Изменение концентрации веществ, участвующих в реакции (как исходных, так и продуктов)

Связь химического равновесия и скорости реакции

Обратимые реакции
Химическое равновесие
Принцип Ле Шателье
Факторы, влияющие на химическое равновесие

Существуют реакции, в которых исходные вещества не полностью превращаются в продукты реакции. При этом продукты реакции могут превращаться в исходные вещества, т. е. реакция протекает как в прямом, так и в обратном направлении.

Обратимые реакции - реакции, одновременно протекающие в двух противоположных направлениях.

При записи обратимых реакций вместо знака равенства используют противоположно направленные стрелки: ↔

Обратимые реакции очень распространены. К ним относятся диссоциация воды и слабых кислот, реакции водорода с иодом и азотом, окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI) кислородом и многие др.

Понятие «химическое равновесие» относится к обратимым реакциям, т. е. реакциям, которые одновременно протекают в прямом и обратном направлении:

прямая реакция

aA + bB ↔ cC + dD

обратная реакция

В обратимых реакциях в начальный момент времени, когда концентрация исходных веществ велика, скорость прямой реакции максимальная. По мере уменьшения концентрации исходных веществ она уменьшается. Скорость обратной реакции, наоборот, в начальный момент минимальна и увеличивается по мере накопления продуктов прямой реакции. Через некоторое время скорость прямой реакции становится равна скорости обратной реакции.

Рис. Зависимость концентрации продуктов и исходных веществ от времени.

Химическое равновесие - состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции

Химическое равновесие имеет динамический характер. Это означает, что в состоянии химического равновесия и прямая, и обратная реакции продолжают протекать, но так как их скорости равны, то концентрации всех веществ в реакционной системе не меняются. Эти концентрации называются равновесными.

Химическое равновесие устойчиво.

Это означает, что система противодействует внешним воздействиям.

Изменение внешних условий может повлиять на скорость как прямой, так и обратной реакции, что приведет к смещению равновесия. В результате этого система перейдёт в новое равновесное состояние, в котором будет другое соотношение концентраций реагирующих веществ и продуктов реакции.

Изменения, которые происходят в обратимой системе в результате внешних воздействий, определяются принципом Ле Шателье.

Принцип Ле Шателье - если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится в сторону той реакции (прямой или обратной) которая ослабит это внешнее воздействие.

Связь химического равновесия и скорости реакции

Поскольку положение равновесия определяется скоростями прямой и обратной реакций, то оно зависит от тех же факторов, от которых зависит и скорость, а именно: температуры и концентрации веществ. Кроме того, на положение равновесия в реакциях с участием газов может влиять давление.

Факторы, влияющие на смещение химического равновесия.

Изменение температуры

Прямая и обратная реакция имеют одинаковые по величине, но противоположные по знаку тепловые эффекты.

Увеличение температуры смещает равновесие в сторону охлаждения, т. е. усиливает ту реакцию, при которой теплота поглощается. Если прямая реакция — экзотермическая (Q › 0), то равновесие при нагревании смещается влево, а если прямая реакция — эндотермическая (Q ‹ 0), то вправо. Уменьшение температуры смещает равновесие в сторону нагревания, т. е. усиливает экзотермическую реакцию.

Таким образом, при повышении температуры равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры — в сторону экзотермической реакции.

Например, в реакции

3H₂(г) + N₂(г) ↔2NH₃(г) + Q

понижение температуры приведёт к смещению равновесия в сторону прямой реакции, так как она является экзотермической. Повышение температуры будет способствовать протеканию обратной реакции, так как она является эндотермической.

Изменение давления в системе

Давление влияет только на обратимые газовые реакции, причём только на те из них, в которых происходит изменение общего числа молекул газа.

Увеличение давления смещает равновесие в сторону уменьшения общего числа молекул газов, а уменьшение давления — в сторону увеличения числа молекул.

Например, увеличение давления в реакции

3H₂(г) + N₂(г) ↔2NH₃(г) + Q

( 3 + 1= 4моль) ( 2 моль)

приведёт к смещению равновесия в сторону прямой реакции, так как в результате её протекания общее количество молекул газа уменьшится. Уменьшение давления приведёт к смещению равновесия в сторону обратной реакции, т. е. в сторону образования исходных веществ, так как в результате протекания этой реакции общее количество молекул газа увеличивается.

Если реакция протекает без изменения числа молей газообразных веществ, то изменения давления не влияет на смещение равновесия.

Например, реакция

N₂ (г) + O₂ (г) ↔ 2NO(г) - Q

(1 +1=2 моль) ( 2моль)

протекает без изменения общего числа молекул газообразных веществ, поэтому повышение или уменьшение давления не будет приводить к смещению равновесия ни в сторону прямой, ни в сторону обратной реакции.

Концентрация веществ

Изменение концентрации веществ, участвующих в реакции (как исходных, так и продуктов)

Если в равновесную систему ввести какое-либо из участвующих в реакции веществ, то равновесие сместится в сторону той реакции, при протекании которой это вещество расходуется. Если из равновесной системы вывести какое-либо вещество, то равновесие сместится в сторону той реакции, при протекании которой это вещество образуется.

Таким образом, увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов реакции приводит к смещению равновесия в сторону прямой реакции. Наоборот, уменьшение концентрации исходных веществ и введение в систему продуктов реакции приводит к смещению равновесия в сторону обратной реакции.

Например, если в реакции

3H₂ + N₂ ↔2NH₃ + Q

увеличить концентрацию исходных веществ — водорода или азота, то равновесие сместится в сторону прямой реакции, т. е. в сторону образования аммиака. Если же увеличить концентрацию аммиака (например, не выводить его из сферы реакции), то это приведёт к смещению равновесия в сторону обратной реакции, т. е. в сторону образования исходных веществ — азота и водорода.

Уменьшение концентрации азота или водорода приведёт к смещению равновесия в сторону их образования, т. е. в сторону обратной реакции. Уменьшение концентрации аммиака (например, постоянное его удаление из сферы реакции) будет способствовать смещению равновесия в сторону его образования, т. е. в сторону прямой реакции.

Катализатор

Введение катализатора не влияет на смещение химического равновесия, так как катализатор в одинаковой мере увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции. Катализатор лишь способствует приближению времени наступления равновесия.

Закономерности протекания химических реакций необходимо учитывать при разработке и проектировании промышленного производства химической продукции (аммиака, серной кислоты, минеральных удобрений и др.). Чтобы получить высокий выход продукта, следует обосновать оптимальные условия его получения. Для этого необходимо определить в том числе, при каких концентрациях веществ, температурах и давлениях выгоднее всего добиваться установления равновесия.

Принцип Ле Шателье универсален и применим не только к химическим, но и к другим процессам, например физическим процессам (плавление, кипение и т. д.).

Коротко о главном

Обратимые реакции – это реакции, одновременно протекающие в двух противоположных направлениях.

Состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием.

Концентрации всех веществ в состоянии равновесия не меняются и называются равновесными.

Количественной характеристикой химического равновесия служит константа равновесия, которая определяется через равновесные концентрации веществ, находящихся в равновесной системе.

Химическое равновесие может быть смещено за счет изменения температуры, давления или концентраций веществ путем их удаления или добавления в систему. Изменения, которые происходят в системе в результате внешних воздействий, определяются принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится в сторону той реакции (прямой или обратной), которая ослабит это внешнее воздействие.

ДЗ: На примере реакции
2 SO ₂ (г) + O ₂ (г) ↔ 2 SO ₃ (г) + Q

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!