11. Понятия об обратимых и необратимых химических процессах, химическом равновесии. Константа равновесия и ее вычисление.

Реакция, протекающая до конца, то есть до полного израсходования одного из реагирующих веществ называется необратимой.

• Например: взаимо­действие алюминия с соляной кислотой идет необратимо. Обратный процесс взаимодействия хлорида алюми­ния и водорода с получением алюминия и соляной кислоты невозможен.

Однако большинство химических реакций протекает не до конца, когда ни одно из исходных веществ не расходуется полностью. Такие реакции на­зываются обратимыми.

В уравнениях обратимых реакций вместо знака равенства обычно ставят разнонаправленные стрелки, которые характеризуют одновременное протекание процессов в двух взаимно противоположных направлениях:

H₂ + I₂ ↔ 2 HI

Согласно закону действующих масс скорость прямой реакции выражает­ся уравнением:

v₁ = k₁ [ H₂ ]∙ [I₂],

а скорость обратной реакции — уравнением

v₂ = k₂ [ HI ]²

В начальный момент времени скорость синте­за HI максимальна, поскольку максимальна концентра­ция H₂ и I₂), а скорость разложения HI равна нулю, так как в системе отсутствует HI. По мере расхо­дования водорода и иода скорость прямой реак­ции постепенно уменьшается, а скорость обрат­ной, напротив, возрастает в соответствии с накоп­лением в реакционном объеме HI. Рано или поздно наступит такой момент, когда эти ско­рости станут одинаковыми: v₁ = v₂ и кривые ско­ростей сольются в горизонтальную прямую (см. рис.5). Подобное состояние системы называется химическим равновесием.

Отношение констант скоростей при данной температуре является так­же константой, называемой константой равновесия К.

Концентрации веществ, которые устанавливаются при равновесии на­зывают равновесными концентрациями. Пока сохраняется равновесие эти концентрации остаются неизменными.

Но состояние химического равновесия не означает прекращения химических реакций. В состоянии химического равнове­сия взаимодействие исходных веществ и разложение продуктов реакции продолжаются с одинаковыми скоростя­ми. Поэтому такое равновесие называется динамическим.

Для реакции общего вида:

аА +bB ↔ cC+dD

константа равновесия определяется равенством:

A, B, C, D – формулы веществ, а a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты.

Константа равновесия зависит только от природы реакции и от температуры, но не зависит от механизма реакции, поэтому:

1. В уравнении константы равновесия показатели степеней, в которые возводятся концентрации участвующих в реакции веществ, всегда совпадают с коэффициентами в уравнении химической реакции.

2. Введение катализатора не изменяет константы равновесия, а только ускоряет наступление равновесия. Катализатор в одинаковой мере изменяет энергию активации прямой и обратной реакций. Поэтому отношение констант скорости прямой и обрат­ной реакций, т.е. константа равновесия остается неизменным.

12. Принцип Ле Шателье и его использование для управления химико-технологическими процессами.

Процесс изменения концентраций, обусловленный нарушением равновесия, называ­ется смещением или сдвигом равновесия.

Направление сдвига равновесия в общем виде определяется принципом Ле Шателье (1884):

если находящаяся в равновесии система подвергается внешнему воздей­ствию, то равновесие смещается в сторону ослабления этого воздействия или противодействия ему.

Так, понижение температуры смещает равновесие в направлении процес­сов, сопровождающихся выделением теплоты, а повышение температуры дей­ствует в противоположном направлении. Если в равновесную систему ввести дополнительное количество какого-либо вещества, то равновесие сместится в направлении соответствующем уменьшению концентрации введенного вещества.

Например, добавление хлорида железа (III) в раствор, где установилось химическое равновесие:

FeCl₃ + 3 KCNS ↔ Fe(CNS)₃ + 3KC1

сдвинет равновесие вправо, что заметно по усилению интенсивности окраски раствора (роданид железа (III) имеет кроваво-красную окраску).