Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Уравнение изотермы химической реакции

О химическом равновесии можно говорить при выполнении двух условий.

а) Во-первых, реакция является химически обратимой, т.е., в зависимости от условий, способна протекать и в прямую, и в обратную сторону.

б) Во-вторых, реакция находится в состоянии термодинамического равновесия: при имеющихся условиях не протекает фактически ни в одну сторону, но при малейшем воздействии может быть сдвинута в любую сторону.

Химическое равновесие характеризуется такой характеристикой химической реакции, как константа равновесия Кр. Это величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между концентрациями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс), по значению Кр можно судить о направлении процесса при исходном соотношении концентраций реагирующих веществ, о максимально возможном выходе продукта реакции при тех или иных условиях.

С помощью кинетических уравнений прямой и обратной реакций выведем выражение для константы равновесия. Пусть происходит обратимая реакция:

Здесь а, b, c, d – коэффициенты перед веществами в химических уравнениях прямой и обратной реакций. В этом случае можно записать кинетические уравнения:

v_пр = k₁[A]^a[B]^b; v_обр = k₂[C]^c[D]^d

При наступлении равновесия скорости прямой и обратной реакции становятся равны (v_пр = v_обр) и можно записать:

k₁[A]^a[B]^b = k₂[C]^c[D]^d

Из этого соотношения можно получить константу равновесия Кр, которая равна отношению констант скорости прямой и обратной реакций:

В предыдущем уравнении достаточно перенести в левую часть k₂

а из полученного уравнения уже легко получается выражение для константы равновесия Кр:

Это не что иное, как математическая запись закона действующих масс для химического равновесия. Часто его формулируют следующим образом: отношение равновесных концентраций продуктов и субстратов (где концентрации взяты в соответствующих стехиометрических степенях) не зависит от исходных концентраций участников. Константа равновесия определяется экспериментально. Численное значение Кр характеризует положение равновесия при данной температуре и не меняется с изменением концентраций реагирующих веществ. Это значит, что независимо от исходных концентраций участников обратимой реакции (и реагентов, и продуктов), если реакция приходит к равновесному состоянию, отношение произведения конечных концентраций продуктов и реагентов оказывается всегда одним и тем же.

Запишем константу равновесия для гомогенной реакции

Для гетерогенной химической реакции концентрации конденсированных фаз (твердых или жидких) условно принимают равными единице и, таким образом, исключают из выражения.

Например, для реакции твёрдофазного восстановления оксида железа:

FeO_т + CO_г = Fe_т + CO_2г

константа равновесия (при условии, что газовая фаза идеальна) имеет вид:

Термодинамика дает важное соотношение между стандартной свободной энергией и константой равновесия, названное изотермой химической реакции

DG⁰ = -R T ln K = -2,3 R T lg K

Как видно из этих уравнений отрицательный знак DG⁰ возможен только в случае, если lgK > 0, т.е. К > 1, а положительный – если lgK < 0, т.е. К < 1.

Это значит, что при отрицательных значениях DG⁰ равновесие смещено в направлении прямой реакции и выход продуктов реакции сравнительно велик, при положительном знаке DG⁰ равновесие смещено в сторону обратной реакции и выход продуктов прямой реакции сравнительно мал.

Знак DG⁰ указывает на возможность или невозможность протекания реакции только в стандартных условиях. Чем значительнее убыль энергии Гиббса, тем больше константа равновесия.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2657; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!