A kémiai egyensúly a rendszer olyan állapota, amelyben mindkét reakció - közvetlen és fordított - azonos sebességű. Mi jellemzi ezt a jelenséget, és milyen tényezők befolyásolják a kémiai egyensúlyt?
kémiai egyensúly. Általános tulajdonságok
A kémiai egyensúly alatt egy kémiai rendszer azon állapotát értjük, amelyben a reakcióban részt vevő anyagok kezdeti mennyisége az idő múlásával nem változik.
A kémiai egyensúly három típusra osztható:
- valódi egyensúly- ez egy olyan egyensúly, amelyre az időbeli állandóság jellemző, feltéve, hogy nincs külső hatás. Ha a külső feltételek megváltoznak, akkor a rendszer állapota is megváltozik, de a feltételek helyreállítása után az állapot is azonos lesz. A valódi egyensúlyi állapot két oldalról tekinthető: a reakciótermékek és a kiindulási anyagok oldaláról.
- metastabil (látszólagos) egyensúly- ez az állapot akkor következik be, ha a valódi egyensúly bármely feltétele nem teljesül.
- retardált (hamis) egyensúly a rendszer olyan állapota, amely visszafordíthatatlanul megváltozik, ha a külső feltételek megváltoznak.
Egyensúlyi eltolódás a kémiai reakciókban
A kémiai egyensúly három paramétertől függ: hőmérséklet, nyomás, anyag koncentrációja. Henri Louis Le Chatelier francia kémikus 1884-ben fogalmazta meg a dinamikus egyensúly elvét, amely szerint egy egyensúlyi rendszer külső hatás hatására hajlamos visszatérni egyensúlyi állapotába. Vagyis külső befolyás hatására az egyensúly úgy eltolódik, hogy ez a hatás semlegesül.
Rizs. 1. Henri Louis Le Chatelier.
A Le Chatelier által megfogalmazott elveket „a kémiai reakciók egyensúlyának eltolása” elveinek is nevezik.
A következő tényezők befolyásolják a kémiai egyensúlyt:
- hőfok. A hőmérséklet emelkedésével a kémiai egyensúly a reakció abszorpciója felé tolódik el. Ha a hőmérsékletet csökkentjük, akkor az egyensúly a reakció fejlődésének irányába tolódik el.
Rizs. 2. A hőmérséklet-változás hatása a kémiai egyensúlyra.
Az abszorpciós reakciót endoterm reakciónak, a felszabadulási reakciót exotermnek nevezzük.
- nyomás. Ha egy kémiai reakcióban a nyomás növekszik, akkor a kémiai egyensúly az anyag legkisebb térfogata felé tolódik el. Ha a nyomás csökken, akkor az egyensúly a legnagyobb térfogatú anyag irányába tolódik el. Ez az elv csak gázokra vonatkozik, szilárd anyagokra nem.
- koncentráció. Ha egy kémiai reakció során valamelyik anyag koncentrációját növeljük, akkor az egyensúly a reakció termékei felé tolódik el, ha pedig a koncentrációt csökkentjük, akkor az egyensúly a kiindulási anyagok felé tolódik el.
Rizs. 3. A koncentrációváltozás hatása a kémiai egyensúlyra.
A katalizátor nem tartozik a kémiai egyensúly eltolódását befolyásoló tényezők közé.
Mit tanultunk?
Kémiai egyensúly esetén az egyes reakciópárok sebessége megegyezik egymással. A 9. osztályban vizsgált kémiai egyensúly három típusra osztható: igaz, metastabil (látszólagos), gátolt (hamis). A kémiai egyensúly termodinamikai elméletét először Le Chatelier tudós fogalmazta meg. Csak három tényező befolyásolja a rendszer egyensúlyát: nyomás, hőmérséklet, kiindulási anyag koncentrációja.
Téma kvíz
Jelentés értékelése
Átlagos értékelés: 4.6. Összes értékelés: 75.
Vminek megfelelően Le Chatelier elve Ha egy egyensúlyi állapotban lévő rendszert külső hatás éri, akkor az egyensúly abba a reakcióba tolódik el, amely ezt a hatást gyengíti.
