13) Определение направления самопроизвольного протекания реакций. Изотерма реакции.

Рассмотрим реакцию

Обозначим в некотором исходном, не обязательно равновесном состоянии относительные парциальные давления реагентов, как и найдем изменение энергии Гиббса системы за 1 пробег реакции (см. термодинамический вывод закона действующих масс).

Используя выражение

, получим

уравнение изотермы реакции, получено Вант- Гоффом .

Анализ: это уравнение позволяет рассчитать изменение общей энергии Гиббса системы за один пробег реакции из состояния с заданными исходными парциальными давлениями реагентов, и определить направление самопроизвольного протекания реакции: если ΔG <0, то термодинамически возможно протекание реакции в прямом направлении, если ΔG >0, то термодинамически возможно протекание реакции в обратном направлении, если ΔG =0, то это состояние равновесия, при этом предполагается, что система содержит большое количество вещества.

ΔG- называют сродством.

Пример: константа равновесия при данной температуре 500 К равна 10. В каком направлении пойдет реакция из стандартного состояния, т.е из состояния, котором

p_i =1? Решение:

ΔG= 8,31 Дж/(моль· К)· 500 К· (ln 1- ln 10)= - 9556 Дж/ моль.

0твет: т.к ΔG< 0, то реакция идет в прямом направлении.

14) Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары и изохоры реакции.

Как изменится ΔG реакции, если реакцию проводить при другой постоянной температуре. Для этого найдем производную ΔG по температуре при постоянных давлениях реагента

Подставим это выражение в уравнение Гиббса – Гельмгольца

Это уравнение изобары, выражает зависимость константы равновесия от температуры.

Уравнение изохоры.

Анализ уравнения изобары:

1. эндотермическая реакция ΔН >0

с ростом температуры константа равновесия увеличивается.

2. реакция экзотермическая Δ Н < 0

с ростом температуры константа равновесия уменьшается.

3. ΔН =0

Константа равновесия не зависит от температуры.

15) Принцип подвижного равновесия.

Рассмотрим реакцию

Пусть при протекании этой реакции установилось равновесие, в котором выполняется закон действующих масс

Если изменить одно из условий протекания реакции, определяющих состояние равновесия( температура, общее или парциальное давление одного из компонентов ), то равновесие нарушится, реакция пойдет вправо или влево до установления нового равновесия (т.е равновесие сместится ).

Правило Ле-Шателье- Брауна.

Если на систему, находящуюся в устойчивом положении, воздействовать извне, изменяя какие- либо из условий равновесия, то в системе усилится то из направлений процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия и положение равновесия сместится в том же направлении.

Доказательство:

1 ) влияние температуры:

а ) если ∆Н> 0 (реакция эндотермическая, теплота в ходе прямой реакции

поглощается), то с ростом температуры константа равновесия К_р увеличивается,

равновесие нарушается. Пойдет реакция, в ходе которой давление продуктов (числитель) будут увеличиваться, а давление исходных веществ (знаменатель) будут уменьшаться. Равновесие сместится в прямом направлении.

б ) если ∆Н< 0 (прямая реакция экзотермическая, теплота в ходе прямой реакции выделяется), то с ростом температуры константа равновесия К_р уменьшается. Равновесие нарушается, концентрация продуктов (числитель) будет уменьшаться, а концентрация исходных веществ (знаменатель) будет увеличиваться, равновесие сместится в сторону обратной эндотермической реакции.

Вывод: при увеличении температуры, равновесие всегда смещается в сторону эндотермической реакции.

2 ) влияние общего давления:

рассмотрим на примере реакции

Если общее давление увеличить в N раз, то константа равновесия не изменится, но каждое парциальное давление тоже увеличится в N раз

=

Соотношение давлений стало меньше, чем константа равновесия. Равновесие нарушится, давление продуктов (числитель) увеличится, а давление исходных веществ (знаменатель) уменьшится, равновесие сместится в прямом направлении.

Вывод: При увеличении общего давления, равновесие смещается в том направлении, в котором число молекул в газовой фазе уменьшается.

3 ) влияние парциальных давлений:

При увеличении парциального давления исходного вещества, например ,

Знаменатель увеличится в N раз,

=