Химическое равновесие введение

Настоящее пособие является первым опытом комплексного рассмот-

рения одного из важных разделов физической химии – химического равновесия.

В пособии рассматривается химическое равновесие теоретически – на основе законов химической термодинамики, экспериментально – при выполнении лабораторных работ и практически – путем решения многовариантных задач. На каждом этапе изучения химического равновесия предлагается тест-контроль: по тестам на соответствие определяется степень усвоения и закрепления теоретического материала; по тестам в открытой форме проверяется готовность студента к выполнению лабораторной работы; по тестам итогового контроля оценивается знание основ химического равновесия.

Для самостоятельной работы студентов предлагаются многовариант- ные задания с примерами решения задач. Многовариантные задания используются в учебном процессе при изучении физической химии на протяжении многих лет. Термодинамические расчеты выполняются с использованием справочной литературы. При любых расчетах физические величины берутся с соответствующими единицами измерения, принятыми в Международной системе единиц (СИ). В некоторых расчетах допускаются внесистемные единицы: грамм, литр, градус Цельсия, атмосфера и др., которые в настоящее время часто используют в лабораториях.

Лабораторные работы подобраны таким образом, чтобы они отличались по типу обратимой химической реакции или обратимого физико-химического процесса и по методам экспериментального изучения химического равновесия. Теоретические основы каждой лабораторной работы рассматриваются по единому алгоритму.

В приложениях пособия приведены фундаментальные физические постоянные и некоторые физико-химические величины, необходимые при решении задач и обработке экспериментальных данных.

Для более глубокого изучения химического равновесия студенты могут воспользоваться учебной литературой, а также справочниками, приведен- ными в библиографическом списке настоящего пособия.

Пособие составлено в соответствии с программой раздела химического равновесия в курсе физической химии.

1. Теоретические основы химического равновесия

Химическое равновесие – это состояние системы, в которой протекает обратимый процесс одновременно в прямом и обратном направлениях с одинаковой скоростью. Состав системы в результате такого процесса не меняется во времени, если условия его протекания остаются постоянными. Равновесные концентрации (или парциальные давления) реагирующих веществ численно могут быть разными, но их соотношение, называемое константой равновесия, всегда одинаково при постоянной температуре.

В термодинамике под химическим равновесием понимается наиболее устойчивое при данных условиях состояние системы. Для его характеристики используют термодинамические функции, путем расчета которых можно, не прибегая к эксперименту, вычислить константу равновесия, определить оптимальные условия проведения обратимого процесса с целью повышения выхода продукта реакции.

Развитие теории химического равновесия явилось толчком к разработке новых технологических схем таких производств, как получение аммиака, метанола, синтетического каучука и других веществ, химическая переработка нефтепродуктов, металлургия и т. д.