Дидактический материал: "Химическое равновесие"

Химическое равновесие

Химическое равновесие – это состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Смещение химического равновесия (принцип Ле Шателье – Брауна): если изменить одно из условий, при котором система находится в равновесии (концентрацию, температуру или давление), то равновесие сместится в направлении той реакции, которая противодействует этому изменению.

Из этого принципа следует:

1) увеличение концентрации исходных веществ или одного из исходных веществ смещает химическое равновесие в сторону прямой реакции, а увеличение концентрации продуктов – в направлении обратного процесса;

2) повышение температуры смещает химическое равновесие в сторону эндотермической реакции, а понижение температуры – в направлении экзотермического процесса;

3) увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, протекающей с образованием меньшего количества веществ газов, а уменьшение давления – в направлении процесса, протекающего с образованием большего количества веществ газов.

П р и м е р  1. Реакция протекает по уравнению:

3Н_2(г) + N_2(г)   2NH_3(г) + Q

4 моль газа  эндотерм.  2 моль газа

Укажите, какое влияние на равновесное состояние окажут:

а) увеличение давления; б) повышение температуры; в) увеличение концентрации азота; г) введение катализатора.

Решение.

а) В соответствии с принципом Ле Шателье – Брауна повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству веществ газов, то есть в сторону образования NH₃.

б) Поскольку прямая реакция экзотермическая, то в соответствии с принципом Ле Шателье – Брауна повышение температуры будет способствовать протеканию эндотермической реакции, то есть равновесие сместится в сторону разложения NH₃.

в) Увеличение концентрации азота вызовет смещение равновесия в сторону прямой реакции, то есть в сторону образования NH₃.

г) Катализатор в одинаковой степени изменяет скорость прямой и обратной реакций, поэтому введение катализатора не приводит к смещению равновесия.

П р и м е р 2. Укажите, как повлияет увеличение давления на равновесие в реакциях:

1) Н_2(г) + I_2(г) 2HI_(г);

2 моль газа           2 моль газа

2) С_{(графит)} + СО_2(г)  2СО_(г)

1 моль газа             2 моль газа

Решение.

1. В первой реакции количества веществ газов, образующихся при протекании прямой и обратной реакции, одинаковы, поэтому изменение давления не приведет к смещению равновесия.

2. Вторая реакция гетерогенная. Повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к образованию меньшего количества веществ газов, то есть в сторону обратной реакции (в сторону образования СО₂).

Реши самостоятельно:

1. Укажите, как повлияет: а) повышение давления, б) повышение температуры, в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы: 2СО + О₂2СО₂ + Q. (а) сместится в сторону образования СО₂; б) в сторону образования СО; в) в сторону образования СО₂.)

2. Укажите, как повлияет понижение давления на равновесие в системах:

1) Fe_(к) + Н₂О_(пар)FeО_(к) + Н_2(г),

2) 4HCℓ_(г) + О_2(г)2Н₂О_(г) + 2Cℓ_2(г),

3) СН_4(г) + СО_2(г)2СО_(г) + 2Н_2(г)

(1 – не сместится, 2 – сместится в сторону образования HCℓ, 3 – сместится в сторону образования СО.)

3. Реакция протекает по уравнению:

CaCO_3(к)СаО_(к) + СО_2(г) – Q.

Укажите, изменением каких параметров можно сместить равновесие в сторону образования оксида углерода (IV). (Повышением температуры, уменьшением давления, уменьшением концентрации СО₂, то есть отвод СО₂ из реакционной системы).

4. Укажите, как повлияет: а) повышение давления, б) понижение температуры, в) увеличение концентрации водорода, г) введение катализатора на равновесие в реакциях:

1) 2Н_2(г) + О_2(г)2Н₂О_(г) + Q

2) СО_(г) + Н₂О_(г)СО_2(г) + Н_2(г) – Q

3) Fe₂O_3(к) + 3Н_2(г)2Fe_(к) + 3Н₂О_(г) – Q

4) С_(тв.) + 2Н_2(г)СН_4(г) + Q.

5. Если через смесь азота с водородом пропускать искровый разряд, то образуется лишь немного аммиака. Но если при этом газовая смесь находится над серной кислотой, то синтез идет до конца. Укажите, что является причиной такого изменения в ходе процесса. Ответ подтвердите соответствующими уравнениями реакций.