Изследването на параметрите на системата, включително изходните вещества и продуктите на реакцията, ни позволява да разберем кои фактори изместват химичното равновесие и водят до желаните промени. Въз основа на заключенията на Льо Шателие, Браун и други учени относно методите за извършване на обратими реакции се основават промишлени технологии, които позволяват извършването на процеси, които преди са изглеждали невъзможни, и получаване на икономически ползи.

Разнообразие от химични процеси

Според характеристиките на топлинния ефект много реакции се класифицират като екзотермични или ендотермични. Първите вървят с образуването на топлина, например окисляването на въглерода, хидратирането на концентрирана сярна киселина. Вторият вид промени са свързани с усвояването на топлинна енергия. Примери за ендотермични реакции: разлагането на калциев карбонат с образуването на гасена вар и въглероден диоксид, образуването на водород и въглерод по време на термичното разлагане на метана. В уравненията на екзо- и ендотермичните процеси е необходимо да се посочи топлинният ефект. Преразпределението на електрони между атомите на реагиращите вещества става при окислително-възстановителни реакции. Според характеристиките на реагентите и продуктите се разграничават четири вида химични процеси:

За характеризиране на процесите е важна пълнотата на взаимодействието на реагиращите съединения. Тази особеност е в основата на разделянето на реакциите на обратими и необратими.

Обратимост на реакциите

Обратимите процеси съставляват по-голямата част от химичните явления. Образуването на крайни продукти от реагентите е директна реакция. Обратно, изходните вещества се получават от продуктите на тяхното разлагане или синтез. В реагиращата смес възниква химично равновесие, при което се получават толкова съединения, колкото се разлагат изходните молекули. При обратими процеси вместо знака "=" между реагентите и продуктите се използват символите "↔" или "⇌". Стрелките могат да бъдат с различна дължина, което е свързано с доминирането на една от реакциите. В химичните уравнения могат да се посочат агрегатните характеристики на веществата (g - газове, w - течности, m - твърди вещества). Научно обоснованите методи за въздействие върху обратимите процеси са от голямо практическо значение. Така производството на амоняк стана печелившо след създаване на условия, които изместват равновесието към образуването на целевия продукт: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Необратимите явления водят до появата на неразтворимо или слабо разтворимо съединение, образуването на газ, който напуска реакционната сфера. Тези процеси включват йонен обмен, разграждане на вещества.

Химично равновесие и условия за неговото изместване

Няколко фактора влияят върху характеристиките на предните и обратните процеси. Едно от тях е времето. Концентрацията на веществото, взето за реакцията, постепенно намалява и крайното съединение се увеличава. Реакцията на предната посока е все по-бавна, обратният процес набира скорост. В определен интервал протичат два противоположни процеса синхронно. Взаимодействието между веществата възниква, но концентрациите не се променят. Причината е установеното в системата динамично химично равновесие. Неговото запазване или модифициране зависи от:

• температурни условия;
• концентрации на съединенията;
• налягане (за газове).

Промяна в химичното равновесие

През 1884 г. A. L. Le Chatelier, изключителен учен от Франция, предложи описание на начините за извеждане на система от състояние на динамично равновесие. Методът се основава на принципа на изравняване на действието на външни фактори. Le Chatelier обърна внимание на факта, че в реагиращата смес възникват процеси, които компенсират влиянието на външни сили. Принципът, формулиран от френски изследовател, гласи, че промяната на условията в състояние на равновесие благоприятства протичането на реакция, която отслабва чуждо влияние. Изместването на равновесието се подчинява на това правило, наблюдава се при промяна на състава, температурните условия и налягането. В промишлеността се използват технологии, базирани на открития на учени. Много химични процеси, които се смятаха за неприложими, се извършват с помощта на методи за изместване на равновесието.

Влияние на концентрацията

Промяна в равновесието възниква, ако определени компоненти се отстранят от зоната на взаимодействие или се въведат допълнителни части от веществото. Отстраняването на продуктите от реакционната смес обикновено води до увеличаване на скоростта на тяхното образуване, докато добавянето на вещества, напротив, води до тяхното преобладаващо разлагане. В процеса на естерификация сярната киселина се използва за дехидратация. Когато се въведе в реакционната сфера, добивът на метилацетат се увеличава: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Ако добавите кислород, който взаимодейства със серен диоксид, тогава химичното равновесие се измества към директна реакция на образуване на серен триоксид. Кислородът се свързва с молекулите на SO 3, концентрацията му намалява, което е в съответствие с правилото на Льо Шателие за обратимите процеси.

