El equilibrio químico es un estado del sistema en el que ambas reacciones, directa e inversa, tienen la misma velocidad. ¿Qué caracteriza este fenómeno y qué factores afectan el equilibrio químico?
equilibrio químico. características generales
Bajo el equilibrio químico se puede entender el estado de un sistema químico en el que la cantidad inicial de sustancias en la reacción no cambia con el tiempo.
El equilibrio químico se puede dividir en tres tipos:
- verdadero equilibrio- este es un equilibrio para el cual la constancia en el tiempo es característica, siempre que no haya influencia externa. Si las condiciones externas cambian, el estado del sistema también cambia, pero después de que se restablecen las condiciones, el estado también vuelve a ser el mismo. El estado de verdadero equilibrio se puede considerar desde dos lados: desde el lado de los productos de reacción y desde el lado de las sustancias de partida.
- equilibrio metaestable (aparente)- este estado se produce cuando no se cumple alguna de las condiciones de verdadero equilibrio.
- saldo retrasado (falso) es un estado del sistema que cambia irreversiblemente cuando cambian las condiciones externas.
Cambio de equilibrio en las reacciones químicas.
El equilibrio químico depende de tres parámetros: temperatura, presión, concentración de una sustancia. El químico francés Henri Louis Le Chatelier en 1884 formuló el principio del equilibrio dinámico, según el cual un sistema en equilibrio tiende a volver a un estado de equilibrio bajo la influencia externa. Es decir, con una influencia externa, el equilibrio se desplazará de tal manera que esta influencia se neutralice.
Arroz. 1. Henri Louis Le Châtelier.
Los principios formulados por Le Chatelier también se denominan principios de "desplazamiento del equilibrio en las reacciones químicas".
Los siguientes factores influyen en el equilibrio químico:
- temperatura. A medida que aumenta la temperatura, el equilibrio químico se desplaza hacia la absorción de la reacción. Si se baja la temperatura, entonces el equilibrio se desplaza en la dirección de evolución de la reacción.
Arroz. 2. Efecto del cambio de temperatura sobre el equilibrio químico.
La reacción de absorción se denomina reacción endotérmica y la reacción de liberación se denomina exotérmica.
- presión. Si la presión en una reacción química aumenta, entonces el equilibrio químico se desplaza hacia el volumen más pequeño de la sustancia. Si la presión disminuye, entonces el equilibrio se desplaza en la dirección del mayor volumen de la sustancia. Este principio se aplica solo a los gases y no se aplica a los sólidos.
- concentración. Si, durante una reacción química, la concentración de una de las sustancias aumenta, el equilibrio se desplazará hacia los productos de la reacción, y si la concentración se reduce, el equilibrio se desplazará hacia las sustancias iniciales.
Arroz. 3. Efecto del cambio de concentración sobre el equilibrio químico.
El catalizador no pertenece a los factores que afectan el cambio del equilibrio químico.
¿Qué hemos aprendido?
En el equilibrio químico, las velocidades en cada par de reacciones son iguales entre sí. El equilibrio químico, estudiado en el grado 9, se puede dividir en tres tipos: verdadero, metaestable (aparente), inhibido (falso). Por primera vez, la teoría termodinámica del equilibrio químico fue formulada por el científico Le Chatelier. Solo tres factores influyen en el equilibrio del sistema: presión, temperatura, concentración de la sustancia inicial.
Cuestionario de tema
Informe de Evaluación
Puntuación media: 4.6. Calificaciones totales recibidas: 75.
De acuerdo con El principio de Le Chatelier Si se ejerce una influencia externa sobre un sistema en estado de equilibrio, entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la reacción que debilita esta influencia.
Por ejemplo
3H 2 + N 2 2NH 3 - DH.
1. Efecto de la concentración. Si se aumenta la concentración de las sustancias de partida, el equilibrio se desplazará hacia la formación de productos y viceversa.
