Влияние давления в системе на смещение равновесия

Влияние температуры на смещение равновесия

Влияние концентрации веществ на смещение равновесия

При повышении концентрации реагентов или продуктов реакции в системе равновесие сдвигается в направлении расходования этих веществ, а при понижении концентрации реагентов или продуктов реакции в системе равновесие смещается в направлении образования этих веществ.

Например: 2Н_2(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г)

Для прямой реакции кинетическое уравнение имеет вид:

_{→ →}

υ = k ∙ [H₂]² [O₂],

_{← ←}

а для обратной реакции: υ = k · [H₂O]².

Если в реакционной смеси увеличивается концентрация кислорода за счет подачи извне, то состояние равновесия нарушается. Скорость прямой реакции будет больше скорости обратной реакции. В этом случае равновесие сместится в сторону образования продуктов реакции (Н₂О).

При повышении температуры системы химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, что ведет к охлаждению системы, а при понижении температуры системы химическое равновесие смещается в направлении экзотермической реакции, что ведет к нагреву системы.

В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое – эндотермическому процессу.

Например: для обратимой реакции 2Н_2(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г), ∆Н° < 0

прямая реакция 2Н_2(г) + O_2(г) → 2Н₂О_(г) идет с выделением тепла (∆Н° < 0), а обратная 2Н₂О_(г) ← 2H_2(г) + O_2(г) - с поглощением тепла (∆H° > 0). При понижении температуры данной системы равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, т.е. в сторону образования продуктов реакции; при повышении температуры данной системы равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т.е. в сторону образования реагентов.

При повышении давления в системе равновесие смещается в направлении образования веществ (реагентов или продуктов) с меньшим объемом (меньшим числом молей (молекул) веществ в газообразном состоянии), а при понижении давления в системе равновесие смещается в направлении образования веществ с большим объемом (большим числом молей веществ в газообразном состоянии). При равенстве объемов исходных веществ и продуктов реакции равновесие не смещается (изменение давления не влияет на смещение равновесия).

Например: для реакции 2Н_2(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г)

объем газообразных реагентов составляет 3 моля (2моль Н₂ и 1 моль О₂), что больше, чем 2моль - объем продуктов реакции (2Н₂О), следовательно при повышении давления в системе усилится прямая реакция (равновесие сместится вправо), а при понижении давления усилится обратная реакция, то есть равновесие сместится влево.

Примеры расчетных задач

Концентрации веществ соответствующие состоянию равновесия системы называют равновесными концентрациями. Они взаимно связаны друг с другом уравнением реакции и законом действующих масс. Эту взаимосвязь можно рассмотреть на примерах.

Задача 1

Вычислить константу равновесия и равновесные концентрации [H₂] и [J₂] в реакции H₂ + J₂ ↔ 2HJ ,если их начальные концентрации составляли по 0,02 моль/л, а равновесная концентрация [HJ] – 0,03 моль/л.

Из уравнения реакции видно, что если на образование 2 моль/л HJ расходуется по 1 моль водорода и 1 моль йода, то на образование 0,03 моль HJ будет потрачено по 0,03/2 = 0,015 моль водорода и йода. Следовательно, их равновесные концентрации составляют:

0,020 – 0,015 = 0,005 моль, а константа равновесия

K_равн = [HJ]² / [H₂] · [J₂] = (0,03)²/0,005 · 0,005 = 36

Задача 2

В системе СО + Сl₂ = СОСl₂ равновесные концентрации составили: хлора – 0,3 моль/л, оксида углерода – 0,2 моль/л и фосгена – 1,2 моль/л. Вычислить константу равновесия системы и начальные концентрации хлора и оксида углерода.

Из уравнения реакции видим, что на образование 1 моль фосгена расходуется по 1 моль оксида углерода и 1 моль хлора. Следовательно, на образование 1,2 моль/л фосгена потребуется по 1,2 моль хлора и оксида углерода. Находим исходные концентрации:

для Сl₂: 0,3 + 1,2 = 1,5 моль/л,

для СО: 0,2 + 1,2 = 1,4 моль/л.

Константа равновесия равна: [CОСl₂] / [CO] · [Сl₂] = 1,2 / 0,3 · 0,2 = 20

ГЛАВА 4