Промяна на температурата

Процесите, които протичат с абсорбцията или отделянето на топлина, са ендо- и екзотермични. За изместване на равновесието се използва нагряване или отнемане на топлина от реагиращата смес. Повишаването на температурата е придружено от увеличаване на скоростта на ендотермичните явления, при които се абсорбира допълнителна енергия. Охлаждането води до предимството на екзотермичните процеси, които отделят топлина. По време на взаимодействието на въглероден диоксид с въглища, нагряването се придружава от повишаване на концентрацията на моноксид, а охлаждането води до преобладаващо образуване на сажди: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Влияние на налягането

Промяната в налягането е важен фактор за реагиращите смеси, които включват газообразни съединения. Трябва също да обърнете внимание на разликата в обемите на първоначалните и получените вещества. Намаляването на налягането води до преобладаваща поява на явления, при които общият обем на всички компоненти се увеличава. Увеличаването на налягането насочва процеса в посока намаляване на обема на цялата система. Този модел се наблюдава при реакцията на образуване на амоняк: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Промяната в налягането няма да повлияе на химичното равновесие в онези реакции, които протичат при постоянен обем.

Оптимални условия за осъществяване на химичния процес

Създаването на условия за изместване на равновесието до голяма степен определя развитието на съвременните химически технологии. Практическото използване на научната теория допринася за получаване на оптимални производствени резултати. Най-яркият пример е производството на амоняк: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Увеличаването на съдържанието на молекули N 2 и H 2 в системата е благоприятно за синтеза на сложно вещество от прости. Реакцията е придружена от отделяне на топлина, така че намаляването на температурата ще доведе до повишаване на концентрацията на NH3. Обемът на изходните компоненти е по-голям от обема на целевия продукт. Увеличаването на налягането ще доведе до увеличаване на добива на NH3.

При производствени условия се избира оптималното съотношение на всички параметри (температура, концентрация, налягане). Освен това контактната площ между реагентите е от голямо значение. В твърдите хетерогенни системи увеличаването на повърхността води до увеличаване на скоростта на реакцията. Катализаторите увеличават скоростта на правата и обратната реакция. Използването на вещества с такива свойства не води до изместване на химичното равновесие, но ускорява неговото настъпване.

Химичните реакции са обратими и необратими.

тези. ако някаква реакция A + B = C + D е необратима, това означава, че обратната реакция C + D = A + B не възниква.

т.е., например, ако определена реакция A + B = C + D е обратима, това означава, че и реакцията A + B → C + D (директна) и реакцията C + D → A + B (обратна) протичат едновременно ).

Всъщност, защото протичат както директните, така и обратните реакции, реагентите (изходните вещества) в случай на обратими реакции могат да бъдат наречени както вещества от лявата страна на уравнението, така и вещества от дясната страна на уравнението. Същото важи и за продуктите.

За всяка обратима реакция е възможно скоростите на правата и обратната реакция да са еднакви. Такова състояние се нарича състояние на равновесие.

В състояние на равновесие концентрациите както на всички реагенти, така и на всички продукти са непроменени. Концентрациите на продуктите и реагентите в равновесие се наричат равновесни концентрации.

Изместване на химичното равновесие под въздействието на различни фактори

Поради такива външни влияния върху системата като промяна на температурата, налягането или концентрацията на изходните вещества или продукти, равновесието на системата може да бъде нарушено. Въпреки това, след прекратяване на това външно влияние, след известно време системата ще премине в ново състояние на равновесие. Такъв преход на система от едно равновесно състояние в друго равновесно състояние се нарича изместване (изместване) на химичното равновесие .

За да можете да определите как химичното равновесие се измества с определен тип експозиция, е удобно да използвате принципа на Le Chatelier:

Ако върху система в състояние на равновесие се окаже външно въздействие, тогава посоката на изместване на химичното равновесие ще съвпадне с посоката на реакцията, която отслабва ефекта от въздействието.

