Химическое равновесие: решение задач
Теоретический материал приведен на страницах:
Химическая система находится в состоянии равновесия когда скорости прямой и обратной реакции равны. В равновесной системе за любой промежуток времени образуется столько же молекул, сколько их распадается, поэтому, концентрации исходных веществ и продуктов реакции не изменяются с течением времени.
Система будет находиться в состоянии равновесия до тех пор, пока не изменятся внешние условия. При изменении внешних условий произойдет изменение скоростей прямой и обратной реакции, что неизбежно приведет к "перекосу" в ту или иную сторону.
Согласно принципу Ле-Шателье, - если на систему, находящуюся в равновесии, оказать воздействие, то в результате протекающих процессов равновесие сместится в таком направлении, чтобы оказанное воздействие уменьшилось.
Нарушить равновесие системы можно изменением:
- концентрации веществ, участвующих в реакции - равновесие системы смещается в сторону расхода вещества, концентрация которого увеличилась или в сторону образования вещества, концентрация которого уменьшилась;
- давления - изменения объёма системы - при уменьшении давления (увеличении объема) равновесие смещается в сторону увеличения числа молекул газов и при увеличении давления (уменьшении объема) равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газов;
- температуры - при увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции; при уменьшении температуры - в сторону экзотермической реакции.
Пример 1. Синтез аммиака является экзотермической реакцией. В какую сторону сместится равновесие системы при повышении температуры?
N2+3H2 ↔ 2NH3+92,4 кДж
Решение задачи:
При повышении температуры равновесие в системе H2-N2-NH3 свдигается в сторону разложения аммиака (влево), поскольку этот процесс идет с поглощением теплоты.
Пример 2. Синтез оксида азота (II) является эндотермической реакцией. В какую сторону сместится равновесие системы при повышении температуры?
N2+O2 ↔ 2NO-108,5 кДж
Решение задачи:
При повышении температуры равновесие в системе N2-O2-2NO свдигается в сторону образования оксида азота (вправо), поскольку этот процесс идет с выделением теплоты.
Пример 3. Куда будет смещаться равновесие системы с увеличением температуры?
N2+O2 ↔ 2NO-108,5 кДж N2+3H2 ↔ 2NH3+88 кДж
Решение задачи:
В первой системе протекает эндотермическая реакция, поэтому, при повышении температуры равновесие будет смещаться в сторону прямой реакции (вправо); во второй системе - все с точностью, до наборот - поскольку реакция экзотермическая, то увеличение температуры приведет к смещению равновесия в сторону обратной реакции (влево).
Пример 4. Какие реакции идут с повышением давления, а какие - с понижением?
2SO2+O2 ↔ 2SO2 2NO2 ↔ 2NO+O2 H2+I2 ↔ 2HI
Решение задачи:
Чтобы решить задачу, надо определить кол-во молей в левой и правой частях схемы реакции:
- В первой реакции из 3 молекул образуется 2 молекулы - реакция идет с понижением давления;
- Во второй реакции из 2 молекул образуется 3 молекулы - реакция идет с повышением давления;
- В третьей реакции из 2 молекул получаются 2 молекулы - реакция идет без изменения давления.
Пример 5. Как будет меняться равновесие в системах с изменением давления?
N2+3H2 ↔ 2NH3 2HBr ↔ H2+Br2 N2O4 ↔ 2NO2
Решение задачи:
- В первой реакции из 4 молекул получается 2 - прямая реакция идет с уменьшением давления, обратная - с увеличением давления, поэтому, увеличение давления сместит равновесие системы в сторону прямой реакции, а уменьшение - в сторону обратной;
- Во второй реакции из 2 молекул получается 2 молекулы - прямая и обратная реакции идут без изменения давления, поэтому, изменение давления не вызовет смещения реакции ни в какую сторону;
- В третьей реакции из 1 молекулы получает 2 - прямая реакция идет с увеличением давления, обратная - с уменьшением, поэтому, увеличение давления сместит равновесие системы в сторону обратной реакции, а уменьшение - в сторону прямой.
Пример 6. Составить выражение константы равновесия и вычислить ее значение для следующей реакции (равновесные концентрации равны):
2SO2(г)+O2(г) ↔ 2SO3(г) [SO2]=0,12 моль/л [O2]=0,06 моль/л [SO3]=0,04 моль/л
Решение задачи:
Kp=[SO3]2:([SO2]2·[O2]) Kp=0,042:(0,122·0,06) = 1,85