Például
3H 2 + N 2 2NH 3 - DH.
1. A koncentráció hatása. Ha a kiindulási anyagok koncentrációját növeljük, akkor az egyensúly a termékek képződése felé tolódik el és fordítva.
Ha az N 2 és H 2 kiindulási anyagok koncentrációját csökkentjük, ez az egyensúly jobbról balra való eltolódásához vezet, aminek következtében az ammónia bomlása miatt az N 2 és H 2 koncentrációja ismét megnő. .
2. A nyomás hatása. Ebben az esetben csak a reakció gáznemű résztvevőit veszik figyelembe. A nyomás növekedésével az egyensúly egy kisebb számú mol gáznemű anyagból álló rendszer felé tolódik el.
A rendszernyomás növekedése az egyensúly balról jobbra való eltolódásához vezet, mivel a bal oldalon az összes gázmol száma 4, a jobb oldalon pedig 2.
3. A hőmérséklet hatása. A reakció termikus hatásától függ.
Azokat a kémiai egyenleteket, amelyekben a reakciók hőhatását jelzik, nevezzük termokémiai egyenletek. A kémiai reakciók termokémiai egyenleteiben a hőhatást a DH mennyiséggel jelezzük, amelyet ún. entalpia változás(hőtartalma) a reakció. Az entalpia az anyag által képződése során felhalmozott energia mértéke.
–DH, hő szabadul fel, i.e. a reakció exoterm;
DH, hő elnyelődik, i.e. a reakció endoterm;
A közvetlen reakció exoterm, azaz. a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly jobbról balra tolódik el, az endoterm reakció felé.
4. A katalizátor hatása. A katalizátorok egyformán gyorsítják mind az előre, mind a fordított reakciókat, ezért nem tolják el a kémiai egyensúlyt, csak hozzájárulnak az egyensúlyi állapot gyorsabb eléréséhez.
Gyakorlat. Gázrendszer A + B C - DH. Milyen hatással lesz a C anyag egyensúlyi koncentrációja:
a) nyomásnövekedés. A bal oldalon 2 mol anyag található. A jobb oldalon 1 mol, azaz. az egyensúly balról jobbra tolódik el a C anyag képződése felé, a C koncentrációja nő. (®)
b) az A anyag koncentrációjának növekedése. Az egyensúly balról jobbra tolódik a C anyag képződése felé, a C koncentráció nő (®).
c) a hőmérséklet emelkedése. Közvetlen exo, fordított - endoterm. Az egyensúly jobbról balra tolódik ().
Gyakorlat. Hogyan befolyásolja a nyomásnövekedés a rendszer egyensúlyát?
Fe 3 O 4 (tv) + CO (g) 3FeO + CO 2 (g)
A rendszer egyensúlya nem fog elmozdulni.
Gyakorlat. Hogyan kell megváltoztatni a hőmérsékletet, nyomást és koncentrációt, hogy az egyensúlyt a közvetlen reakció irányába tolja el?
PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g) + 92,59 kJ
a) a reakció endoterm, a hőmérsékletet emelni kell.
b) a nyomást csökkenteni kell
c) vagy növelje a PCl 5 koncentrációját, vagy csökkentse a PCl 3 és Cl 2 koncentrációját.
Gyakorlat. 2SO 2 (g) + O 2 (g) Û 2SO 3 (g). Milyen hatással lesz az egyensúlyi állapot?
a) nyomásnövekedés;
A közvetlen reakció lezajlásakor a rendszerben a gáznemű anyagok mennyisége csökken (2 mol SO 2 gázból és 1 mol O 2 gázból folyékony SO 3 képződik). A nyomás növekedése az egyensúlyt kisebb mennyiségű gáz halmazállapotú anyag, azaz SO 3 képződése felé tolja el. (®).
b) a kén-oxid (VI) koncentrációjának csökkenése?
A SO 3 koncentráció csökkenése (a termék eltávolítása a reakciórendszerből) az egyensúly eltolódását okozza a SO 3 képződése irányába. (®).
Gyakorlat. A + B Û 2C -
Milyen hatással lesznek az egyensúlyi állapotra.