Влиянието на температурата върху състоянието на равновесие

Когато температурата се промени, равновесието на всяка химична реакция се измества. Това се дължи на факта, че всяка реакция има топлинен ефект. В този случай топлинните ефекти на правата и обратната реакция винаги са директно противоположни. Тези. ако правата реакция е екзотермична и протича с топлинен ефект, равен на +Q, тогава обратната реакция винаги е ендотермична и има топлинен ефект, равен на -Q.

По този начин, в съответствие с принципа на Le Chatelier, ако увеличим температурата на някаква система, която е в състояние на равновесие, тогава равновесието ще се измести към реакцията, по време на която температурата намалява, т.е. към ендотермична реакция. И по същия начин, ако понижим температурата на системата в състояние на равновесие, равновесието ще се измести към реакцията, в резултат на което температурата ще се повиши, т.е. към екзотермична реакция.

Например, разгледайте следната обратима реакция и посочете къде ще се измести нейното равновесие с понижаване на температурата:

Както можете да видите от горното уравнение, предната реакция е екзотермична, т.е. в резултат на протичането му се отделя топлина. Следователно обратната реакция ще бъде ендотермична, т.е. протича с абсорбиране на топлина. Съгласно условието температурата се понижава, следователно равновесието ще се измести надясно, т.е. към директна реакция.

Влияние на концентрацията върху химичното равновесие

Увеличаването на концентрацията на реагентите в съответствие с принципа на Le Chatelier трябва да доведе до изместване на равновесието към реакцията, в която се изразходват реагентите, т.е. към директна реакция.

Обратно, ако концентрацията на реагентите се понижи, тогава равновесието ще се измести към реакцията, която води до образуването на реагентите, т.е. страна на обратната реакция (←).

Промяната в концентрацията на реакционните продукти също влияе по подобен начин. Ако увеличите концентрацията на продуктите, равновесието ще се измести към реакцията, в резултат на което продуктите се консумират, т.е. към обратната реакция (←). Ако, напротив, концентрацията на продуктите се понижи, тогава равновесието ще се измести към директната реакция (→), за да се увеличи концентрацията на продуктите.

Влияние на налягането върху химичното равновесие

За разлика от температурата и концентрацията, промяната в налягането не влияе на равновесното състояние на всяка реакция. За да може промяната в налягането да доведе до промяна в химичното равновесие, сумите на коефициентите пред газообразните вещества от лявата и дясната страна на уравнението трябва да са различни.

Тези. от две реакции:

промяната в налягането може да повлияе на състоянието на равновесие само в случай на втората реакция. Тъй като сумата от коефициентите пред формулите на газообразните вещества в случая на първото уравнение вляво и вдясно е една и съща (равна на 2), а в случая на второто уравнение е различна (4 в отляво и 2 отдясно).

От това по-специално следва, че ако няма газообразни вещества както сред реагентите, така и сред продуктите, тогава промяната в налягането няма да повлияе по никакъв начин на текущото състояние на равновесие. Например налягането няма да повлияе на равновесното състояние на реакцията:

Ако количеството на газообразните вещества е различно отляво и отдясно, тогава повишаването на налягането ще доведе до изместване на равновесието към реакцията, по време на която обемът на газовете намалява, и намаляване на налягането в посока на реакция, в резултат на което обемът на газовете се увеличава.

Влияние на катализатора върху химичното равновесие

Тъй като катализаторът ускорява еднакво както предните, така и обратните реакции, неговото присъствие или отсъствие не влияедо състояние на равновесие.

Единственото нещо, на което може да повлияе катализаторът, е скоростта на преход на системата от неравновесно състояние към равновесно състояние.

Въздействието на всички горепосочени фактори върху химичното равновесие е обобщено по-долу в измамен лист, който първо можете да надникнете, когато изпълнявате задачи за баланс. Тя обаче няма да може да го използва на изпита, следователно, след като анализира няколко примера с нейна помощ, тя трябва да бъде научена и обучена да решава задачи за баланс, като вече не наднича в нея:

Обозначения: T - температура, стр - налягане, с – концентрация, – повишаване, ↓ – намаление

Катализатор

T	T - равновесието се измества към ендотермична реакция
	↓T - равновесието се измества към екзотермична реакция
стр	стр - равновесието се измества към реакцията с по-малка сума от коефициенти пред газообразни вещества
	↓стр - равновесието се измества към реакцията с по-голяма сума от коефициенти пред газообразни вещества
° С	° С (реагент) - равновесието се измества към директната реакция (надясно)
	↓c (реагент) - равновесието се измества към обратната реакция (наляво)
	° С (продукт) - равновесието се измества в посока на обратната реакция (наляво)
	↓c (продукт) - равновесието се измества към директната реакция (надясно)
Не нарушава баланса!

