Влияние изменения внешних условий на положение химического равновесия. Принцип Ле Шателье

Изменение условий (температуры, давления, концентраций), при которых система находится в состоянии химического равновесия ( ), вызывает нарушение равновесия. В результате неодинакового изменения скоростей прямой и обратной реакций ( ) c течением времени в системе устанавливается новое химическое равновесие , соответствующее новым условиям. Переход из одного равновесного состояния в другое называется сдвигом, или смещением положения равновесия.

Направление смещения химического равновесия в результате изменения внешних условий определяется принципом Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие, то равновесие сместится в сторону той из двух противоположных реакций, которая ослабляет это воздействие.

Пример 1.4.6. В какую сторону сместится положение химического равновесия в системе

CaCO_{3 (к)}  CaO _(к) + CO_{2 (г)}; = 178,4 кДж:

а) при введении в систему углекислого газа;

б) при введении в систему оксида кальция;

в) при увеличении давления;

г) при увеличении температуры?

Решение.

В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие в системе сдвигается таким образом, чтобы уменьшить внешнее воздействие. Поэтому:

а) введение углекислого газа приводит к повышению концентрации CO₂. Для ослабления этого воздействия равновесие в системе должно сместиться влево;

б) введение твердого оксида кальция не изменяет концентрацию СаО в фазе СаО _(к), и химическое равновесие не смещается;

в) увеличение давления приводит к увеличению концентрации CO_{2 (г)} и практически никак не влияет на концентрации твердых компонентов. Равновесие сдвигается влево;

г) увеличение температуры может быть компенсировано эндотермическим процессом. Поскольку с поглощением тепла протекает прямая реакция, равновесие в системе смещается вправо.

Вопросы для самостоятельной подготовки

Скорость химических реакций

1. Что называется скоростью химической реакции?

2. Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

3. Как скорость химической реакции зависит от концентраций реагентов? Сформулируйте основной закон химической кинетики – закон действующих масс – и укажите условия его применения.

4. Напишите математические выражения закона действующих масс для следующих реакций:

а) 2NOCl _(г) = 2NO _(г) + Cl_{2 (г)};

б) Fe₂O_{3 (к)} + H_{2 (г)} = 2FeO _(к) + H₂O _(г).

5. От каких факторов зависит величина константы скорости реакции? Каков ее физический смысл?

6. Каково влияние давления на скорость химической реакции?

7. Как влияет повышение (понижение) температуры на скорость химической реакции?

8. Что такое температурный коэффициент скорости химической реакции?

9. Почему скорость химической реакции с повышением температуры возрастает намного быстрее, чем число столкновений молекул?

10. Какие молекулы называются активными?

11. Что такое энергия активации и активированный комплекс?

12. Каково соотношение величин энергии химических связей в реагирующих молекулах и энергии активации реакции?

13. Приведите энергетическую диаграмму химической реакции и отобразите на диаграмме энергию активации и тепловой эффект реакции. Как объяснить, что тепловой эффект реакции не зависит от ее энергии активации?

14. Как влияет величина энергии активации на скорость химической реакции?

15. Возможны ли реакции с энергией активации, равной нулю?

16. Какова взаимосвязь между константой скорости реакции и энергией активации?

17. Каково влияние величины энергии активации на температурный коэффициент скорости реакции?

18. Какие вещества называются катализаторами?

19. В чем заключается ускоряющее действие катализатора?

20. Каково влияние катализатора на величину энергии активации химической реакции? Поясните с использованием энергетической диаграммы.

21. На примере объясните сущность теории промежуточных продуктов.

22. В чем состоит особенность ферментативных реакций?

Химическое равновесие

23. Какое состояние системы называется химическим равновесием?

24. Как определить момент наступления химического равновесия?

25. Можно ли считать постоянство концентраций реагентов в системе доказательством истинности химического равновесия?

26. Что такое константа химического равновесия? Каков ее физический смысл?

27. Запишите математические выражения констант равновесия для систем:

а) 4HCl _(г) + O_{2 (г)}  2Cl_{2 (г)} + 2H₂O _(г)

б) 2Fe _(к) + 3Cl_{2 (г)}  2FeCl_{3 (к)}

28. Каково влияние температуры, давления, концентрации и присутствия катализатора на величину константы химического равновесия?

29. Каково влияние температуры, давления, концентрации и присутствия катализатора на состояние химического равновесия?

30. Сформулируйте принцип Ле Шателье.

31. В какую сторону сместится равновесие

2NO _(г) + O_{2 (г)}  2NO_{2 (г)}; = –113 кДж при:

а) уменьшении давления;

б) введении в систему кислорода;

в) повышении температуры?

32. В каком направлении произойдет смещение равновесия

Fe₃O_{4 (к)} + 4H_{2 (г)}  3Fe _(к) + 4H₂O _(г) при:

а) введении в систему водорода;

б) введении в систему прокаленного оксида кальция;

в) увеличении давления?

33. Какие реакции относятся к фотохимическим?

34. Приведите примеры неразветвленных и разветвленных цепных реакций.

35. Каково значение фотохимических реакций для живой природы?