1. Az összes ismert reakció között megkülönböztetünk reverzibilis és irreverzibilis reakciókat. Az ioncsere-reakciók tanulmányozása során felsorolták azokat a feltételeket, amelyek mellett azok végbemennek. ().
Ismertek olyan reakciók is, amelyek adott körülmények között nem mennek végbe. Tehát például, ha a kén-dioxidot vízben oldjuk, a reakció megy végbe: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. De kiderül, hogy vizes oldatban csak bizonyos mennyiségű kénes sav képződik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a kénsav sérülékeny, és fordított reakció lép fel, pl. bomlás kén-oxidra és vízre. Ezért ez a reakció nem ér véget, mert két reakció megy végbe egyszerre - egyenes(kén-oxid és víz között) és fordított(a kénsav bomlása). SO 2 + H 2 O↔H2SO3.
Az adott körülmények között egymással ellentétes irányú kémiai reakciókat reverzibilisnek nevezzük.
2. Mivel a kémiai reakciók sebessége a reagensek koncentrációjától függ, így először a közvetlen reakció sebessége ( υ pr) legyen maximális, és a fordított reakció sebessége ( υ arr) egyenlő nullával. A reagensek koncentrációja idővel csökken, míg a reakciótermékek koncentrációja nő. Ezért az előre irányuló reakció sebessége csökken, és a fordított reakció sebessége nő. Egy bizonyos időpontban az előre és a fordított reakció sebessége egyenlővé válik:
Minden reverzibilis reakcióban az előrehaladó reakció sebessége csökken, a fordított reakció sebessége addig nő, amíg mindkét sebesség egyenlővé nem válik és egyensúlyi állapot nem jön létre:
υ pr =υ arr
Egy rendszer állapotát, amelyben az előrehaladó reakció sebessége megegyezik a fordított reakció sebességével, kémiai egyensúlynak nevezzük.
Kémiai egyensúlyi állapotban a reagáló anyagok és a reakciótermékek közötti mennyiségi arány állandó marad: a reakciótermékből hány molekula keletkezik időegység alatt, annyi bomlik el. A kémiai egyensúlyi állapot azonban mindaddig fennmarad, amíg a reakciókörülmények változatlanok maradnak: koncentráció, hőmérséklet és nyomás.
Mennyiségileg a kémiai egyensúly állapotát írjuk le a tömeg cselekvés törvénye.
Egyensúlyi állapotban a reakciótermékek koncentrációinak (együtthatóik hatványaiban) szorzatának a reaktánsok koncentrációinak szorzatához (együtthatóik hatványaiban is) a kezdeti koncentrációktól független állandó érték. a reakcióelegyben lévő anyagoktól.
Ezt az állandót ún egyensúlyi állandó - k
Tehát a reakcióhoz: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, az egyensúlyi állandót a következőképpen fejezzük ki:
υ 1 =υ 2
υ 1 (közvetlen reakció) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 , hol– egyensúlyi moláris koncentrációk, = mol/l
υ 2 (fordított reakció) = k 2 [ NH 3 ] 2
k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ NH 3 ] 2
Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – egyensúlyi állandó.
A kémiai egyensúly a koncentrációtól, nyomástól, hőmérséklettől függ.
Elvmeghatározza az egyensúlyi keveredés irányát:
Ha egy egyensúlyban lévő rendszerre külső hatást gyakoroltak, akkor a rendszerben az egyensúly ezzel a befolyással ellentétes irányba tolódik el.
1) A koncentráció hatása - ha a kiindulási anyagok koncentrációját növeljük, akkor az egyensúly a reakciótermékek képződése felé tolódik el.
Például,Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
Ha például a reakcióelegyhez adjuk nitrogén, azaz a reagens koncentrációja nő, a nevező a K kifejezésben nő, de mivel K konstans, a számlálónak is növekednie kell ahhoz, hogy ez a feltétel teljesüljön. Így a reakciótermék mennyisége növekszik a reakcióelegyben. Ebben az esetben a kémiai egyensúly jobbra, a termék felé történő eltolódásáról beszélünk.
