Как влияет увеличение давления на положение равновесия

Урок №24. Химическое равновесие и условия его смещения – ХиМуЛя.com

Как влияет увеличение давления на положение равновесия

1.      Среди всех известных реакций различают реакции обратимые инеобратимые. При изучении реакций ионного обмена были перечислены условия, прикоторых они протекают до конца. (вспомнитеих).

Известны и такие реакции, которые при данныхусловиях до конца не идут. Так, например, при растворении в воде сернистогогаза происходит реакция: SO2 +  H2O → H2SO3. Но оказывается,что в водном растворе может образоваться только определенное количествосернистой кислоты.

Это объясняется тем, что сернистая кислота непрочная, ипроисходит обратная реакция, т.е. разложение на оксид серы и воду.

Следовательно, данная реакция не идет до конца потому, что одновременно происходитдве реакции – прямая (между оксидомсеры и водой) и обратная (разложениесернистой кислоты). SO2 +  H2O ↔ H2SO3.

Химические реакции, протекающие при данныхусловиях во взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми.

2.     Поскольку скорость химических реакций зависитот концентрации реагирующих веществ, то вначале скорость прямой реакции  (υпр ) должна быть максимальной,  а скорость обратной реакции (υобр) равняется нулю.

Концентрация реагирующихвеществ с течением времени уменьшается, а концентрация продуктов реакцииувеличивается. Поэтому скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратнойреакции увеличивается.

В определенный момент времени скорость прямой и обратнойреакций становятся равными:

Во всех обратимых реакциях скорость прямой реакции уменьшается, скорость обратной реакции возрастает до тех пор, пока обе скорости не станут равными и не установится состояние равновесия:

υпр = υобр

Состояние системы, прикотором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называютхимическим равновесием.

       В состоянии химическогоравновесия количественное соотношение между реагирующими веществами ипродуктами реакции остается постоянным: сколько молекул продукта реакции вединицу времени образуется, столько их и разлагается. Однако состояниехимического равновесия сохраняется до тех пор, пока остаются неизменнымиусловия реакции: концентрация, температура и давление.

            Количественносостояние химического равновесия описывается законом действующих масс.

При равновесии отношениепроизведения концентраций продуктов реакции (в степенях их коэффициентов) кпроизведению концентраций реагентов (тоже в степенях их коэффициентов) естьвеличина постоянная, не зависящая от исходных концентраций веществ вреакционной смеси.

Эта постоянная величина называется константойравновесияk

Так для реакции:  N2 (Г) + 3H2 (Г) ↔ 2NH3 (Г) + 92,4 кДж  константаравновесия выражается так:

υ1 = υ2  

υ1(прямой реакции) = k1[N2][H2]3 , где [] – равновесные молярныеконцентрации, [] = моль/л

υ2(обратнойреакции)= k2 [NH3]2

k1[N2][H2]3 = k2 [NH3]2

Kp= k1/k2 = [NH3]2/ [N2][H2]3 – константа равновесия.

Химическоеравновесие зависит – от концентрации, давления, температуры.

Принцип Ле-Шателье определяет направление смешения равновесия:

Если на систему, находящуюся в равновесииоказали внешнее воздействие, то равновесие в системе сместится в сторонуобратную этому воздействию.

1) Влияние концентрации – если увеличить концентрацию исходныхвеществ, то равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

Например,Kp = k1/k2 = [NH3]2/ [N2][H2]3

Придобавлении в реакционную смесь, например азота,т.е.

возрастает концентрация реагента, знаменатель в выражении для Кувеличивается, но так как К – константа, то для выполнения этого условия долженувеличиться и числитель.

Таким образом, в реакционной смеси возрастаетколичество продукта реакции. В таком случае говорят о смещении химическогоравновесия вправо, в сторону продукта.

Такимобразом, увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает всторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции. Увеличение концентрациипродуктов (жидких или газообразных) смещает равновесие в сторону реагентов,т.е. в сторону обратной реакции.

Изменениемассы твердого вещества не изменяет положение равновесия.

2) Влияние температуры – увеличение температуры смещает равновесие всторону эндотермической реакции.

а)N2 (Г) + 3H2 (Г) ↔ 2NH3 (Г) + 92,4 кДж (экзотермическая – выделениетепла)

Приповышении температуры равновесие сместится в сторону реакции разложения аммиака(←)

б)N2 (Г) + O2 (Г) ↔ 2NO (Г) – 180,8 кДж   (эндотермическая –  поглощение тепла)

Приповышении температуры равновесие сместится в сторону реакции образования NO (→)

3) Влияние давления (только для газообразныхвеществ) – при увеличениидавления, равновесие смещается в сторону образованиявеществ, занимающих меньший объём.

N2 (Г) + 3H2 (Г) ↔ 2NH3 (Г)

1V – N2

3VH2

2VNH3

Приповышении давления (P): до реакции  4V газообразных веществ  →   после реакции 2Vгазообразных веществ, следовательно, равновесие смещается вправо ()

   Приувеличении давления, например, в 2раза, объём газов уменьшается в такое же количество раз, а следовательно,концентрации всех газообразных веществ возрастут в 2 раза. Kp = k1/k2 = [NH3]2/ [N2][H2]3

В этом случае числитель выражения для Кувеличится в 4 раза, а знаменатель в 16раз, т.е. равенство нарушится. Для его восстановления должны возрастиконцентрация аммиака иуменьшиться концентрации азота и водорода. Равновесие сместится вправо.

            Итак, при повышении давления равновесиесмещается в сторону уменьшения объема, при понижении давления – в сторонуувеличения объёма.

Изменение давленияпрактически не сказывается на объёме твердых и жидких веществ, т.е. не изменяетих концентрацию. Следовательно, равновесие реакций, в которых газы неучаствуют, практически не зависит от давления.

 ! На течение химической реакции влияют вещества – катализаторы. Но при использовании катализатора понижается энергия активации как прямой, так и обратной реакции на одну и ту же величину и поэтому равновесие не смещается.

Решите задачи:

№1. Исходные концентрации СO и O2 в обратимой реакции

2CO(г) + O2(г)↔ 2 CO2(г)

Равны соответственно 6 и 4 моль/л. Вычислите константу равновесия, если концентрация CO2 в моментравновесия равна 2 моль/л.

№2. Реакция протекает по уравнению

2SO2(г) + O2 (г)= 2SO3 (г) +Q

Укажите, куда сместится равновесие, если

а) увеличить давление

б) повысить температуру

в) увеличить концентрацию кислорода

г) введение катализатора?

“Химическое равновесие в растворах”

Решение задачи  по теме «Химическое равновесие»

Источник: https://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no24-himiceskoe-ravnovesie-i-uslovia-ego-smesenia

1.4.4. Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов

Как влияет увеличение давления на положение равновесия

Химические реакции бывают обратимые и необратимые.

Необратимыми реакциями называют такие реакции, которые идут только в одном (прямом →) направлении:

т.е. если некоторая реакция A + B = C + D необратима, это значит, что обратная реакция C + D = A + B не протекает.

Обратимые реакции – это такие реакции, которые идут как в прямом, так и в обратном направлении (⇄):

т.е., например, если некая реакция A + B = C + D обратима, это значит, что одновременно протекает как реакция A + B → C + D (прямая), так и реакция С + D → A + B (обратная).

По сути, т.к. протекают как прямая, так и обратная реакции, реагентами (исходными веществами) в случае обратимых реакций могут быть названы как вещества левой части уравнения, так и вещества правой части уравнения. То же самое касается и продуктов.

Однако, условно принято считать, что реагентами в каждом конкретном уравнении обратимой реакции являются те вещества, которые записаны в его левой части, а продуктами – те, что записаны в правой, т.е.:

Для любой обратимой реакции возможна ситуация, когда скорость прямой и обратной реакций равны. Такое состояние называют состоянием равновесия.

В состоянии равновесия концентрации как всех реагентов, так и всех продуктов неизменны. Концентрации продуктов и реагентов в состоянии равновесия называют равновесными концентрациями.

Смещение химического равновесия под действием различных факторов

Вследствие таких внешних воздействий на систему, как изменение температуры, давления или концентрации исходных веществ или продуктов, равновесие системы может быть нарушено.

Однако после прекращения этого внешнего воздействия система через некоторое время перейдет в новое состояние равновесия.

Такой переход системы из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние называют смещением (сдвигом) химического равновесия.

Для того чтобы уметь определять, каким образом сдвигается  химическое равновесие при том или ином типе воздействия, удобно пользоваться принципом Ле Шателье:

Если на систему в состоянии равновесия оказать какое-либо внешнее воздействие, то направление смещения химического равновесия будет совпадать с направлением той реакции, которая ослабляет эффект от оказанного воздействия.