Si las concentraciones de las sustancias iniciales N 2 y H 2 se reducen, esto conducirá a un cambio en el equilibrio de derecha a izquierda, como resultado de lo cual las concentraciones de N 2 y H 2 aumentarán nuevamente debido a la descomposición del amoníaco. .
2. Influencia de la presión. En este caso, solo se tienen en cuenta los participantes gaseosos en la reacción. Con el aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia un sistema que consta de un número menor de moles de sustancias gaseosas.
Un aumento en la presión del sistema conducirá a un cambio en el equilibrio de izquierda a derecha, ya que en el lado izquierdo, el número total de moles de gases es 4, y en el lado derecho, 2.
3. Influencia de la temperatura. Depende del efecto térmico de la reacción.
Las ecuaciones químicas en las que se indica el efecto calorífico de las reacciones se denominan ecuaciones termoquimicas. En las ecuaciones termoquímicas de las reacciones químicas, el efecto térmico se indica mediante la cantidad DH, que se denomina Cambio de entalpia(contenido de calor) de la reacción. La entalpía es una medida de la energía acumulada por una sustancia durante su formación.
–DH, se libera calor, es decir la reacción es exotérmica;
DH, se absorbe calor, es decir, la reacción es endotérmica;
La reacción directa es exotérmica, es decir, a medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplazará de derecha a izquierda, hacia una reacción endotérmica.
4. Influencia del catalizador. Los catalizadores aceleran igualmente tanto las reacciones directas como las inversas y, por lo tanto, no cambian el equilibrio químico, sino que solo contribuyen a un logro más rápido del estado de equilibrio.
Ejercicio. Sistema de gas A + B C - DH. ¿Qué efecto tendrá la concentración de equilibrio de la sustancia C en:
a) aumento de la presión. En el lado izquierdo hay 2 moles de sustancias. A la derecha 1 mol, es decir el equilibrio se desplaza de izquierda a derecha hacia la formación de la sustancia C, aumenta la concentración de C. (®)
b) un aumento en la concentración de la sustancia A. El equilibrio se desplaza de izquierda a derecha hacia la formación de la sustancia C, aumenta la concentración C. (®).
c) un aumento de la temperatura. Exo directo, inverso - endotérmico. El equilibrio se desplazará de derecha a izquierda ().
Ejercicio.¿Cómo afectará el aumento de presión al equilibrio del sistema?
Fe 3 O 4 (tv) + CO (g) 3FeO + CO 2 (g)
El equilibrio en el sistema no cambiará.
Ejercicio.¿Cómo deben cambiarse la temperatura, la presión y la concentración para desplazar el equilibrio en la dirección de la reacción directa?
PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g) + 92,59 kJ
a) la reacción es endotérmica, hay que aumentar la temperatura.
b) la presión debe reducirse
c) aumentar la concentración de PCl 5 o disminuir la concentración de PCl 3 y Cl 2 .
Ejercicio. 2SO 2 (g) + O 2 (g) Û 2SO 3 (g). ¿Qué efecto tendrá el estado de equilibrio?
a) aumento de la presión;
Cuando ocurre la reacción directa, la cantidad de sustancias gaseosas en el sistema disminuye (a partir de 2 mol de gas SO 2 y 1 mol de gas O 2, se forma SO 3 líquido). Un aumento de la presión desplazará el equilibrio hacia la formación de una menor cantidad de sustancias gaseosas, es decir, SO 3. (®).
b) disminución de la concentración de óxido de azufre (VI)?
Una disminución en la concentración de SO 3 (eliminación del producto del sistema de reacción) provocará un cambio en el equilibrio hacia la formación de SO 3 . (®).
Ejercicio. A + B Û 2C -
¿Qué efecto tendrán sobre el estado de equilibrio?
1. Entre todas las reacciones conocidas, se distinguen reacciones reversibles e irreversibles. Al estudiar las reacciones de intercambio iónico, se enumeraron las condiciones bajo las cuales se completan. ().
También hay reacciones conocidas que no se completan en determinadas condiciones. Entonces, por ejemplo, cuando el dióxido de azufre se disuelve en agua, ocurre la reacción: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Pero resulta que solo se puede formar una cierta cantidad de ácido sulfuroso en una solución acuosa. Esto se debe al hecho de que el ácido sulfuroso es frágil y ocurre la reacción inversa, es decir, descomposición en óxido de azufre y agua. Por lo tanto, esta reacción no llega al final porque dos reacciones ocurren simultáneamente: derecho(entre óxido de azufre y agua) y contrarrestar(descomposición del ácido sulfúrico). SO2 + H2O↔H2SO3.
Las reacciones químicas que se desarrollan bajo condiciones dadas en direcciones mutuamente opuestas se llaman reversibles.
2. Dado que la velocidad de las reacciones químicas depende de la concentración de los reactivos, entonces, al principio, la velocidad de la reacción directa ( υ pr) debe ser máxima, y la velocidad de la reacción inversa ( υ arr) es igual a cero. La concentración de los reactivos disminuye con el tiempo y la concentración de los productos de reacción aumenta. Por lo tanto, la velocidad de la reacción directa disminuye y la velocidad de la reacción inversa aumenta. En cierto momento, las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan:
En todas las reacciones reversibles, la velocidad de la reacción directa disminuye, la velocidad de la reacción inversa aumenta hasta que ambas velocidades se igualan y se establece un estado de equilibrio:
υ pr =υ Arr
El estado de un sistema en el que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa se denomina equilibrio químico.
En un estado de equilibrio químico, la relación cuantitativa entre las sustancias que reaccionan y los productos de reacción permanece constante: cuántas moléculas del producto de reacción se forman por unidad de tiempo, tantas de ellas se descomponen. Sin embargo, el estado de equilibrio químico se mantiene mientras no cambien las condiciones de reacción: concentración, temperatura y presión.
Cuantitativamente, el estado de equilibrio químico se describe la ley de acción de masas.
En el equilibrio, la relación entre el producto de las concentraciones de los productos de reacción (en potencias de sus coeficientes) y el producto de las concentraciones de los reactivos (también en potencias de sus coeficientes) es un valor constante, independiente de las concentraciones iniciales. de sustancias en la mezcla de reacción.
Esta constante se llama equilibrio constante - k
Entonces para la reacción: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, la constante de equilibrio se expresa de la siguiente manera:
υ1 =υ 2
1 (reacción directa) = k 1 [ norte 2 ][ H 2 ] 3 , donde– concentraciones molares de equilibrio, = mol/l
υ 2 (reacción inversa) = k 2 [ NUEVA HAMPSHIRE 3 ] 2
k 1 [ norte 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ NUEVA HAMPSHIRE 3 ] 2
Kp = k 1 / k 2 = [ NUEVA HAMPSHIRE 3 ] 2 / [ norte 2 ][ H 2 ] 3 – equilibrio constante.
El equilibrio químico depende de la concentración, la presión, la temperatura.
Principiodetermina la dirección de la mezcla de equilibrio:
Si se ejerció una influencia externa sobre un sistema que está en equilibrio, entonces el equilibrio en el sistema cambiará en la dirección opuesta a esta influencia.
1) Influencia de la concentración - si se aumenta la concentración de las sustancias de partida, el equilibrio se desplaza hacia la formación de productos de reacción.
Por ejemplo,Kp = k 1 / k 2 = [ NUEVA HAMPSHIRE 3 ] 2 / [ norte 2 ][ H 2 ] 3
Cuando se añade a la mezcla de reacción, por ejemplo nitrógeno, es decir. la concentración del reactivo aumenta, el denominador en la expresión de K aumenta, pero como K es una constante, el numerador también debe aumentar para cumplir esta condición. Así, la cantidad del producto de reacción aumenta en la mezcla de reacción. En este caso, hablamos de un desplazamiento del equilibrio químico hacia la derecha, hacia el producto.
Así, un aumento en la concentración de los reactivos (líquidos o gaseosos) se desplaza hacia los productos, es decir, hacia una reacción directa. Un aumento en la concentración de productos (líquidos o gaseosos) desplaza el equilibrio hacia los reactivos, es decir, hacia la reacción trasera.
Un cambio en la masa de un sólido no cambia la posición de equilibrio.
2) Efecto de la temperatura Un aumento de la temperatura desplaza el equilibrio hacia una reacción endotérmica.
un)norte 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NUEVA HAMPSHIRE 3 (D) + 92,4 kJ (exotérmica - liberación de calor)
A medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplazará hacia la reacción de descomposición del amoníaco (←)
b)norte 2 (D) +O 2 (G) ↔ 2NO(G) - 180,8 kJ (endotérmico - absorción de calor)
A medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplazará en la dirección de la reacción de formación. NO (→)
3) Influencia de la presión (solo para sustancias gaseosas) - con el aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia la formacióni sustancias que ocupan menos golpear.
norte 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NUEVA HAMPSHIRE 3 (GRAMO)
1 V - norte 2
3 V - H 2
2 V – NUEVA HAMPSHIRE 3
Cuando la presión sube ( PAG): antes de la reacción4 V sustancias gaseosas → después de la reacción2 Vsustancias gaseosas, por lo tanto, el equilibrio se desplaza hacia la derecha ( → )
Con un aumento de la presión, por ejemplo, 2 veces, el volumen de gases disminuye la misma cantidad de veces y, por lo tanto, las concentraciones de todas las sustancias gaseosas aumentarán 2 veces. Kp = k 1 / k 2 = [ NUEVA HAMPSHIRE 3 ] 2 / [ norte 2 ][ H 2 ] 3
En este caso, el numerador de la expresión de K aumentará en 4 veces, y el denominador es 16 veces, es decir se romperá la igualdad. Para restaurarlo, la concentración debe aumentar. amoníacoy disminuir la concentración nitrógenoyaguaclase. El equilibrio se desplazará hacia la derecha.
Entonces, cuando la presión aumenta, el equilibrio se desplaza hacia una disminución de volumen, y cuando la presión disminuye, se desplaza hacia un aumento de volumen.
Un cambio en la presión prácticamente no tiene efecto sobre el volumen de sustancias sólidas y líquidas, es decir no cambia su concentración. En consecuencia, el equilibrio de las reacciones en las que no participan gases es prácticamente independiente de la presión.
! Sustancias que influyen en el curso de una reacción química. catalizadores. Pero cuando se usa un catalizador, la energía de activación de las reacciones directa e inversa disminuye en la misma cantidad y, por lo tanto, el equilibrio no cambia.
Resolver problemas:
n° 1 Concentraciones iniciales de CO y O 2 en la reacción reversible
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)
Igual a 6 y 4 mol/L, respectivamente. Calcular la constante de equilibrio si la concentración de CO 2 en el momento del equilibrio es de 2 mol/l.
n° 2 La reacción transcurre de acuerdo con la ecuación
2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) + Q
Indique hacia dónde se desplazará el equilibrio si
a) aumentar la presión
b) elevar la temperatura
c) aumentar la concentración de oxígeno
d) la introducción de un catalizador?
El equilibrio químico es inherente reversible reacciones y no es típico de irreversible reacciones químicas.
A menudo, durante la implementación de un proceso químico, los reactivos iniciales pasan por completo a los productos de reacción. Por ejemplo:
Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Es imposible obtener cobre metálico realizando la reacción en sentido contrario, porque. dado la reacción es irreversible. En tales procesos, los reactivos se convierten completamente en productos, es decir la reacción continúa hasta completarse.
Pero la mayoría de las reacciones químicas reversible, es decir. es probable el flujo paralelo de la reacción en las direcciones directa e inversa. En otras palabras, los reactivos se convierten solo parcialmente en productos y el sistema de reacción constará de reactivos y productos. El sistema en este caso está en el estado equilibrio químico.
En los procesos reversibles, al principio la reacción directa tiene una velocidad máxima, que va disminuyendo gradualmente debido a la disminución de la cantidad de reactivos. La reacción inversa, por el contrario, tiene inicialmente una velocidad mínima, que aumenta a medida que se acumulan los productos. Al final, llega un momento en que las velocidades de ambas reacciones se igualan: el sistema llega a un estado de equilibrio. Cuando se alcanza un estado de equilibrio, las concentraciones de los componentes permanecen sin cambios, pero la reacción química no se detiene. Ese. Este es un estado dinámico (en movimiento). Para mayor claridad, presentamos la siguiente figura:
digamos que hay alguna reacción química reversible:
un UN + segundo segundo = do do + re re
luego, basándonos en la ley de acción de masas, escribimos las expresiones para derechoυ 1 y contrarrestarυ 2 reacciones:
υ1 = k 1 [A] un [B] segundo
υ2 = k 2 [C] c [D] re
En condicion equilibrio químico, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, es decir:
k 1 [A] un [B] segundo = k 2 [C] c [D] re
obtenemos
Para= k1 / k 2 = [C] c [D] re ̸ [A] un [B] segundo
Donde k =k 1 / k 2 – equilibrio constante.
Para cualquier proceso reversible, bajo condiciones dadas k es un valor constante. No depende de las concentraciones de las sustancias, ya que cuando cambia la cantidad de una de las sustancias, también cambian las cantidades de otros componentes.
Cuando cambian las condiciones para el curso de un proceso químico, es posible un cambio en el equilibrio.
Factores que afectan el cambio en el equilibrio:
- cambio en las concentraciones de reactivos o productos,
- cambio de presión,
- cambio de temperatura,
- Introducir un catalizador en el medio de reacción.
El principio de Le Chatelier
Todos los factores anteriores afectan el cambio en el equilibrio químico, que está sujeto a Principio de Le Chatelier: si cambia una de las condiciones bajo las cuales el sistema está en equilibrio (concentración, presión o temperatura), entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la reacción que contrarresta este cambio. Aquellas. el equilibrio tiende a cambiar de dirección, lo que conduce a una disminución de la influencia del impacto que condujo a la violación del estado de equilibrio.
Entonces, consideraremos por separado la influencia de cada uno de sus factores en el estado de equilibrio.
Influencia cambios en las concentraciones de reactivos o productos vamos a mostrar con el ejemplo Proceso Haber:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
Si, por ejemplo, se agrega nitrógeno a un sistema en equilibrio que consta de N 2 (g), H 2 (g) y NH 3 (g), entonces el equilibrio debería cambiar en la dirección que contribuiría a una disminución en la cantidad de hidrógeno hacia su valor original, esos. en la dirección de formación de una cantidad adicional de amoníaco (a la derecha). Al mismo tiempo, también se producirá una disminución de la cantidad de hidrógeno. Cuando se agrega hidrógeno al sistema, el equilibrio también cambiará hacia la formación de una nueva cantidad de amoníaco (a la derecha). Considerando que la introducción de amoníaco en el sistema de equilibrio, según Principio de Le Chatelier , provocará un cambio en el equilibrio hacia el proceso que es favorable para la formación de las sustancias de partida (a la izquierda), es decir la concentración de amoníaco debe reducirse descomponiendo parte de él en nitrógeno e hidrógeno.
Una disminución en la concentración de uno de los componentes cambiará el estado de equilibrio del sistema hacia la formación de este componente.
Influencia cambios de presión tiene sentido si en el proceso en estudio intervienen componentes gaseosos y, en este caso, hay un cambio en el número total de moléculas. Si el número total de moléculas en el sistema permanece permanente, entonces el cambio de presión no afecta en su saldo, por ejemplo:
Yo 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)
Si la presión total de un sistema en equilibrio aumenta al disminuir su volumen, entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la disminución del volumen. Aquellas. hacia el número decreciente gas en sistema En reacción:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
a partir de 4 moléculas de gas (1 N 2 (g) y 3 H 2 (g)) se forman 2 moléculas de gas (2 NH 3 (g)), es decir la presión en el sistema disminuye. Como resultado, un aumento en la presión contribuirá a la formación de una cantidad adicional de amoníaco, es decir, el equilibrio se desplazará en la dirección de su formación (hacia la derecha).