Így a reagensek (folyékony vagy gáznemű) koncentrációjának növekedése a termékek felé tolódik el, pl. közvetlen reakció felé. A termékek (folyékony vagy gáznemű) koncentrációjának növekedése az egyensúlyt a reaktánsok felé tolja el, pl. a hátsó reakció felé.
A szilárd test tömegének változása nem változtatja meg az egyensúlyi helyzetet.
2) Hőmérséklet hatása A hőmérséklet emelkedése az egyensúlyt endoterm reakció felé tolja el.
a)N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (D) + 92,4 kJ (exoterm – hőleadás)
A hőmérséklet emelkedésével az egyensúly az ammóniabomlás reakciója felé tolódik el (←)
b)N 2 (D) +O 2 (G) ↔ 2NEM(G) - 180,8 kJ (endoterm - hőelnyelés)
A hőmérséklet emelkedésével az egyensúly a képződési reakció irányába tolódik el NEM (→)
3) A nyomás hatása (csak gáznemű anyagok esetén) - növekvő nyomással az egyensúly a képződmény felé tolódik eli anyagok kevesebbet foglalnak el kbüt.
N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (G)
1 V - N 2
3 V - H 2
2 V – NH 3
Amikor a nyomás emelkedik ( P): reakció előtt4 V gáznemű anyagok → reakció után2 Vgáznemű anyagok, ezért az egyensúly jobbra tolódik el ( → )
A nyomás növekedésével, például kétszeresével, a gázok térfogata ugyanannyiszor csökken, és ezért az összes gáznemű anyag koncentrációja kétszeresére nő. Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
Ebben az esetben a K kifejezés számlálója 4-gyel nő alkalommal, a nevező pedig 16 alkalommal, azaz. megtörik az egyenlőség. A helyreállításhoz a koncentrációt növelni kell ammóniaés csökkenti a koncentrációt nitrogénésvízkedves. Az egyensúly jobbra tolódik el.
Tehát a nyomás növekedésével az egyensúly a térfogat csökkenése, a nyomás csökkenésével a térfogat növekedése felé tolódik el.
A nyomásváltozás gyakorlatilag nincs hatással a szilárd és folyékony anyagok térfogatára, pl. nem változtat a koncentrációjukon. Következésképpen azoknak a reakcióknak az egyensúlya, amelyekben a gázok nem vesznek részt, gyakorlatilag független a nyomástól.
! Olyan anyagok, amelyek befolyásolják a kémiai reakció lefolyását katalizátorok. Katalizátor használatakor azonban mind az előre, mind a fordított reakció aktiválási energiája azonos mértékben csökken, és ezért az egyensúly nem változik.
Problémákat megoldani:
1. sz. A CO és O 2 kezdeti koncentrációi a reverzibilis reakcióban
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)
6, illetve 4 mol/l-nek felel meg. Számítsa ki az egyensúlyi állandót, ha a CO 2 koncentrációja az egyensúlyi pillanatban 2 mol/l.
2. sz. A reakció az egyenlet szerint megy végbe
2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) + Q
Jelölje meg, hová tolódik el az egyensúly, ha
a) növelje a nyomást
b) emelje meg a hőmérsékletet
c) növeli az oxigén koncentrációját
d) katalizátor bevezetése?
A kémiai egyensúly velejárója megfordítható reakciók és nem jellemző rá visszafordíthatatlan kémiai reakciók.
Gyakran egy kémiai folyamat végrehajtása során a kezdeti reagensek teljesen átmennek a reakciótermékekbe. Például:
Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Ellentétes irányú reakció végrehajtásával fémes rezet nem lehet előállítani, mert. adott a reakció visszafordíthatatlan. Az ilyen eljárások során a reaktánsok teljesen termékké alakulnak, azaz. a reakció végbemegy.
De a legtöbb kémiai reakció megfordítható, azaz a reakció párhuzamos lefolyása előre és hátrafelé valószínű. Más szavakkal, a reagensek csak részben alakulnak át termékekké, és a reakciórendszer reagensekből és termékekből is áll majd. A rendszer ebben az esetben az állapotban van Kémiai egyensúly.
