Химическое равновесие. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье

Существуют два типа реакций:

необратимые 2KClO3	→	2KCl + 3O2
обратимые N2 + 3H2		2NH3

Необратимая реакция идет до конца, т.е. только в одну сторону. Реакции, которые могут протекать в обе стороны, являются обратимыми.

Для обратимой реакции характерно состояние равновесия, т.е. состояние, при котором скорость прямой реакции (V_прям.) равна скорости обратной реакции (V_обрат.).

V_прям. = V_обрат.

V_прям. = K₁ • [A]^m • [B]ⁿ

V_обрат.= K₂ • [C]^p • [D]^d

K₁ • [A]^m • [B]ⁿ = K₂ • [C]^p • [D]^d

K_равн=K₁/K₂=[D]^d [C]^p/([A]^m[B]ⁿ)

где К - константа химического равновесия данной реакции для данной температуры величина постоянная, не зависящая от концентраций реагирующих веществ.

Состояние химического равновесия в основном зависит от трех факторов:

а ) от концентрации реагирующих веществ;

б) от температуры;

в) от давления (если в реакции участвуют газы или пары).

При изменении хотя бы одной из указанных величин равновесие нарушается и концентрации всех участвующих в реакции веществ начинают изменяться. Процесс изменения концентраций, вызванный нарушением равновесия, называется смещением или сдвигом равновесия. Если при этом увеличивается концентрация веществ, стоящих в правой части уравнения, то говорят, что равновесие смещается вправо; при увеличении концентрации веществ, стоящих в левой части уравнения, говорят, что равновесие смещается влево.

Смещение равновесия определяется принципом Ле-Шателье:

Если изменить одно из условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия, например, концентрацию какого-либо из реагирующих веществ, температуру или давление, то равновесие смещается в направлении той реакции, которая стремится восстановить прежнее состояние системы.

Таким образом:

При увеличении концентраций веществ левой части или уменьшении концентрации правой части равновесие реакции смещается вправо.

При повышении температуры равновесие смещается в сторону реакции, протекающей с поглощением тепла - э ндотермической.

При понижении температуры равновесие смещается в сторону реакции, протекающей с выделением тепла - экзотермической.

При повышении давления равновесие смещается в сторону реакции, протекающей с уменьшением объема газообразных веществ, т.е. с уменьшением количества газообразных молекул.

Пример:

Укажите, при каких условиях можно увеличить выход SO₃, получающийся по реакции:

2SO₂ (г) + O₂ (г) = 2SO₃ (г) + 45 ккал.

Для того чтобы увеличить выход SO₃, необходимо сместить равновесие данной реакции слева направо. Это можно сделать следующим образом:

а. Увеличить концентрации SO₂ и O₂.

б. Понизить температуру, т.к. прямая реакция идет с выделением тепла.

в. Повысить давление, т.к. в правой части 2 моля SO₃, а в левой части 3 моля (2SO₂ и 1O₂).

Экспериментальная часть

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Эту зависимость изучим на примере реакции:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S + SO₂ + H₂O

Приготовить в 4-х пробирках растворы различной концентрации

№ пробир.	Объем раствора, капли	Суммарный объем, капли	Время появления мути (t), сек.	Относительная скорость реакции, v = -1/t (сек^-1)
Na2S2O3	H2O	H2SO

 

К каждому раствору добавить поочередно по 1 капле 2н. раствора серной кислоты, перемешивая. Отметить по секундомеру время появления мути.

Полученные результаты записать в таблицу, вычислив относительную скорость.

Построить график зависимости скорости реакции от концентрации.

Наблюдения:

Лабораторная работа 4. Окислительно-восстановительные реакции

Степень окисления

Для характеристики состояния атома в молекуле используют понятие «степень окисления».

С тепень окисления (с. о.) – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что молекула состоит из ионов. В отличие от валентности степень окисления имеет знаки «+», «–» или 0.

Для определения степени окисления существуют следующие правила.
• Степень окисления одноатомного (т.е. простого) иона типа Cu⁺² равна его заряду (+2 в данном примере).
• Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю. Например:

.

• Некоторые элементы во всех сложных веществах имеют постоянную степень окисления:
а) щелочные металлы: Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (c.o. = +1);
б) элементы II группы периодической системы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd (c.o. = +2);
в) бор В, алюминий Аl (c.o. = +3);
г) фтор F (c.o. = –1).
• Степень окисления водорода равна +1, кислорода –2, но в гидридах металлов степень окисления водорода равна –1, а в пероксидах – степень окисления кислорода –1.
• Расчет неизвестной степени окисления атома в молекуле производится на основании известных степеней окисления других атомов, учитывая, что любая молекула электронейтральна и сумма степеней окисления всех атомов в молекуле (с учетом числа атомов) всегда равна нулю.

Рассмотрим несколько примеров расчета степеней окисления различных атомов в молекулах сложных веществ.

• Определить степень окисления марганца в соединении Mn₂O₇.
Так как степень окисления кислорода –2, то с учетом его количества в молекуле на долю кислорода приходится четырнадцать отрицательных зарядов 7 (–2) = –12, тогда на долю двух атомов марганца приходится 14 положительных зарядов. Следовательно, степень окисления марганца в молекуле Mn₂O₇ равна (+14): 2 = +7.

• Определить степень окисления хрома в дихромате калия К₂Сr₂O₇.
Сумма степеней окисления двух атомов калия (+1) и семи атомов кислорода (–2) равна –12, т. е. (+1) · 2 + (–2) · 7 = –12. На два атома хрома приходится суммарный заряд +12, а на один атом +6. Степень окисления хрома равна +6.

• Определить степень окисления хрома в молекуле Cr₂(SO₄)₃.
Степень окисления металла в соли определяется по степени окисления кислотного остатка.
Суммарный заряд трех ионов равен –6, а так как молекула Cr₂(SO₄)₃ электронейтральна, то на два атома хрома приходится суммарный заряд +6, а на один атом +3 (что и является его степенью окисления).

4 .2. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов.

Изменение степени окисления связано с переходом электронов от одних атомов к другим.
Окисление – процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления.