Химическое равновесие
Химическое равновесие – состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны между собой. Принцип Ле Шателье. Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, в системе возникает процесс, который противодействует внешнему воздействию.
Действие температуры. Увеличение температуры сдвигает равновесие в сторону эндотермической реакции, уменьшение температуры в сторону экзотермической реакции. Действие давления. Увеличение давления сдвигает равновесие в сторону меньшего числа газообразных молекул, понижение давления - в сторону большего числа газообразных молекул. Действие концентрации. Увеличение концентрации вещества сдвигает равновесие в сторону реакции, которая уменьшает количество этого вещества. Уменьшение концентрации сдвигает равновесие в сторону реакции, которая увеличивает количество этого вещества. Действие катализаторов. В случае равновесия катализаторы одинаково увеличивают скорости прямой и обратной реакций, не сдвигая равновесия.
Энтальпия (Н) энергия системы. Н 1 и Н 2 - энергии исходных: веществ и продуктов реакции. ΔН = H 2 - H 1 - это изменение энтальпии системы в ходе реакции. Если ΔН < 0, то Н 2 – Н 1 < 0 и Н 2 < H 1. В этом случае энергия системы в ходе реакции уменьшается. Но энергия не исчезает, значит, она выделяется в виде теплоты, т. е. энергия химических связей превратилась в энергию теплового движения. Это экзотермический процесс - процесс с выделением теплоты. Если ΔН > 0, то Н 2 – H 1 > 0 и Н 2 > Н 1. В этом случае энергия системы увеличилась за счет поглощения тепла. Это эндотермический процесс - процесс с поглощением теплоты.
Примеры решения задач Пример 1. В системе А + В С; ΔН<0, где А, В и С - газы, установилось равновесие. Какое влияние на равновесное количество вещества С в единице объема системы окажут: а) увеличение давления; б) увеличение концентрации А; в) повышение температуры; г) введение катализатора?
Решение: а) При протекании реакции общее количество вещества газообразных веществ уменьшается (с 2 моль до 1 моль). В соответствии с принципом Ле Шателье повышение давления приведет к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству вещества газов, т.е. в сторону вещества С. Следовательно, n с увеличивается. б) При увеличении концентрации А равновесие будет смещаться в сторону реакции, которая уменьшает концентрацию А, т.е. в сторону образования продукта С. в) Так как ΔН<0, то теплота выделяется в ходе прямой реакции, она является экзотермической. Обратная реакция будет эндотермической. Повышение температуры всегда благоприятствует протеканию реакции с поглощением теплоты, т.е. равновесие сместится в сторону веществ А и В и n с уменьшится. г) Катализатор в одинаковой степени ускоряет прямую и обратную реакцию, поэтому в его присутствии равновесие химической реакции не смещается.
Пример 2. Как будет влиять увеличение температуры и давления на состояние равновесия в следующих реакциях: а) СО 2 + C (ТВ) 2 СО - Q; б) Н 2 + I 22HI - Q?
Решение: а) Прямая реакция идет с поглощением тепла, поэтому нагревание способствует прямой реакции, и равновесие сместится в сторону продуктов. В ходе прямой реакции увеличивается число молекул в казовой фазе, поэтому давление способствует обратной реакции, и равновесие смещается в сторону исходных веществ. б) При нагревании равновесие сместится в сторону продуктов. Давление не влияет на положение равновесия, так как в ходе реакции число молекул в газовой фазе не изменяется.