A reverzibilis folyamatokban eleinte a közvetlen reakció maximális sebességgel rendelkezik, ami a reagensek mennyiségének csökkenése miatt fokozatosan csökken. Ezzel szemben a fordított reakció kezdetben minimális sebességgel rendelkezik, amely a termékek felhalmozódásával növekszik. Végül eljön az a pillanat, amikor mindkét reakció sebessége egyenlő lesz - a rendszer egyensúlyi állapotba kerül. Az egyensúlyi állapot elérésekor a komponensek koncentrációja változatlan marad, de a kémiai reakció nem áll le. Hogy. Ez egy dinamikus (mozgó) állapot. Az érthetőség kedvéért a következő ábrát mutatjuk be:
Mondjuk van néhány reverzibilis kémiai reakció:
a A + b B = c C + d D
majd a tömeghatás törvénye alapján megírjuk a kifejezéseket egyenesυ 1 és fordítottυ 2 reakció:
υ1 = k 1 [A] a [B] b
υ2 = k 2 [C] c [D] d
Állapotban Kémiai egyensúly, az előre és a fordított reakció sebessége egyenlő, azaz:
k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d
kapunk
Nak nek= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b
Ahol K =k 1 / k 2 – egyensúlyi állandó.
Bármilyen visszafordítható folyamathoz, adott feltételek mellett kállandó érték. Nem függ az anyagok koncentrációjától, hiszen ha az egyik anyag mennyisége megváltozik, akkor a többi komponens mennyisége is változik.
Amikor egy kémiai folyamat lefolyásának feltételei megváltoznak, lehetséges az egyensúly eltolódása.
Az egyensúly eltolódását befolyásoló tényezők:
- a reagensek vagy termékek koncentrációjának változása,
- nyomásváltozás,
- hőmérséklet változás,
- katalizátort viszünk be a reakcióközegbe.
Le Chatelier elve
A fenti tényezők mindegyike befolyásolja a kémiai egyensúly eltolódását, amelyre vonatkozik Le Chatelier elv: ha megváltoztatja a rendszer egyensúlyi állapotának egyik feltételét - koncentrációt, nyomást vagy hőmérsékletet -, akkor az egyensúly a reakció irányába tolódik el, amely ellensúlyozza ezt a változást. Azok. az egyensúly hajlamos az irányba tolni, ami az egyensúlyi állapot megsértéséhez vezető hatás befolyásának csökkenéséhez vezet.
Tehát külön-külön megvizsgáljuk az egyes tényezők hatását az egyensúlyi állapotra.
Befolyás a reagens- vagy termékkoncentráció változásai példával mutassuk meg Haber folyamat:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH3 (g)
Ha például nitrogént adunk egy N 2 (g), H 2 (g) és NH 3 (g) egyensúlyi rendszerhez, akkor az egyensúlynak abba az irányba kell elmozdulnia, amely hozzájárulna a nitrogén mennyiségének csökkenéséhez. hidrogént az eredeti érték felé, azokat. további mennyiségű ammónia képződésének irányában (jobbra). Ugyanakkor a hidrogén mennyisége is csökkenni fog. Amikor hidrogént adunk a rendszerhez, az egyensúly egy új mennyiségű ammónia képződése felé is eltolódik (jobbra). Míg az ammónia bevitele az egyensúlyi rendszerbe szerint Le Chatelier elv , egyensúlyi eltolódást fog okozni a kiindulási anyagok képződésének kedvező folyamat irányába (balra), pl. az ammónia koncentrációját csökkenteni kell úgy, hogy egy részét nitrogénre és hidrogénre bontják.
Az egyik komponens koncentrációjának csökkenése a rendszer egyensúlyi állapotát ennek a komponensnek a kialakulása felé tolja el.
