Для гетерогенных процессов в выражение для константы скорости реакции и константы равновесия не входят величины, относящиеся к чистым твердым и жидким веществам, а также растворителям.

Например, для реакции 2Pb + O₂ = 2PbO₂ V = k[O₂].

Для равновесной системы С(тв.) + СО₂(г.)↔ 2СО К_с = .

Смещение равновесия химической реакции диктует принцип Ле Шателье, «бегство от насилия»:

Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление, концентрации веществ), то равновесие смещается в том направлении, в котором эффект воздействия уменьшается.

Так течению экзотермического процесса способствует понижение температуры (отвод тепла из зоны реакции), а эндотермическому процессу, наоборот, благоприятствует дополнительный нагрев реакционной среды. Если объем газообразных продуктов реакции меньше объема исходных веществ, течению прямой реакции поможет повышение давления, если же реакция идет с повышением объема конечных продуктов, для ее успешного проведения необходимо снизить давление.

Обучающие задания

☺ Перевод равновесной химической системы из одного состояния равновесия в другое называется смещением (сдвигом) химического равновесия, которое осуществляется изменением термодинамических параметров системы – температуры, концентрации, давления- и определяется принципом Ле Шателье.

Температура. Этот фактор применим ко всем химическим системам вне зависимости от агрегатного состояния реагентов и продуктов.

Повышение температуры (нагревание): Эндотермические реакции (→).

Экзотермические реакции (←).

Понижение температуры (охлаждение): Эндотермические реакции (←).

Экзотермические реакции (→).

Концентрация. Для гомогенных реакций введение избытка реагента вызовет смещение равновесия в прямом, а введение избытка продукта – а обратном направлении. Для гетерогенных реакций введение дополнительного количества жидкого или твердого вещества не влияет на состояние равновесия.

Давление. Влияние на состояние равновесия прявляется только при наличии в системе газов. Увеличение давления смещает равновесие в сторону,где объем, занимаемый газами, меньше; уменьшение давления – в сторону, где объем, занимаемый газами, больше. При равенстве количества вещества (объемов) реагентов и продуктов давление не влияет на смещение равновесия.

Задание 1. На основании принципа Ле Шателье определите, в каком направлении сместится равновесие в системе при повышении температуры?

1) 2NO(г) + O₂(г) ↔ 2 NO₂(г); ΔH⁰ < 0

2 ) 2SO₃ ( г ) ↔ 2SO₂(г) + O₂(г); ΔH⁰ > 0

3) C(тв) + CO₂(г) ↔ 2CO(г); ΔH⁰ > 0

4) 2NH₃(г) ↔ N₂(г) + 3H₂(г); ΔH⁰ > 0

5) C(тв) + 2Cl₂(г) ↔ CCl₄(г); ΔH⁰ < 0

6) C(тв) + 2N₂O(г) ↔ CO₂(г) + 2N₂(г); ΔH⁰ < 0

Задание 2. На основании принципа Ле Шателье установите, в каком направлении сместится равновесие в системах при повышении давления?

1) 2Fe(тв) + 3H₂O(г) ↔ Fe₂O₃(тв) + 3H₂(г)

2) C₃H₈(г) + 5O₂(г)↔ 3CO₂(г) + 4H₂O(г)

3) CO₂(г) + 2N₂(г)↔ C(тв) + 2N₂O(г)

4) CO(г) + Cl₂(г)↔ CClO(г)

5) CH₄(г) + 4S(тв)↔ CS₂(г) + 2H₂S(г)

6) N₂H₄(г) + O₂(г)↔ N₂(г) + 2H₂O(г)

Задание 3. На основании принципа Ле Шателье установите, в каком направлении сместится равновесие в системах при повышении температуры и понижении давления одновременно?

1) C(тв) + H₂O(г)↔ CO(г) + H₂(г); ΔH⁰ >0

2) 2(NO)Cl(г) + Br₂(г)↔ 2(NO)Br(г) = Cl₂(г); ΔH⁰ >0

3) CO(г) + 2H₂(г)↔ CH₃OH(г); ΔH⁰<0

4) N₂O₄(г)↔ 2NO₂(г); ΔH⁰>0

5) 8H₂S(г) = 8I₂(г)↔ S₈(г) + 16HI(г); ΔH⁰>0

6) 2CO(г) + O₂(г)↔ 2CO₂(г); ΔH⁰<0

Задание 4. Как нужно изменить термодинамические параметры Т и р для увеличения выхода продуктов в системах?

1) H₂(г) + Br₂(г)↔ 2HBr(г); ΔH⁰<0

2) N₂(г) + 3H₂(г)↔ 2NH₃(г); ΔH⁰<0

3) SO₃(г) + NO(г)↔ SO₂(г) + NO₂(г); ΔH⁰>0

4) PCl₅(г) ↔ PCl₃(г) + Cl₂(г); ΔH⁰ >0

5) CO₂(г) +2SO₃(г)↔ CS₂(г) + 4O₂(г); ΔH⁰>0

6) 2CuO(тв) + CO₂(г) + H₂O(г)↔ [CuOH]₂CO₃(тв) ΔH⁰<0

Аналитические задания

☺ Г.Н. Льюис и М Ранделл в 1923 году так сформулировали свое видение равновесного процесса: «…под равновесием мы понимаем состояние, в котором свойства системы, определенные экспериментально, не претерпевают дальнейшего изменения даже по истечении определенного периода времени. Однако это не значит, что отдельные частицы остаются неизменными.»

Прокомментируйте данное утверждение, ответив на следующие вопросы:

1. В чем состоит различие между обратимыми и необратимыми химическими реакциями?

2. Что называется состоянием химического равновесия?

3. Прекращается ли реакция при равновесии? Что, собственно говоря, «равно» при химической реакции, достигающей равновесия?

4. Всякое ли химическое равновесие является истинным? Приведите примеры равновесных и установившихся процессов.

5. Как установить, что равновесие достигнуто?

6. Что происходит с молекулами в состоянии равновесия?

7. Какие факторы влияют на состояние равновесия?

 

Решение расчетных задач

Типовые расчетные задачи по теме «Химическое равновесие» наиболее удобно решать табличным способом, разбивая процесс на три этапа: 1 - начало реакции, 2 - изменение концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции в ходе реакции, 3 – наступление равновесия.

Общая постановка задачи: Дано уравнение равновесной реакции. Заданы начальные концентрации реагентов и условие наступления равновесия. Найти равновесные концентрации всех веществ в системе.