k 0 0; υ 0 = k 0 .

O creștere a volumului sistemului determină o scădere a concentrațiilor de reactanți cu 3 ori, prin urmare, modificarea ratei reacțiilor directe și inverse va fi după cum urmează:

υ 0 = k = 1/9υ 0

υ = k = 1/3υ 0

Scăderea ratelor reacțiilor directe și inverse nu este aceeași: viteza reacției inverse este de 3 ori (1/3: 1/9 = 3) mai mare decât viteza reacției inverse, astfel încât echilibrul se va deplasa la stânga, spre partea în care sistemul ocupă un volum mai mare, adică spre formarea C 2 H 4 şi H 2 .

Principiul lui Le Chatelier - un impact extern asupra unui sistem care se află într-o stare de echilibru duce la o schimbare a acestui echilibru în direcția în care efectul impactului produs este slăbit.

O creștere a presiunii schimbă echilibrul în direcția unei reacții care duce la o scădere a volumului.

O creștere a temperaturii schimbă echilibrul către o reacție endotermă.

Creșterea concentrației de materii prime și îndepărtarea produselor din sfera de reacție deplasează echilibrul către reacția directă.

Catalizatorii nu afectează poziția de echilibru.

Cu ΔH cunoscut al reacției sau cu Δn ≠ 0, echilibrul chimic poate fi influențat prin modificarea temperaturii sau presiunii. Echilibrul chimic poate fi schimbat prin modificarea concentrațiilor reactanților. Cu alte cuvinte, echilibrul poate fi deplasat de o influență externă, ghidată de principiul Le Chatelier: dacă se exercită o influență externă asupra unui sistem de echilibru, atunci echilibrul este deplasat pe partea care contracarează această influență.

echilibru chimic numită o astfel de stare a unui sistem chimic în care cantitatea de substanțe și produse inițiale nu se modifică în timp.

Efectul temperaturii. Pentru reacțiile care au loc cu o scădere a entalpiei (exoterme), o creștere a temperaturii va împiedica procesul direct de a derula, adică va deplasa reacția către materiile prime. Reacțiile endoterme în acest caz vor fi deplasate către produsele finale. De exemplu, în condiții normale, reacția N2 + O2 nu are loc (ΔH > 0), dar o creștere a temperaturii poate face aceste reacții fezabile. Reacția CO + 1/2O2 = CO2, ΔH< 0 с повышением температуры будут смещаться в сторону исходных веществ.

Influența presiunii. Dacă substanțele gazoase reacționează, atunci cu un număr constant de moli de reactanți inițiali și finali, o creștere a presiunii totale nu va duce la o schimbare a echilibrului. Dacă numărul de moli se modifică în timpul reacției, atunci o modificare a presiunii totale va duce la o schimbare a echilibrului. În special, reacția 2CO + O2 = 2CO2, care procedează cu o scădere a Δn, se va deplasa spre formarea CO2 cu creșterea presiunii totale.

Influența concentrațiilor. În acele reacții în care este mai bine să se opereze cu concentrații (reacții în soluții), o creștere a concentrațiilor substanțelor inițiale duce la o deplasare a echilibrului către produsele finali și invers. Deci, în reacția de esterificare (formarea unui ester)

o creștere a concentrației de acid acetic sau etanol crește randamentul de acetat de etil, iar adăugarea de apă în sistem duce la saponificare, adică la formarea produselor inițiale.

Odată cu creșterea concentrației de reactanți, echilibrul se deplasează spre formarea de produși;

Cu o creștere a concentrației produselor de reacție - în direcția de formare a substanțelor inițiale;

Cu o creștere a presiunii - în direcția reacției în care volumul de substanțe gazoase formate este mai mic;

Cu o creștere a temperaturii - în direcția unei reacții endoterme;

Cu o scădere a temperaturii - în direcția unei reacții exoterme.