обратимостта на химикалите. реакции. Химично равновесие и условия за неговото изместване, практическо приложение.

Всички химични реакции могат да бъдат разделени на обратими и необратими.

Обратимите реакции не завършват: при обратима реакция нито един от реагентите не се изразходва напълно. Обратимата реакция може да протича както в права, така и в обратна посока. Обратимите химични реакции се записват като едно химично уравнение със знак за обратимост: .

Извиква се реакция, която върви отляво надясно правреакция и от дясно на ляво - обратен .

Повечето химични реакции са обратими. Например, обратима реакция е взаимодействието на водород с йодни пари:

Първоначално, когато изходните материали се смесват, скоростта на правата реакция е висока, а скоростта на обратната реакция е нула. С протичането на реакцията изходните материали се изразходват и техните концентрации спадат. В резултат на това скоростта на предната реакция намалява. В същото време се появяват реакционни продукти и тяхната концентрация се увеличава. Следователно започва да протича обратната реакция, като нейната скорост постепенно се увеличава. Когато скоростите на правата и обратната реакция станат еднакви, химически баланс.

Състоянието на химичното равновесие се влияе от: 1) концентрацията на веществата

2) температура

3) налягане

Когато един от тези параметри се промени, химичното равновесие се нарушава и концентрациите на всички реагенти ще се променят, докато се установи ново равновесие. Такъв преход на системата от едно състояние в друго се нарича изместване. Посоката на изместване на химичното равновесие се определя от принципа

Льо Шателие: Ако върху система, която е в химическо равновесие, се окаже някакво въздействие, тогава в резултат на процесите, протичащи в нея, равновесието ще се измести в такава посока, че ефектът ще намалее.. Например, когато едно от веществата, участващи в реакцията, се въведе в системата, равновесието се измества към потреблението на това вещество. Когато налягането се повиши, то се измества, така че налягането в системата намалява. Когато температурата се повиши, равновесието се измества към ендотермична реакция, температурата в системата спада.

Необратимите реакции са тези, които протичат до край. – до пълното изразходване на един от реагентите. Условия за необратимост на химичните реакции:

	|	следваща лекция ==>
Видове химична връзка: йонна, метална, ковалентна (полярна, неполярна), водородна.	|

9. Скоростта на химична реакция. Химично равновесие

9.2. Химично равновесие и неговото изместване

Повечето химични реакции са обратими, т.е. едновременно протичат както в посока на образуване на продуктите, така и в посока на тяхното разпадане (отляво надясно и отдясно наляво).

Примери за реакционни уравнения за обратими процеси:

N 2 + 3H 2 ⇄ t °, p, cat 2NH 3

2SO 2 + O 2 ⇄ t °, p, cat 2SO 3

H 2 + I 2 ⇄ t ° 2HI

Обратимите реакции се характеризират със специално състояние, което се нарича състояние на химично равновесие.

Химично равновесиеТова е състоянието на системата, при което скоростите на правата и обратната реакция се изравняват. При движение към химично равновесие скоростта на правата реакция и концентрацията на реагентите намаляват, докато обратната реакция и концентрацията на продуктите се увеличават.

В състояние на химично равновесие за единица време се образува толкова продукт, колкото се разпада. В резултат на това концентрациите на вещества в състояние на химично равновесие не се променят с времето. Това обаче изобщо не означава, че равновесните концентрации или маси (обеми) на всички вещества са непременно равни една на друга (виж фиг. 9.8 и 9.9). Химичното равновесие е динамично (подвижно) равновесие, което може да реагира на външни влияния.

Преминаването на равновесна система от едно равновесно състояние в друго се нарича изместване или изместване на баланса. На практика се говори за изместване на равновесието към продуктите на реакцията (вдясно) или към изходните материали (вляво); Директната реакция се нарича реакция, протичаща отляво надясно, а обратната реакция се нарича отдясно наляво. Състоянието на равновесие е показано с две противоположно насочени стрелки: ⇄.

