Характер смещения под влиянием внешних воздействий можно прогнозировать применяя принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии оказывается воздействие из вне, то равновесие в системе смещается так, чтобы ослабить внешнее воздействие.
Влияние концентраций.
Повышение концентрации одного из реагирующих веществ смещает равновесие реакции в сторону расходования вещества.
Понижение концентрации – в сторону образования вещества.
Влияние температуры.
Повышение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической), а понижение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с выделением теплоты (экзотермической).
Влияние давления.
Повышение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением объема и, наоборот, понижение давления – в сторону реакции, идущей с увеличением объема.
Примеры решения задач.
Пример 1. Как изменится скорость реакции, протекающей в закрытом сосуде, если увеличить давление в 4 раза?
2NO(г.)+О2(г.)= 2NO2
Решение: увеличить давление в 4 раза означает увеличит и концентрацию газов во столько же раз.
1. Определяем скорость реакции до повышения давления.
V1 = K*C2NO*CO2
2. Определяем скорость реакции после повышения давления.
V2 = K*(4CNO)2 * (4CO2) = 64 K*C2NO*CO2
3. Определяем во сколько раз возросла скорость реакции
V2 = 64 *K*C2NO*CO2 = 64
V1 K*C2NO*CO2
Ответ: скорость реакции возросла в 64 раза.
Пример 2. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры с 20 С до 50 С0. Температурный коэффициент равен 3.
Решение: по правилу Вант – Гоффа Vт2 = Vт1 * γT2-T1/10
По условию задачи требуется определить Vт2
Vт1
Подставим данные в формулу:
Vт2 = γT2 - T1/10 = 3(50-20)/10 = 33 = 27
Vт1
Ответ: скорость реакции возросла в 27 раз.
Пример 3. Вычисление константы равновесия реакции по равновесным концентрациям реагирующих веществ и определение их исходных концентраций.
При синтезе аммиака N2 + ЗН2 == 2NН3 равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): CN2 = 2,5; CH2 = 1,8; CNH3 = 3,6. Paсчитайте константу равновесия этой реакции и концентрации азота и водорода.
Решение: определяем константу равновесия этой реакции:
K*C = C2NH3 = (3,6)2 = 0,89
CN2*C3H3 2,5*(1,8)3
| Константа равновесия, вычисленная по концентрациям реагирующих веществ, обозначается Кс |
Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование двух молей NH3 расходуется один моль азота, а на образование 3,6 молей аммиака потребовалось 3,6/2=1,8 моля азота. Учитывая равновесную концентрацию азота,
находим его первоначальную концентрацию:
CисхN2 = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л
На образование двух молей NH3 необходимо израсходовать 3 моля водорода, а доля получения 3,6 моля аммиака требуется
3*3,6/2 = 5,4 моля.
CисхН2 = 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л
Ответ: CN2 = 4,3
CH2 = 7,2
Пример 4. Константа равновесия гомогенной системы
СО (г) + Н2O (г) ==СО2(г) + Н2 (г)
при 8500С равна 1. Вычислите, концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [CO]исх = 3 моль/л, [H2O]исх = 2 моль/л.
Решение: при равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей есть тоже величина постоянная и называется константой равновесия данной системы:
Vпр = K1[CO] [H2O];
Vобр = K2[CO2] [H2];
Kравн = K1 = [CO2] [H2]
K2 [CO] [H2O]
В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Kравн входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [CO2]равн = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н2О расходуется для образования по х молей СО2, и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:
[CO2]равн =[Н2]равн = х моль/л,
[CO2]равн = (3 - х) моль/л,
[Н2O]равн = (2 - х) моль/л.
Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:
1 = х2
(3-х)*(2-х),
х2 = 6 - 2х – 3х + х2; 5х = 6, х = 1,2 моль/л
Таким образом, искомые равновесные концентрации:
[CO2]равн = 1,2 моль/л.
[Н2]равн = 1,2 моль/л.
[CO]равн = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л.
[Н2О]равн = 2 - 1,2 = 0,8 моль/л.
Пример 5. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:
РСl5 (г) == PCl3 (г) + Сl2 (г); ΔН = + 129,7 кДж.
Как надо изменить: а) температуру, б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции - разложения РСl5?
Решение: смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение, равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется но принципу Ле-Шателье: а) так как реакция разложения РС15 эндотермическая (ΔН > 0), то для смешения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; 6) так как в данной системе разложение РСl5 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнут, как увеличением концентрации РСl5, так и уменьшением концентрации PCl3 или Cl2.