Тема: Химическое равновесие
Реакции, которые протекают в одном направлении и идут до конца, называются необратимыми. Их немного. Большинство реакций являются обратимыми: они протекают в противоположных направлениях и не идут до конца.
Химическое равновесие – это такое состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости противоположных реакций равны.
Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными концентрациями. Обычно их обозначают при помощи квадратных скобок, например [I2], [H2], [HI], в отличие от неравновесных концентраций, обозначаемых 
Изобразим обратимую реакцию в общем виде
и выразим скорости прямой (
) и обратной (
) реакций согласно закону действующих масс:
и 
При равновесии = , значит,
Но k 1 и k 2 для данной реакции при одной и той же температуре являются величинами постоянными, а значит, и их отношение будет величиной постоянной. Обозначая его через K, получим:
,
где К – константа химического равновесия.
Константа равновесия К характеризует направленность химической реакции. Если К >> 1, то реакция идет практически до конца, если же К<<1, то реакция практически не идет.
Переход из одного равновесного состояния в другое называется смещением химического равновесия. Для качественного определения направления сдвига равновесия реакции используется принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывают внешнее воздействие, то в системе происходит такое смешение равновесия, которое ослабляет это воздействие.
Например, при увеличении температуры равновесие системы будет смещаться в сторону эндотермической реакции (идущей с поглощением теплоты), а при понижении – в сторону экзотермической (идущей с выделением теплоты).
Если в реакции участвуют газы (например, N2 + 3Н2 = 2NН3), то увеличение общего давления в системе смещает равновесие в сторону прямой реакции образования аммиака, так как при этом происходит уменьшение объема системы (4 моля газа в левой части уравнения и 2 моля газа – в правой). Уменьшение давления, наоборот, смещает равновесие в сторону увеличения объема системы.
Увеличение концентрации исходных веществ (реагентов) смещает равновесие в сторону прямой реакции. Увеличение концентрации продуктов реакции смещает равновесие в сторону обратной реакции.
Катализатор одинаково ускоряет прямую и обратную реакции обратимого процесса, т.е. он лишь ускоряет момент достижения состояния равновесия.
Смещение равновесия в желаемом направлении имеет огромное значение в химии.
Экспериментальная часть
Цель работы: научиться управлять химическим равновесием.
Опыт 1. Смещение химического равновесия при изменении концентраций реагирующих веществ
1.1 В небольшом стаканчике смешать по 10 мл 0,001 н. растворов хлорида железа (III) роданида калия KSCN. Полученный раствор разлить поровну в четыре пробирки.
В первую пробирку добавить немного концентрированного раствора хлорида железа (III); во вторую – концентрированного раствора роданида калия, в третью – немного кристаллического хлорида калия, а четвёртую пробирку оставить для сравнения (контрольная).
Написать уравнение протекающей обратимой реакции и выражение константы равновесия для неё.
Сравните цвет жидкостей в пробирках. Роданида железа (III) Fе(SCN)3 окрашен в яркий красный цвет. Изменение концентрации Fе(SCN)3 влияет на интенсивность окраски раствора. Это позволяет наблюдать, в каком направлении смещается равновесие при изменении концентрации реагирующих веществ.
В выводе: а) объясните изменение цвета на основании закона действия масс; б) сместится ли равновесие при разбавлении полученных растворов?
1.2 В пробирку налить 2 мл раствора хромата калия (K2CrO4). Добавить по каплям раствор соляной кислоты до образования дихромата калия (K2Cr2O7), о чем свидетельствует изменение окраски раствора:
2K2CrO4 + 2HCl D K2Cr2O7 + 2KCl + H2O.
К содержимому пробирки добавить по каплям раствор гидроксида калия (КOH).
Наблюдения:
1. Как изменилась окраска раствора при добавлении кислоты (H+)?
2. Как изменилась окраска раствора при добавлении щелочи (OH−)?
Результаты наблюдений занести в табл. 1.
Таблица 1 – Влияние концентрации веществ на равновесие системы
| Добавленный реактив | Изменение окраски (усиление, ослабление; оранжевая, жёлтая) | Смещение равновесия (влево, вправо) |
Написать уравнение реакции (в молекулярном и ионном виде) и выражение для константы равновесия этой реакции.
Выводы:
1. Как влияет на равновесие изменение концентрации одного из исходных веществ равновесной системы?
2. Изложить суть принципа Ле-Шателье.
3. Объяснить исходя из уравнения константы равновесия, как надо изменить концентрацию веществ, чтобы сместить равновесие вправо или влево.