Влияние температуры на состояние равновесия

При изменении температуры равновесие любой химической реакции смещается. Связано это с тем, что любая реакция имеет тепловой эффект. При этом тепловые эффекты прямой и обратной реакции всегда прямо противоположны. Т.е. если прямая реакция является экзотермической и протекает с тепловым эффектом, равным +Q, то обратная реакция всегда эндотермична и имеет тепловой эффект, равный –Q.

Таким образом, в соответствии с принципом Ле Шателье, если мы повысим температуру некоторой системы, находящейся в состоянии равновесия, то равновесие сместится в сторону той реакции, при протекании которой температура понижается, т.е.

в сторону эндотермической реакции. И аналогично, в случае, если мы понизим температуру системы в состоянии равновесия, равновесие сместится в сторону той реакции, в результате протекания которой температура будет повышаться, т.е.

в сторону экзотермической реакции.

Например, рассмотрим следующую обратимую реакцию и укажем, куда сместится ее равновесие при понижении температуры:

Как видно из уравнения выше, прямая реакция является экзотермической, т.е. в результате ее протекания выделяется тепло. Следовательно, обратная реакция будет эндотермической, то есть протекает с поглощением тепла. По условию температуру понижают, следовательно, смещение равновесия будет происходить вправо, т.е. в сторону прямой реакции.

Влияние концентрации на химическое равновесие

Повышение концентрации реагентов в соответствии с принципом Ле Шателье должно приводить к смещению равновесия в сторону той реакции, в результате которой реагенты расходуются, т.е. в сторону прямой реакции.

И наоборот, если концентрацию реагентов понижают, то равновесие будет смещаться в сторону той реакции, в результате которой реагенты образуются, т.е. сторону обратной реакции (←).

Аналогичным образом влияет и изменение концентрации продуктов реакции. Если повысить концентрацию продуктов, равновесие будет смещаться в сторону той реакции, в результате которой продукты расходуются, т.е. в сторону обратной реакции (←). Если же концентрацию продуктов, наоборот, понизить, то равновесие сместится в сторону прямой реакции (→), для того чтобы концентрация продуктов возросла.

Влияние давления на химическое равновесие

В отличие от температуры и концентрации, изменение давления оказывает влияние на состояние равновесия не каждой реакции. Для того чтобы изменение давления приводило к смещению химического равновесия, суммы коэффициентов перед газообразными веществами в левой и в правой частях уравнения должны быть разными.

Т.е. из двух реакций:

изменение давления способно повлиять на состояние равновесия только в случае второй реакции. Поскольку сумма коэффициентов перед формулами газообразных веществ в случае первого уравнения слева и справа одинаковая (равна 2), а в случае второго уравнения – различна (4 слева и 2 справа).

Отсюда, в частности, следует, что если среди и реагентов, и продуктов отсутствуют газообразные вещества, то изменение давления никак не повлияет на текущее состояние равновесия. Например, давление никак не повлияет на состояние равновесия реакции:

Если же слева и справа количество газообразных веществ различается, то повышение давления будет приводить к смещению равновесия в сторону той реакции, при протекании которой объем газов уменьшается, а понижение давления – в сторону той реакции, в результате которой объем газов увеличивается.

Влияние катализатора на химическое равновесие

Поскольку катализатор в равной мере ускоряет как прямую, так и обратную реакции, то его наличие или отсутствие никак не влияет на состояние равновесия.

Единственное, на что может повлиять катализатор, — это на скорость перехода системы из неравновесного состояния в равновесное.

Воздействие всех указанных выше факторов на химическое равновесие сведено ниже в таблицу-шпаргалку, в которую поначалу можно подглядывать при выполнении заданий на равновесия. Однако же пользоваться на экзамене ей не будет возможности, поэтому после разбора нескольких примеров с ее помощью, ее следует выучить и тренироваться решать задания на равновесия, уже не подглядывая в нее:

Обозначения: T – температура, p – давление, с – концентрация, ↑ — повышение, ↓ — понижение

T

↑Т — равновесие смещается в сторону эндотермической реакции
↓Т — равновесие смещается в сторону экзотермической реакции

p

↑p — равновесие смещается в сторону реакции с меньшей суммой коэффициентов перед газообразными веществами
↓p — равновесие смещается в сторону реакции с большей суммой коэффициентов перед газообразными веществами

c

↑c(реагента) – равновесие смещается в сторону прямой реакции (вправо)
↓c(реагента) – равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево)
↑c(продукта) – равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево)
↓c(продукта) – равновесие смещается в сторону прямой реакции (вправо)
КатализаторНа равновесие не влияет!!!

Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/himicheskoe-ravnovesie-smeshhenie-himicheskogo-ravnovesija

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.