Принципът на изместване на равновесиетое формулиран от френския учен Льо Шателие (1884 г.): външно влияние върху система в равновесие води до изместване на това равновесие в посока, която отслабва ефекта от външното влияние

Нека формулираме основните правила за изместване на равновесието.

Влияние на концентрацията: когато концентрацията на веществото се увеличава, равновесието се измества към неговото потребление, а когато намалява - към образуването му.

Например, с увеличаване на концентрацията на Н 2 в обратима реакция

H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)

скоростта на предната реакция, която зависи от концентрацията на водород, ще се увеличи. В резултат на това равновесието ще се измести надясно. С намаляване на концентрацията на Н2, скоростта на директната реакция ще намалее, в резултат на това равновесието на процеса ще се измести наляво.

Температурен ефект: когато температурата се повишава, равновесието се измества към ендотермична реакция, а когато се понижава, се измества към екзотермична реакция.

Важно е да запомните, че с повишаване на температурата скоростта на екзо- и ендотермичните реакции се увеличава, но в по-голям брой пъти - ендотермичната реакция, за която E a винаги е по-голяма. С понижаване на температурата скоростта на двете реакции намалява, но отново в по-голям брой пъти - ендотермично. Удобно е казаното да се онагледи с диаграма, в която стойността на скоростта е пропорционална на дължината на стрелките, а равновесието е изместено по посока на по-дългата стрелка.

Влияние на налягането: промяната в налягането засяга състоянието на равновесие само когато в реакцията участват газове и дори когато газообразното вещество е само в една част от химическото уравнение. Примери за реакционни уравнения:

• налягането влияе върху изместването на равновесието:

3H 2 (g) + N 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g),

CaO (tv) + CO 2 (g) ⇄ CaCO 3 (tv);

• налягането не влияе на изместването на равновесието:

Cu (tv) + S (tv) = CuS (tv),

NaOH (разтвор) + HCl (разтвор) = NaCl (разтвор) + H 2 O (l).

При намаляване на налягането равновесието се измества към образуване на по-голямо химично количество газообразни вещества, а при повишаване към образуване на по-малко химично количество газообразни вещества. Ако химическите количества на газовете в двете части на уравнението са еднакви, тогава налягането не влияе на състоянието на химичното равновесие:

Н2 (g) + Cl2 (g) = 2HCl (g).

Казаното е лесно за разбиране, като се има предвид, че ефектът от промяната в налягането е подобен на ефекта от промяната в концентрацията: с увеличаване на налягането с n пъти, концентрацията на всички вещества в равновесие се увеличава с една и съща сума (и обратно).

Влияние на обема на реакционната система: промяната в обема на реакционната система е свързана с промяна в налягането и засяга само равновесното състояние на реакциите, включващи газообразни вещества. Намаляването на обема означава увеличаване на налягането и измества равновесието към образуването на по-малко химично количество газове. Увеличаването на обема на системата води до намаляване на налягането и изместване на равновесието към образуването на по-голямо химично количество газообразни вещества.

Въвеждането на катализатор в равновесна система или промяна в нейната природа не измества равновесието (не увеличава добива на продукта), тъй като катализаторът еднакво ускорява както предните, така и обратните реакции. Това се дължи на факта, че катализаторът еднакво намалява енергията на активиране на директните и обратните процеси. Тогава защо да използваме катализатор в обратими процеси? Факт е, че използването на катализатор в обратими процеси допринася за бързото настъпване на равновесие и това повишава ефективността на промишленото производство.

Конкретни примери за влиянието на различни фактори върху изместването на равновесието са дадени в табл. 9.1 за реакцията на синтез на амоняк, протичаща с отделяне на топлина. С други думи, правата реакция е екзотермична, а обратната реакция е ендотермична.

Таблица 9.1

Ефект на различни фактори върху изместването на равновесието в реакцията на синтез на амоняк