Befolyás nyomásváltozások akkor van értelme, ha a vizsgált folyamatban gáznemű komponensek vesznek részt, és ebben az esetben a molekulák összszáma megváltozik. Ha a rendszerben a molekulák teljes száma megmarad állandó, akkor a nyomásváltozás nem érinti mérlegében például:
I 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)
Ha egy egyensúlyi rendszer össznyomását térfogatának csökkentésével növeljük, akkor az egyensúly a térfogat csökkenésének irányába tolódik el. Azok. számának csökkenése felé gáz rendszerben. A reakcióban:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH3 (g)
4 gázmolekulából (1 N 2 (g) és 3 H 2 (g)) 2 gázmolekula keletkezik (2 NH 3 (g)), azaz. csökken a nyomás a rendszerben. Ennek eredményeként a nyomásnövekedés hozzájárul további mennyiségű ammónia képződéséhez, pl. az egyensúly kialakulása irányába tolódik el (jobbra).
Ha a rendszer hőmérséklete állandó, akkor a rendszer össznyomásának változása nem vezet az egyensúlyi állandó változásához NAK NEK.
Hőmérséklet változás rendszer nemcsak egyensúlyának elmozdulását, hanem az egyensúlyi állandót is befolyásolja NAK NEK. Ha egy egyensúlyi rendszer állandó nyomáson további hőt ad, akkor az egyensúly a hőelnyelés irányába tolódik el. Fontolgat:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) + 22 kcal
Tehát, amint láthatja, az előre irányuló reakció hő felszabadulásával, a fordított reakció pedig abszorpcióval megy végbe. A hőmérséklet emelkedésével ennek a reakciónak az egyensúlya az ammóniabomlás reakciója felé tolódik el (balra), mert ez és gyengíti a külső hatást - a hőmérséklet emelkedést. Éppen ellenkezőleg, a hűtés az egyensúly eltolódásához vezet az ammóniaszintézis irányába (jobbra), mivel a reakció exoterm és ellenáll a lehűlésnek.
Így a hőmérséklet emelkedése kedvez az eltolódásnak Kémiai egyensúly endoterm reakció irányába, a hőmérsékletesés pedig exoterm folyamat irányába . Egyensúlyi állandók minden exoterm folyamat növekvő hőmérséklet-csökkenéssel, és endoterm folyamatok növekedésével.
A kémiai egyensúly mindaddig fennmarad, amíg a rendszer helyzete változatlan marad. A változó körülmények (anyagkoncentráció, hőmérséklet, nyomás) egyensúlyhiányt okoznak. Egy idő után a kémiai egyensúly helyreáll, de új, a korábbi feltételektől eltérő körülmények között. A rendszer ilyen átmenetét egyik egyensúlyi állapotból a másikba nevezzük elmozdulás az egyensúly (eltolódása). Az elmozdulás iránya a Le Chatelier-elv alá tartozik.
Az egyik kiindulási anyag koncentrációjának növekedésével az egyensúly ennek az anyagnak a nagyobb fogyasztása felé tolódik el, és a közvetlen reakció fokozódik. A kiindulási anyagok koncentrációjának csökkenése az egyensúlyt ezen anyagok képződésének irányába tolja el, mivel a fordított reakció fokozódik. A hőmérséklet emelkedése az egyensúlyt endoterm reakció felé tolja el, míg a hőmérséklet csökkenése exoterm reakció felé tolja el. A nyomásnövekedés az egyensúlyt a gáznemű anyagok mennyiségének csökkenése felé tolja el, vagyis az ilyen gázok által elfoglalt kisebb térfogatok felé. Ellenkezőleg, amikor a nyomás csökken, az egyensúly a növekvő mennyiségű gáz halmazállapotú anyag felé tolódik el, vagyis a gázok által képződött nagy térfogatok irányába.
1. PÉLDA
Hogyan befolyásolja a nyomásnövekedés a következő reverzibilis gázreakciók egyensúlyi állapotát:
a) SO 2 + C1 2 \u003d SO 2 CI 2;
b) H 2 + Br 2 \u003d 2HBr.
Döntés:
Le Chatelier elvét alkalmazzuk, mely szerint a nyomásnövekedés az első esetben (a) jobbra tolja el az egyensúlyt, kisebb mennyiségű, kisebb térfogatot elfoglaló gáznemű anyag felé, ami gyengíti a megnövekedett nyomás külső hatását. A második (b) reakcióban a gáz halmazállapotú anyagok mennyisége, mind a kiindulási, mind a reakciótermékek mennyisége egyenlő, valamint az általuk elfoglalt térfogatok, így a nyomásnak nincs hatása, és az egyensúly nem sérti fel.