Si la temperatura del sistema es constante, entonces un cambio en la presión total del sistema no conducirá a un cambio en la constante de equilibrio. PARA.
Cambio de temperatura sistema afecta no sólo el desplazamiento de su equilibrio, sino también la constante de equilibrio PARA. Si un sistema en equilibrio, a presión constante, recibe calor adicional, entonces el equilibrio cambiará en la dirección de absorción de calor. Considerar:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) + 22 kcal
Entonces, como puede ver, la reacción directa procede con la liberación de calor y la reacción inversa con la absorción. Con un aumento de la temperatura, el equilibrio de esta reacción se desplaza hacia la reacción de descomposición del amoníaco (a la izquierda), porque es y debilita la influencia externa: el aumento de la temperatura. Por el contrario, el enfriamiento conduce a un cambio en el equilibrio en la dirección de la síntesis de amoníaco (hacia la derecha), ya que la reacción es exotérmica y resiste el enfriamiento.
Así, un aumento de la temperatura favorece un desplazamiento equilibrio químico en la dirección de una reacción endotérmica, y la caída de temperatura está en la dirección de un proceso exotérmico . constantes de equilibrio de todos los procesos exotérmicos con el aumento de la disminución de la temperatura y los procesos endotérmicos - aumento.
El equilibrio químico se mantiene mientras las condiciones en las que se encuentra el sistema permanezcan sin cambios. Las condiciones cambiantes (concentración de sustancias, temperatura, presión) provocan un desequilibrio. Después de algún tiempo, el equilibrio químico se restablece, pero en condiciones nuevas, diferentes a las anteriores. Tal transición de un sistema de un estado de equilibrio a otro se llama desplazamiento(cambio) de equilibrio. La dirección del desplazamiento está sujeta al principio de Le Chatelier.
Con un aumento en la concentración de una de las sustancias de partida, el equilibrio se desplaza hacia un mayor consumo de esta sustancia y aumenta la reacción directa. Una disminución en la concentración de las sustancias de partida desplaza el equilibrio en la dirección de la formación de estas sustancias, ya que se potencia la reacción inversa. Un aumento de la temperatura desplaza el equilibrio hacia una reacción endotérmica, mientras que una disminución de la temperatura lo desplaza hacia una reacción exotérmica. Un aumento de la presión desplaza el equilibrio hacia una disminución de las cantidades de sustancias gaseosas, es decir, hacia menores volúmenes ocupados por estos gases. Por el contrario, cuando la presión disminuye, el equilibrio se desplaza en la dirección de cantidades crecientes de sustancias gaseosas, es decir, en la dirección de grandes volúmenes formados por gases.
EJEMPLO 1.
¿Cómo afectará un aumento de la presión al estado de equilibrio de las siguientes reacciones reversibles de gases?
a) SO 2 + C1 2 \u003d SO 2 CI 2;
b) H 2 + Br 2 \u003d 2HBr.
Decisión:
Usamos el principio de Le Chatelier, según el cual un aumento de presión en el primer caso (a) desplaza el equilibrio hacia la derecha, hacia una cantidad menor de sustancias gaseosas que ocupan un volumen menor, lo que debilita el efecto externo del aumento de presión. En la segunda reacción (b), la cantidad de sustancias gaseosas, tanto los productos iniciales como los de la reacción, son iguales, así como los volúmenes que ocupan, por lo que la presión no tiene efecto y el equilibrio no se altera.
EJEMPLO 2.
