Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Принцип Ле Шателье

Состояние химического равновесия зависит от температуры, давления, концентрации реагентов. Изменение даже одного фактора приводит к смещению равновесия. Влияние этих факторов описывается

принципом смещения равновесия Ле Шателье:

при всяком внешнем воздействии на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, равновесие смещается в таком направлении, которое приводит к ослаблению этого воздействия.

Основные выводы из принципа Ле Шателье:

1. Равновесие смещается вправо при увеличении концентраций исходных веществ и уменьшении концентраций продуктов реакции. Равновесие смещается влево при уменьшении концентрации исходных веществ и увеличении концентрации продуктов реакции.

2. При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении – в сторону экзотермической реакции.

3. При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объёма, т.е. уменьшения числа молей газа, а при уменьшении давления – в сторону увеличения числа молей газа.

Для примера рассмотрим равновесную газовую систему:

N_2(г) + 3H_2(г)   2NH_3(г).

Согласно закону смещения, уменьшение концентрации одного из компонентов вызовет сдвиг химического равновесия в сторону образования компонента.

Уменьшение концентрации азота или водорода вызовет смещение равновесия в сторону разложения аммиака.

 

Уменьшение концентрации N₂ или H₂

<――――――――――――――――――

N₂ + 3H₂   2NH₃

――――――――――――――――――>

Увеличение концентрации N₂   или H₂

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении – в сторону экзотермической реакции.

 

экзотермический процесс (понижение температуры)

               ――――――――――――――――>

N₂ + 3H₂   2NH₃   <―――――――――――――――                                   

эндотермический процесс (повышение температуры)

 

При увеличении давления равновесие смещается в сторону реакции, приводящей к образованию меньшего числа молекул, при уменьшении давления – наоборот.

Увеличение давления (уменьшение общего числа молекул в равновесной системе)

―――――――――――――――――>

N_2(г) + 3H_2(г)   2NH_3(г)

<―――――――――――――――――

уменьшение давления (увеличение общего числа молекул в равновесной системе)

 

Если в процессе обратимой реакции общее число молекул не меняется, изменение давления не влияет на состояние химического равновесия газовой системы. Например, реакция, протекающая по уравнению

H_2(г) + I_2(пар)  2HI

не сопровождается изменением общего числа молекул газа в системе.

 

Примеры решения задач

Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы

            СО (г)+Н₂О (г) ↔СО₂ (г)+Н₂ (г)

при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: ( )_исх.=З моль/л, ( )_исх.=2 моль/л.

 

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей называется константой равновесия данной системы и выражается через равновесные концентрации участников реакции следующим образом:

                         К_равн. =

 

В условии задачи даны исходные концентрации тогда как в выражение К_равн. входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации ( )_равн.== х моль/л. Согласно уравнению реакции:

         х моль х моль   х моль х моль

              СО (г)+Н₂О (г) ↔ СО₂ (г)+Н₂ (г)

        1моль 1моль     1моль  1моль

число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н₂О расходуется для образования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:

( )_равн. = ( )_равн. = х моль/л;

( )_равн. = (З — х) моль/л;

( )_равн. = (2 — х) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:

                  1 = ,

Отсюда х = 1,2 моль/л. Таким образом, равновесные концентрации участников реакции:

( )_равн. = ( )_равн. =1,2 моль/л; ( )_равн. = (З — 1,2) = 1,8 моль/л;

( )_равн. = (2 — 1,2) = 0,8 моль/л.

 

Пример 2. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

   РСl₅ (г) ↔РСl₃ (г) + С1₂ (г);∆H_х.р. = + 92,59 кдж.

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РСl₅?

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье:

а) так как реакция разложения РСl₅ эндотермическая (∆Н_х.р.>0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl₅ ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление;

в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl₅ так и уменьшением концентрации РСl₃ или С1₂.

Пример 3. Равновесие в системе H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08моль/л?

Решение. Зная равновесные концентрации участников реакции, можно рассчитать константу равновесия данной реакции:

;

При повышении концентрации HI до 0,08моль/л равновесие сместится в обратном направлении, т.е.более интенсивно начнет протекать обратная реакция

 

 хмоль хмоль              2хмоль

H_2(г)+ I_2(г)       ↔         2HI_(г)

     1моль 1моль              2моль

 

Если убыль HI к моменту достижения нового состояния равновесия принять равной     2х моль, то прирост концентраций Н₂ и I₂ к этому моменту составит х моль; подставив новые равновесные концентрации в выражение для константы равновесия, получим:

,      откуда х = 0,004,

и новые равновесные концентрации Н₂ и I₂ составят (0,01+0,004) = 0,014 моль/л.

Контрольные задания

71. В каком направлении сместится равновесие системы

СО_(г) + 3 Н_2(г) ↔ СН_4(г) + Н₂О_(г); ΔН^о₂₉₈<0

а) при повышении температуры; б) введении катализатора; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

 

72. Исходные концентрации монооксида углерода и водяного пара в системе:

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

составляли соответственно 0,09 и 0,03 моль/л. К моменту равновесия прореагировало 22% СО. Найдите равновесные концентрации остальных участников реакции и константу равновесия.                  Ответ:0,02моль/л;0,07моль/л;0,01моль/л;0,57.

         

73. Восстановление Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению

Fe₂O_3(к) + 3 H_2(г) ↔ 2 Fe_(к) + 3 H₂O_(г) ; ΔН^о₂₉₈ = +98,6 кДж

В каком направлении сместится равновесие системы а) при уменьшении температуры;

б) увеличении концентрации водорода; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

74. При 494^оС константа равновесия реакции 2NО _(г) +О_{2 (г)} ↔ 2NО_{2 (г)} равна 2,2. Равновесные концентрации NО и О₂ соответственно равны 0,020 и 0,030 моль/л. Вычислите их исходные концентрации. Ответ: 0,025 моль/л; 0,0325 моль/л.

75. Как повлияет на выход SO₂ в системе:

SO_3(г) + C_(к) ↔ SO_2(г) + CO_(г)

а) уменьшение общего объема смеси; б) уменьшение концентрации SO₃; в) введение катализатора?

 

76. Исходная концентрация метана СН₄  в системе СН_4(г) ↔ С_(к) + 2 Н_2(г) составила 0,035 моль/л. К моменту равновесия прореагировало 80 % метана. Рассчитайте значение константы равновесия.        Ответ: 0,112.

  

77. В каком направлении будет смещаться равновесие системы 2 СО_2(г) ↔ 2 СО _(г) + О_{2 (г)} ;     ΔН^о₂₉₈ = + 566 кДж

при: а) увеличении давления в системе; б) увеличении концентрации СO; в) введении катализатора; г) уменьшении температуры? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.       

78. При каких условиях равновесие реакции

MnO_2(к) + 4HCl_(г) ↔ MnCl_2(к) + Cl_2(г)

будет смещаться в сторону образования Cl₂? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

79. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы

СН_4(г) + СО_2(г) ↔ 2 СО_(г) + 2 Н_2(г)          ΔН^о₂₉₈>0;

Как следует изменить температуру и давление, чтобы увеличить выход водорода? Как повлияет на величину выхода водорода увеличение концентрации СО?

 

80. Константа равновесия системы СCl_4(г) ↔ 2Cl_{2 (г)} +C _(к) при температуре 700 К составляет 0,77. Начальная концентрация СCl₄ равна 3,2 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации участников реакции. Ответ:2,5 моль/л; 1,4 моль/л.

V. VII  РАСТВОРЫ