- •Химическое равновесие введение
- •1. Теоретические основы химического равновесия
- •1.1. Типы равновесий в химических системах
- •Типы обратимых химических и физико-химических процессов
- •1.2. Условия химического равновесия
- •Термодинамическое условие химического равновесия
- •1.3. Закон действующих масс
- •1.4. Уравнение изотермы химической реакции. Влияние состава системы на направление химической реакции
- •1.5. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Влияние температуры на константу химического равновесия и направление химической реакции
- •Влияние температуры на величину константы равновесия и направление смещения равновесия на основе уравнения изобары химической реакции
- •1.6. Влияние давления на константу химического равновесия и направление химической реакции
- •Влияние давления на величину константы равновесия
- •1.7. Смещение химического равновесия
- •1.7.1. Определение направления смещения равновесия по принципу Ле Шателье
- •Смещение равновесия по принципу Ле Шателье
- •1.7.2. Определение направления смещения равновесия на основе термодинамических уравнений
- •1.8. Методы определения константы химического равновесия
- •Соотношение между величиной константы равновесия и выходом продукта реакции
- •Теоретические методы расчета константы равновесия
- •Экспериментальные методы определения константы равновесия
- •1.8.1. Термодинамический расчет константы химического равновесия
- •Термодинамические уравнения, необходимые для расчета
- •Уравнения расчета δg (т) при разных приближениях расчета δСр
- •1.8.2. Расчет константы химического равновесия в статистической термодинамике
- •1.8.3. Экспериментальное определение константы химического равновесия
- •Выбор анализируемого вещества на примере предлагаемых обратимых процессов
- •Выбор метода определения концентрации анализируемого вещества на примере предлагаемых в табл. 1.12 процессов
- •Алгоритм расчета равновесного состава системы объемом V м3
- •1.9. Задания для обучения и самоконтроля
- •Тест 1.9.1. Признаки химического равновесия
- •Тест 1.9.2. Типы равновесий в обратимых процессах
- •Тест 1.9.3. Термодинамические уравнения, отражающие влияние давления, температуры, состава системы на состояние химического равновесия
- •Тест 1.9.4. Выражение константы равновесия для реакции типа
- •Тест 1.9.5. Соотношение между константами равновесия Кр и Кс для реакции
- •Тест 1.9.6. Термодинамические уравнения, характеризующие состояние равновесия
- •2. Экспериментальные работы
- •Общие правила работы и техники безопасности в лаборатории
- •Основные правила проведения эксперимента
- •Правила оформления отчета
- •2.1. Тесты открытой формы для допуска студентов к работе
- •2.2. Лабораторные работы
- •Работа 1. Изучение химического равновесия гомогенной реакции в растворе
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •Варианты заданий к работе 1
- •Задание к работе 1
- •Экспериментальные данные к работе 1
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •Алгоритм расчета равновесных концентраций
- •Объединенные экспериментальные и расчетные данные
- •4. Выводы по работе
- •В растворе гидролизующейся соли
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •5 Мл раствора во 2-ю колбу,
- •2,5 Мл раствора в 3-ю колбу,
- •0,5 Мл раствора в 4-ю колбу;
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •Экспериментальные и расчетные данные
- •Характеристика процесса гидролиза соли
- •4. Выводы по работе
- •Работа 3. Изучение химического равновесия в растворе
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •Экспериментальные и расчетные данные к работе
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •4. Выводы по работе
- •Контрольные вопросы
- •3. Задания для самостоятельной работы
- •3.1. Примеры решения задач
- •0,83 Моль.
- •3.2. Многовариантные задачи
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Значения коэффициентов уравнения
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •4. Тесты итогового контроля
- •Образец теста первого вида
- •Образец теста второго вида
- •Библиографический список
- •Приложения
- •1. Ответы на тесты для обучения и самоконтроля в разделе 1.9
- •Фундаментальные физические постоянные
- •Соотношения между единицами физических величин
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Предельная молярная электрическая проводимость ионов в воде
- •Произведение растворимости малорастворимых солей при 25 оС
- •Константы диссоциации кислот и оснований в водных растворах при 25 оС
- •Оглавление
1.7.1. Определение направления смещения равновесия по принципу Ле Шателье
Формулировка принципа Ле Шателье:
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать воздействие путем изменения концентрации, температуры или давления, то равновесие сместится в сторону, противодействующую произведенному изменению.
По сути принцип Ле Шателье называют принципом противодействия системы, в которой протекает обратимый процесс, внешнему воздействию.
Например: дана гетерогенная обратимая химическая реакция С(графит) + СО2(г) ⇄ 2CO(г).
Рассмотрим, как изменятся параметры системы при протекании этой обратимой реакции. Характеристика прямой () реакции: - эндотермическая (Нr 0), температура в системе уменьшается (Т); - число молекул газа ν увеличивается (ν > 0), давление в системе повы-шается (Р); - исходное вещество СО2 расходуется: его концентрация уменьшается (С(СО2) ); - продукт реакции СО образуется: его концентрация увеличивается (С(СО)); - исходное вещество С(графит) твёрдое, его концентрация не изменяется. Характеристика обратной () реакции: - экзотермическая (Нr 0), температура в системе увеличивается (Т); - число молекул газа ν уменьшается (ν 0), давление в системе пони- жается (Р); - исходное вещество СО2 образуется: его концентрация увеличивается (С(СО2)); - продукт реакции СО расходуется: его концентрация уменьшается (С(СО)); - исходное вещество С(графит) твёрдое, его концентрация не изменяется.
Направление смещения равновесия заданной обратимой реакции при изменении Сi, T и P в соответствии с принципом Ле Шателье как принципом противодействия представлено в виде табл. 1.8.
Таблица 1.8
Смещение равновесия по принципу Ле Шателье
Внешнее воздействие |
Ответ системы на внешнее воздействие |
Направление смещения равновесия |
С(СО2) С(СО) m(C(графит))или
Р Т
|
С(СО2) С(СО) C(C(графит)) = const
Р Т
|
Нет смещения равновесия
|
Таким образом, в соответствии с принципом Ле Шателье химическое равновесие смещается:
- в сторону прямой реакции при повышении концентрации исходных веществ и при отведении продуктов реакции из системы;
- в сторону обратной реакции при понижении концентрации исходных веществ и повышении концентрации продуктов реакции;
- в сторону меньшего числа молекул газа при повышении давления в системе и в сторону большего числа молекул газа при понижении давления;
- в сторону эндотермической реакции при повышении температуры и в сторону экзотермической реакции при понижении температуры.
1.7.2. Определение направления смещения равновесия на основе термодинамических уравнений
Каждому параметру, влияющему на состояние равновесия, соответствует определённое термодинамическое уравнение (1.5), (1.6), (1.8), (1.9) или (1.12). По этим уравнениям можно оценить, как надо изменить параметр, чтобы сместить равновесие в нужном направлении. Особенности влияния каждого из параметров (Сi, pi, T, P) на направление смещения химического равновесия в соответствии с этими уравнениями рассмотрены в табл. 1.5, 1.6, 1.7.