П р и м е р 3. Вычислить равновесные концентрации [h2] и [i2] в реакции

H₂ + I₂ « 2НI, если их начальные концентрации составляли по 0,03 моль/л, а равновесная концентрация [НI] = 0,04 моль/л. Вычислить константу равновесия.

Р е ш е н и е. На образование 0,04 моля НI в соответствии с уравнением реакции требуется по 0,02 моля H₂ и I₂, отсюда их равновесные концентрации составляют 0,03-0,02 = 0,01 моля и

K = 0,04² / (0,01 ·1,1²) = 16.

 

П р и м е р 4. В реакции Н₂ + I₂ « 2HI исходные концентрации H₂ и I₂ равны каждая 1 моль/л. Вычислить равновесные концентрации веществ, если константа равновесия равна 50.

Р е ш е н и е. Предположим, что к моменту равновесия прореагировало по х молей Н₂ и I₂, тогда равновесные концентрации [H₂] и [I₂] будут по (1- х ) молей, а равновесная концентрация [НI]=2х молей. Поставим эти величины в выражение для константы равновесия:

(2х)² / [(1- х ) (1- х )] = 50, откуда х = 0,78

Следовательно, равновесные концентрации [H₂] = [I₂] = 0,22; [НI] = 1,56.

Состояние химического равновесия сохраняется при неизменных условиях (концентрация, температура, давление). Всякое изменение этих равновесных условий нарушает состояние равновесия, нарушается равенство скоростей прямой и обратной реакции. Таким образом, изменение внешних условий вызывает смещение химического равновесия и переход в новое равновесное состояние.

П р и м е р 5. В каком направлении сместится равновесие в системе

N₂ + 3H₂ « 2NH₃ – 22 ккал,

а) при увеличении концентрации N₂, б) при увеличении концентрации H₂, в) при повышении температуры, г) при уменьшении давления?

Р е ш е н и е. Увеличение концентрации веществ, стоящих в левой части уравнения реакции по правилу Ле Шателье должно вызвать процесс, стремящийся ослабить оказанное воздействие, привести к уменьшению концентрации, т.е. равновесие смещается вправо ( случай а и б). Реакция синтеза аммиака – экзотермическая.

Повышение температуры в этом случае должно вызвать смещение равновесия влево – в сторону эндотермической реакции, ослабляющей оказанное воздействие (случай в).

Уменьшение давления (случай г) будет благоприятствовать реакции, ведущей к увеличению объема системы, т.е. в сторону образования азота и водорода. Это значит, что равновесие сместится влево.

Следует отметить, что изменение давления оказывает смещающие действия на равновесие только в тех системах, где в ходе реакции происходит увеличение или уменьшение объема. Так, в приведенной выше реакции синтеза аммиака в левой части уравнения реакции 1 объем азота и 3 объема водорода (всего 4 объема), а в правой части – 2 объема аммиака. Здесь в ходе реакции объем уменьшается, поэтому изменение давления приводит к смещению равновесия в системе.

Для системы Н₂ + Сl₂ « 2НСl изменение давления смещать равновесие не будет, так как объем в ходе этой реакции не изменяется (слева и справа по 2 молекулярных объема).

Задания для контроля усвоения темы

1. Расставьте коэффициенты в уравнениях химической реакции.

Как изменятся скорости химических реакций, если а) концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза; б) давление уменьшить в 4 раза.

1. H₂S + SO₂  S + H₂O

2. H₂ + O₂  H₂O + Q

3. CO₂ + C  CO – Q

4. N₂ + H₂  NH₃ + Q

5. CuO + H₂  Cu + H₂O – Q

6. CO + H₂O  CO₂ + H₂ + Q

7. N₂ + O₂  NO – Q

8. NO + O₂  NO₂ – Q

9. Fe₂O₃ + CO  FeO + CO – Q

10. C + H₂O  CO + H₂ – Q

11. HCl + O₂  H₂O + Cl₂ – Q

12. CO + O₂  CO₂ + Q

13. CO + Cl₂  COCl₂ + Q

14. CaO + CO₂  CaCO₃ + Q

15. SO₂ + O₂  SO₃ + Q

Напишите выражение скорости каждой реакции, дайте числовой ответ и определите направление смещение равновесия реакции.

2. Можно ли с помощью катализаторов сместить химическое равновесие? Какова их роль при обратимых реакциях.

3. В системе 2CO + O₂ = 2CO₂ концентрацию CO увеличили от 0,06 до 0,04 моль/л, а концентрацию О₂ – от 0,04 до 0,12 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

4. В системе N₂ + 3H₂  2NH₃ при 200⁰С стандартном давлении установилось равновесие. Во сколько раз увеличивается давление, если объём уменьшить в

2 раза?

5. Найдите константу равновесия реакции N₂O₄  2NO₂, если начальная концентрация N₂O₄ составляла 0,08 моль/л, а к моменту наступления равновесия диссоциировало 50⁰/₀ N₂O₄.

6. Определите исходные концентрации Н₂ и О₂ и константу равновесия обратимой реакции 2Н₂ + О₂  2Н₂О₂, если равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [Н₂О]=0,66 моль/л, [Н₂]= 0,24 моль/л, [О₂]= 0,12 моль/л.