Переход из одного равновесного состояния в другое называется сдвигом химического равновесия или смещением положения равновесия.

Направление смещения химического равновесия в результате изменения внешних условий определяется принципом Ле Шателье.

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия оказать воздействие из вне, то равновесие сместится в сторону которая ослабит эффект внешнего воздействия.

При увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции.

При уменьшении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.

При увеличении давления равновесие смещается в сторону меньшего числа моль газообразных участников реакции.

При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

Применение катализатора изменяет скорости прямого и обратного процессов одинаково.

Пример 1. В состоянии равновесия для реакции N₂ + 3H₂ « 2NH₃ концентрации участников реакции равны (моль/дм³): [N₂] = 3; [H₂] = 9; [NH₃] = 4. Вычислите константу равновесия реакции и определите исходные концентрации азота и водорода, полагая, что до начала реакции аммиак в системе отсутствовал.

Р е ш е н и е

Данная реакция является гомогенной, поэтому константа равновесия равна

.

Из уравнения реакции следует, что для образования 4 моль продукта требуется × 4 = 2 моль азота и × 4 = 6 моль водорода. Следовательно, исходная концентрация азота составляет [N₂]₀ = 3 + 2 = 5 моль/дм³, а исходная концентрация водорода равна [H₂]₀ = 9 + 6 = 15 моль/дм³.

Пример 2. Константа равновесия реакции FeO_тв + СО « Fe_тв + СО₂ при некоторой температуре равна 0,5. Определите равновесные концентрации газов, если до начала реакции газовая смесь содержала 0,05 моль/дм³ СО и 0,01 моль/дм³ СО₂.

Р е ш е н и е

Для данной гетерогенной реакции константа равновесия определяется выражением . Пусть к моменту равновесия в реакцию вступило х моль СО. Тогда, согласно уравнению реакции, образовалось столько же моль СО₂. Следовательно, равновесные концентрации газов будут равны: [CO] = (0,05 – х) моль/дм³; [CO₂] = (0,01 + х). Подставим эти концентрации в выражение для константы равновесия

 или .

Таким образом, [CO] = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/дм³;

                       [CO₂] = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль/дм³.

Пример 3. Константа равновесия реакции Н₂ + I₂ « 2HI равна 64,8. Определите равновесные концентрации компонентов, если исходная смесь содержала 1,4 моль/дм³ водорода и 1,0 моль/дм³ йода.

Р е ш е н и е

Выражение для константы равновесия имеет вид

.

Пусть к моменту равновесия образовалось х моль HI. Тогда, согласно уравнению реакции, было израсходовано по х моль йода и водорода. Следовательно, можно составить уравнение

 или 15,2 х² – 77,76 х + 90,72 = 0.

Решение данного квадратного уравнения даст корни: х₁ = 3,32 моль/дм³;

х₂ = 1,8 моль/дм³. Первый корень не удовлетворяет условию задачи по физическому смыслу (концентрация HI не может быть больше, чем удвоенная концентрация йода или водорода, то есть 2 или 2,8 моль/дм³). Таким образом, используем второй корень уравнения. Равновесные концентрации компонентов равны (моль/дм³):

[HI] = 1,8; [H₂] = 1,4 - 1,8 = 0,5; [I₂] = 1,0 - 1,8 = 0,1.

Пример 4. Вычислите константу равновесия реакции        2СО « С_тв + О₂, если известны значения констант равновесия реакций:

1) СО₂ « С_тв + О₂ , К₁ = 1,8×10^-21; 

2) 2СО₂ « 2СО + О₂ , К₂ = 2×10^-5 .

Р е ш е н и е

Запишем выражение для искомой константы равновесия . Равновесное парциальное давление СО выразим из константы равновесия второй реакции

, откуда  .

Тогда, . Соотношение равновесных парциальных давлений кислорода и оксида углерода (IV) найдем из выражения для константы равновесия первой реакции . Следовательно

.

Пример 5. Константа равновесия некоторой реакции при 298 К равна 12,3 дм³/моль, а при 350 К - 1,07 дм³/моль. Вычислите изменение энтальпии реакции в данном интервале температур.

Р е ш е н и е

Используем уравнение изобары Вант-Гоффа

Дж/моль.

Пример 6. Какие меры можно предпринять для повышения выхода продукта реакции N₂ + 3H₂ « 2NH₃, DН = -92,4 .

Р е ш е н и е

По условию задачи требуется сместить равновесие в сторону прямой реакции, поэтому следует:

1) увеличивать концентрации азота и водорода, то есть постоянно водить в систему свежие порции реагентов;

2) уменьшать концентрацию аммиака, иначе выводить его из реакционного пространства;

3) понижать температуру, так как прямая реакция является экзотермической;

4) увеличивать давление (уменьшать объем), потому что в прямом направлении происходит уменьшение числа моль газообразных веществ (из 4 моль газа образуется 2 моль газа).

Пример 7. Как изменится равновесная концентрация кислорода, если в системе 2С_тв + О₂ « 2СО при постоянной температуре увеличить концентрацию СО в 3 раза?

Р е ш е н и е

Запишем выражение для константы равновесия данного гетерогенного процесса . По условию задачи . Поскольку константа равновесия не зависит от концентраций реагентов, то должно выполняться равенство

или .

Таким образом, при повышении концентрации СО в 3 раза равновесная концентрация кислорода должна увеличится в 9 раз.