Лабораторная работа № 2 химическая кинетика и химическое равновесие.
Скорость химической реакции измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема системы (для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции). В случае гомогенного процесса, протекающего при постоянном объеме, скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации какого-либо из реагирующих веществ в единицу времени. Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и от присутствия в системе катализатора. В тех случаях, когда для протекания реакции необходимо столкновение нескольких реагирующих частиц, зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов. Так, для реакции
А + 2В = АВ2
закон действия масс можно записать
=k[A][B]2
Химическое равновесие. Реакции, которые протекают в одном направлении и идут до конца, называются необратимыми. Большинство реакций являются обратимыми, т.е. протекают в противоположных направлениях и идут не до конца. В этом случае устанавливается подвижное химическое равновесие и скoрости прямого и обратного процессов становятся одинаковыми. Таким образом, химическое равновесие - это такое состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости противоположных реакций равны. Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными концентрациями. Изобразим обратимую реакцию в общем виде
aA + bB cC + dD
и выразим скорости прямой (1) и обратной (2) реакций.
1 = k1[A]a[B]b и 2 = k2[C]c[D]d
При равновесии 1 = 2, а значит
k1[A]a[B]b = k2 [C]c[D]d
и
ли
Но k1 и k2 для данной реакции при одной и той же температуре являются величинами постоянными, а значит и их отношение есть величина постоянная и называется константой химического равновесия К. Она зависит от природы реагирующих веществ и температуры, но не зависит от их концентрации. Соотношение для константы химического равновесия К есть уравнение закона действующих масс. Сам закон можно сформулировать следующим образом: в данной обратимой химической реакции при данной температуре отношение произведений равновесных концентраций веществ правой и левой частей уравнения, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, есть величина постоянная.
При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого-либо из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обратного процессов изменяются неодинаково, и химическое равновесие нарушается. В результате преимущественного протекания реакции в одном из возможных направлений устанавливается состояние нового химического равновесия, отличающееся от исходного. Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесию называется смещением химического равновесия. Направление этого смещения подчиняется принципу Ле-Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено. Так, повышение температуры приводит к смещению равновесия в направлении реакции, сопровождающейся поглощением теплоты; повышение давления вызывает смещение равновесия в направлении уменьшения общего числа молей газообразных веществ; удаление из системы одного из продуктов реакции ведет к смещению равновесия в сторону прямой реакции; уменьшение концентрации одного из исходных веществ приводит к сдвигу равновесия в направлении обратной реакции.