2. PÉLDA.
Az ammónia szintézis reakciójában (–Q) 3Н 2 + N 2 = 2NH 3 + Q a közvetlen reakció exoterm, a fordítottja endoterm. Hogyan változtassuk meg a reagensek koncentrációját, a hőmérsékletet és a nyomást, hogy növeljük az ammónia hozamát?
Döntés:
Az egyensúly jobbra tolásához a következőkre van szükség:
a) növeljük a H 2 és N 2 koncentrációját;
b) csökkenti az NH 3 koncentrációját (eltávolítja a reakciószférából);
c) csökkentse a hőmérsékletet;
d) növelje a nyomást.
3. PÉLDA.
A hidrogén-klorid és az oxigén kölcsönhatásának homogén reakciója reverzibilis:
4HC1 + O 2 \u003d 2C1 2 + 2H 2 O + 116 kJ.
1. Milyen hatással lesz a rendszer egyensúlya:
a) nyomásnövekedés;
b) hőmérséklet-emelkedés;
c) katalizátor bevezetése?
Döntés:
a) Le Chatelier elvének megfelelően a nyomásnövekedés az egyensúly eltolódásához vezet a közvetlen reakció felé.
b) A t° növekedése az egyensúly eltolódásához vezet a fordított reakció irányába.
c) A katalizátor bevezetése nem tolja el az egyensúlyt.
2. Milyen irányba tolódik el a kémiai egyensúly, ha a reaktánsok koncentrációját megkétszerezzük?
Döntés:
υ → = k → 0 2 0 2; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2
A koncentrációk növelése után az előrehaladó reakció sebessége a következő lett:
υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0
vagyis a kezdeti sebességhez képest 32-szeresére nőtt. Hasonlóképpen, a fordított reakció sebessége 16-szorosára nő:
υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [Н 2 O] 0 2 [С1 2 ] 0 2 .
Az előre irányuló reakció sebességének növekedése 2-szer nagyobb, mint a fordított reakció sebességének növekedése: az egyensúly jobbra tolódik el.
4. PÉLDA
NÁL NÉL melyik irányba tolódik el a homogén reakció egyensúlya:
PCl 5 \u003d PC1 3 + Cl 2 + 92 KJ,
ha a hőmérsékletet 30 °C-kal növeljük, tudva, hogy az előrehaladó reakció hőmérsékleti együtthatója 2,5, a fordított reakcióé pedig 3,2?
Döntés:
Mivel az előre és fordított reakciók hőmérsékleti együtthatói nem egyenlőek, a hőmérséklet emelkedése eltérő hatással lesz e reakciók sebességének változására. A van't Hoff-szabály (1.3) segítségével meghatározzuk az előre és fordított reakciók sebességét, ha a hőmérséklet 30 °C-kal emelkedik:
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 = 32,8 υ ← (t 1)
A hőmérséklet emelkedése 15,6-szorosára növelte az előre, a fordított reakció sebességét 32,8-szorosára. Következésképpen az egyensúly balra tolódik el, a PCl 5 képződése felé.
5. PÉLDA.
Hogyan változik az előre és fordított reakciók sebessége egy izolált rendszerben C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6, és hová tolódik el az egyensúly, ha a rendszer térfogata 3-szorosára nő?
Döntés:
Az előre és fordított reakciók kezdeti sebessége a következő:
υ 0 = k 0 0; υ 0 = k 0 .
A rendszer térfogatának növekedése 3-mal csökkenti a reagensek koncentrációját alkalommal, így az előre és fordított reakciók sebességének változása a következő lesz:
υ 0 = k = 1/9υ 0
υ = k = 1/3υ 0
Az előre és fordított reakciók sebességének csökkenése nem azonos: a fordított reakció sebessége 3-szor (1/3: 1/9 = 3) nagyobb, mint a fordított reakció sebessége, így az egyensúlyi helyzet a fordított reakció sebességéhez képest balra, arra az oldalra, ahol a rendszer nagyobb térfogatot foglal el, vagyis a C 2 H 4 és H 2 képződése felé.