En la reacción de síntesis de amoníaco (–Q) 3Н 2 + N 2 = 2NH 3 + Q, la reacción directa es exotérmica, la inversa es endotérmica. ¿Cómo se debe cambiar la concentración de los reactivos, la temperatura y la presión para aumentar el rendimiento de amoníaco?
Decisión:
Para desplazar el equilibrio hacia la derecha, es necesario:
a) aumentar la concentración de H 2 y N 2;
b) disminuir la concentración (eliminación de la esfera de reacción) de NH 3 ;
c) bajar la temperatura;
d) aumentar la presión.
EJEMPLO 3.
La reacción homogénea de la interacción del cloruro de hidrógeno y el oxígeno es reversible:
4HC1 + O 2 \u003d 2C1 2 + 2H 2 O + 116 kJ.
1. ¿Qué efecto tendrá el equilibrio del sistema:
a) aumento de la presión;
b) aumento de temperatura;
c) la introducción de un catalizador?
Decisión:
a) De acuerdo con el principio de Le Chatelier, un aumento de presión conduce a un cambio en el equilibrio hacia una reacción directa.
b) Un aumento en t° conduce a un cambio en el equilibrio en la dirección de la reacción inversa.
c) La introducción de un catalizador no cambia el equilibrio.
2. ¿En qué dirección se desplazará el equilibrio químico si se duplica la concentración de reactivos?
Decisión:
υ → = k → 0 2 0 2 ; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2
Después de aumentar las concentraciones, la velocidad de la reacción directa se convirtió en:
υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0
es decir, aumentó 32 veces con respecto a la velocidad inicial. De manera similar, la velocidad de la reacción inversa aumenta 16 veces:
υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [Н 2 O] 0 2 [С1 2 ] 0 2 .
El aumento de la velocidad de la reacción directa es 2 veces mayor que el aumento de la velocidad de la reacción inversa: el equilibrio se desplaza hacia la derecha.
EJEMPLO 4
EN ¿En qué dirección se desplazará el equilibrio de una reacción homogénea?
PCl 5 \u003d PC1 3 + Cl 2 + 92 KJ,
si la temperatura aumenta 30 °C, sabiendo que el coeficiente de temperatura de la reacción directa es 2,5 y el de la reacción inversa es 3,2?
Decisión:
Dado que los coeficientes de temperatura de las reacciones directa e inversa no son iguales, un aumento de la temperatura tendrá un efecto diferente en el cambio de las velocidades de estas reacciones. Usando la regla de van't Hoff (1.3), encontramos las velocidades de las reacciones directa e inversa cuando la temperatura aumenta 30 °C:
υ → (t 2) = υ → (t 1)=υ → (t 1)2.5 0.1 30 = 15.6υ → (t 1);
υ ← (t 2) = υ ← (t 1) = υ → (t 1)3.2 0.1 30 = 32.8υ ← (t 1)
Un aumento en la temperatura aumentó la velocidad de la reacción directa en 15,6 veces y la reacción inversa en 32,8 veces. En consecuencia, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda, hacia la formación de PCl 5 .
EJEMPLO 5.
¿Cómo cambiarán las velocidades de las reacciones directa e inversa en un sistema aislado C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6 y dónde se desplazará el equilibrio cuando el volumen del sistema aumente 3 veces?
Decisión:
Las velocidades iniciales de las reacciones directa e inversa son las siguientes:
υ 0 = k 0 0; υ 0 = k 0 .
Un aumento en el volumen del sistema provoca una disminución en las concentraciones de los reactivos en 3 veces, por lo tanto, el cambio en la velocidad de las reacciones directa e inversa será el siguiente:
υ 0 = k = 1/9υ 0
υ = k = 1/3υ 0
La disminución de las velocidades de las reacciones directa e inversa no es la misma: la velocidad de la reacción inversa es 3 veces (1/3: 1/9 = 3) mayor que la velocidad de la reacción inversa, por lo que el equilibrio cambiará a la izquierda, hacia el lado donde el sistema ocupa mayor volumen, es decir, hacia la formación de C 2 H 4 y H 2 .