Фактор на влияние върху равновесната система	Посоката на изместване на равновесието на реакцията 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, cat 2 NH 3 + Q
Увеличаване на концентрацията на водород, s (H 2)	Равновесието се измества надясно, системата реагира с намаляване на c (H 2)
Намаляване на концентрацията на амоняк, s (NH 3) ↓	Равновесието се измества надясно, системата реагира с увеличаване на c (NH 3)
Увеличаване на концентрацията на амоняк, s (NH 3)	Равновесието се измества наляво, системата реагира с намаляване на c (NH 3)
Намаляване на концентрацията на азот, s (N 2)↓	Равновесието се измества наляво, системата реагира с увеличаване на c (N 2)
Компресия (намаляване на обема, повишаване на налягането)	Равновесието се измества надясно, в посока на намаляване на обема на газовете
Разширяване (увеличаване на обема, намаляване на налягането)	Равновесието се измества наляво, в посока на увеличаване на обема на газа
Увеличаване на налягането	Равновесието се измества надясно, към по-малък обем газ
спад на налягането	Равновесието се измества наляво, към повече газове
повишаване на температурата	Равновесието се измества наляво, към ендотермична реакция
Температурен спад	Равновесието се измества надясно, към екзотермична реакция
Инжектиране на катализатор	Балансът не се променя

Пример 9.3. В равновесие на процеса

2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)

концентрациите на вещества (mol / dm 3) SO 2, O 2 и SO 3, съответно, са 0,6, 0,4 и 0,2. Намерете началните концентрации на SO 2 и O 2 (началната концентрация на SO 3 е нула).

Решение. Следователно по време на реакцията се изразходват SO 2 и O 2

c ref (SO 2) \u003d c равно (SO 2) + c отпадъци (SO 2),

c ref (O ​​​​2) = c е равно на (O 2) + c out (O 2).

Стойността на c се намира от c (SO 3):

x \u003d 0,2 mol / dm 3.

c ref (SO 2) \u003d 0,6 + 0,2 \u003d 0,8 (mol / dm 3).

y \u003d 0,1 mol / dm 3.

c ref (O ​​​​2) \u003d 0,4 + 0,1 \u003d 0,5 (mol / dm 3).

Отговор: 0,8 mol / dm 3 SO 2; 0,5 mol/dm 3 O 2 .

При изпълнение на изпитни задачи често се бърка влиянието на различни фактори, от една страна, върху скоростта на реакцията, а от друга страна, върху изместването на химичното равновесие.

За обратим процес

с повишаване на температурата скоростта както на правата, така и на обратната реакция се увеличава; при понижаване на температурата скоростта както на правата, така и на обратната реакция намалява;

с увеличаване на налягането се увеличава скоростта на всички реакции, протичащи с участието на газове, както директни, така и обратни. С намаляване на налягането скоростта на всички реакции, протичащи с участието на газове, намалява, както директни, така и обратни;

въвеждането на катализатор в системата или замяната му с друг катализатор не измества равновесието.

Пример 9.4. Протича обратим процес, описан с уравнението

N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g) + Q

Помислете кои фактори: 1) увеличават скоростта на синтез на реакцията на амоняк; 2) изместете равновесието надясно:

а) понижаване на температурата;

б) повишаване на налягането;

в) намаляване на концентрацията на NH3;

г) използване на катализатор;

д) повишаване на концентрацията на N 2 .

Решение. Фактори b), d) и e) увеличават скоростта на реакцията на синтеза на амоняк (както и повишаване на температурата, повишаване на концентрацията на H 2); изместване на равновесието надясно - а), б), в), д).

Отговор: 1) b, d, e; 2) a, b, c, e.

Пример 9.5. По-долу е енергийна диаграма на обратима реакция

Избройте всички верни твърдения:

а) обратната реакция протича по-бързо от предната;

б) с повишаване на температурата скоростта на обратната реакция се увеличава с по-голям брой пъти от пряката реакция;

в) директната реакция протича с поглъщане на топлина;

г) стойността на температурния коефициент γ е по-голяма за обратната реакция.

Решение.

а) Твърдението е правилно, тъй като E a rev = 500 - 300 = 200 (kJ) е по-малко от E a pr = 500 - 200 = 300 (kJ).

б) Твърдението е невярно, скоростта на пряката реакция нараства с по-голям брой пъти, за което E a е по-голямо.

в) Твърдението е правилно, Q pr = 200 - 300 = -100 (kJ).

г) Твърдението е невярно, γ е по-голямо за директна реакция, при която E a е по-голямо.

Отговор: а), в).

Равновесието обикновено се разбира като специално състояние на система или тяло, когато всички влияния, упражнени върху него, се компенсират взаимно. Или изобщо отсъства. В химията концепцията за равновесие се прилага към реакции, протичащи между различни вещества, или по-скоро към условията за тяхното възникване.

Понятието баланс

Химичните реакции имат много класификации според различни критерии, но говорейки за химично равновесие, трябва да запомните какво са обратими и необратими реакции.

Ако в резултат на реакция се образуват продукти, които не взаимодействат помежду си, те говорят за необратими реакции, тоест те вървят само в посока напред. Обикновено един от продуктите в тях е газообразно, слабо дисоцииращо или неразтворимо съединение. Например:

Pb(NO 3) 2 + 2HCl<―>PbCl 2 ↓ + 2HNO 3

Na 2 CO 3 + 2HCl<―>2NaCl + CO 2 + Η 2 O

NaOΗ + ΗCl<―>NaCl + Η 2 O

Продуктите от обратими реакции могат да взаимодействат помежду си, като по този начин образуват изходните вещества, т.е. две противоположно насочени реакции протичат едновременно. Ако в даден момент при определени условия скоростта на правата реакция е равна на скоростта на обратната, тогава се установява химично равновесие.

Трябва да се отбележи, че такова равновесие се характеризира като динамично. С други думи, и двете реакции продължават, но стойностите на концентрациите на всички участници остават непроменени и се наричат ​​равновесни.

Математически това състояние се изразява с помощта на равновесната константа (Kp). Нека има взаимодействие на вещества, описано с уравнението аΑ + bB<―>cc + dD. За противоположни реакции могат да се напишат формули за изчисляване на техните скорости чрез закона за действащите маси. Тъй като тези скорости ще бъдат равни в състояние на равновесие, е възможно да се изрази съотношението на константите на скоростта на две противоположни реакции. Тук ще бъде числено равно на равновесната константа.

Стойността на K p помага да се определи пълнотата на протичащите реакции. Ако K r<1, то реакция в прямом направлении почти не протекает. Если К р >1, тогава равновесието се измества към продуктите.

Видове баланс

Химичното равновесие е истинско, привидно и невярно. За истински балансима знаци:

• Ако няма външно влияние, значи е непроменен във времето.
• Ако външните влияния се променят (това се отнася за температура, налягане и т.н.), тогава състоянието на системата също се променя. Но трябва само да върнете първоначалните стойности на условията, балансът веднага се възстановява.
• Състоянието на истинско равновесие може да се постигне както от страна на продуктите на химичната реакция, така и от изходните материали.

Ако поне едно от тези условия не е изпълнено, тогава се казва, че има такова равновесие привиден (метастабилен).Ако състоянието на системата започне да се променя необратимо при промяна на външните условия, тогава такова равновесие се нарича невярно (или инхибирано).Пример за последното е реакцията на желязото с кислорода.

Концепцията за равновесие е малко по-различна от гледна точка на термодинамиката и кинетиката. Под термодинамично равновесиесе разбира като минималната стойност на енергията на Гибс за определена система. Истинското равновесие се характеризира с ΔG \u003d 0. И за състоянието, за което скоростите на директните и обратните реакции са изравнени, т.е. v 1 \u003d v 2, те казват, че такова равновесие е - кинетичен.

Принцип на Льо Шателие

Анри Льо Шателие изучава моделите на изместване на равновесието през 19 век, но по-късно Карл Браун обобщава всички тези трудове и формулира принципа на подвижното равновесие:

ако една равновесна система се въздейства отвън, тогава равновесието ще се измести в посока на намаляване на получения ефект

С други думи, ако има някакво въздействие върху равновесната система, то има тенденция да се променя по такъв начин, че това въздействие да е минимално.

Изместване на равновесието

Помислете за последствията от принципа на Le Chatelier, като използвате уравнението на реакцията като пример:

N 2 + 3H 2<―>2NΗ 3 + Q.

Ако температурата се повиши, равновесието ще се измести към ендотермична реакция. В този пример се отделя топлина, което означава, че директната реакция е екзотермична и равновесието ще се измести към изходните материали.

Ако налягането се увеличи, това ще доведе до изместване на равновесието към по-малки обеми газообразни вещества. В горния пример има 4 мола газообразни изходни материали и 2 мола газообразни продукти, което означава, че равновесието ще се измести към реакционните продукти.

Ако концентрацията на изходното вещество се увеличи, тогава равновесието ще се измести в посока на директната реакция и обратно. Така, ако концентрацията на N 2 или Η 2 се увеличи, тогава равновесието ще се измести в посока напред, а ако амоняк, тогава в обратна посока.