2.4.3 Влияние изменения температуры на смещение химического равновесия

Согласно принципу Ле-Шателье, при повышении температуры происходит смещение равновесия в сторону эндотермической реакции, то есть реакции, идущей с поглощением тепла.При понижении температуры равновесие смешается в направлении экзотермической реакции,идущей с выделением тепла.

УПРАЖНЕНИЕ 2.8

В какую сторону сместится равновесие гомогенной системы экзотермической обратимой реакции:

2SO_2(г.) + O_2(г.) 2SO_3(г.); = -239кДж/моль

Решение:Повышение температуры вызовет смешение равновесия влево (в сторону разложенияSO₃наSO₂иO₂); понижение температуры сместит равновесие вправо (в сторону образования молекул SO₃). Изменение температуры отразится на величине константы равновесия, т.к. в зависимости от природы веществ увеличение температуры на одинаковое число градусов вызовет неодинаковое увеличение скорости обеих реакций, вследствие чего концентрации веществ изменяются не пропорционально, и константа равновесия, соответственно, увеличивается или уменьшается.

УПРАЖНЕНИЕ 2.9

Напишите выражение для константы равновесия системы:

N_2(г.) + 3H_2(г.) 2NH_3(г.); = -92,4 кДж/моль.

Изменением, какого фактора (концентрации, давления или температуры) можно добиться уменьшения константы равновесия. В какую сторону сместится при этом равновесие системы?

Решение: Константа равновесия этой системы имеет вид:

В соответствии с законом сохранения массы веществ, константа равновесия не зависит от концентрации веществ и давления газов, следовательно, изменение может вызвать лишь изменение температуры реакции (влияние природы веществ). Для того, чтобы уменьшитьнадо чтобы концентрация NH₃ стала меньше концентрации N₂ и H₂, т.е. равновесие в системе должно смешатся влево. Такое смещение вызовет повышение температуры в системе, в соответствии с принципом Ле-шателье, т.к. обратная реакция эндотермическая.

Возможно одновременное изменение давления и температуры в системе. В этом случае надо отдельно разобрать влияние каждого фактора и на основании разбора сделать вывод о направлении смещения равновесия.

УПРАЖНЕНИЕ 2.10

В какую сторону сместится равновесие гомогенной системы

2А 2С+Д; DH<0, если увеличить давление в системе в 2 раза и одновременно понизить температуру на 30⁰?. Температурный коэффициент скорости прямой и обратной реакций равен, соответственно, 2,0 и 3,0.

Решение:Разберем влияние изменения давления на скорость каждой реакции. По закону действия масс: и.

Увеличение давления в 2 раза вызывает увеличение концентрации каждого из веществ в 2 раза (все вещества – газы), следовательно, скорости то же увеличиваются: , т.е. скорость увеличилась в 4 раза, , т.е. скорость увеличилась в 8 раз.

Изменение скоростей реакции, вызванное понижением температуры, рассчитываем на основании правила Вант-Гоффа: .

1. Для прямой реакции: , т.е. скорость уменьшилась в 8 раз.

2. Для обратной реакции: , т.е. скорость уменьшилась в 27 раз.

В итоге произведенных действий скорость прямой реакции изменилась в раза, а скорость обратной реакции – в раза, т.е. обе скорости уменьшились, но скорость прямой реакции все же больше скорости обратной реакции, следовательно, равновесие сместится в сторону прямой реакции.

МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

Важнейшие понятия и термины

К важнейшим понятиям и выражениям, впервые использованным в данной главе, относятся следующие:

Константа скорости – коэффициент пропорциональности между скоростью реакции и концентрациями реагентов в уравнении скорости.

Механизм химической реакции – подробная картина или модель протекания реакции; другими словами, это последовательность разрыва и образования связей, а также изменений в относительном расположении атомов при протекании реакции.

Скорость реакции – уменьшение концентрации какого-либо реагента или увеличению концентрации какого-либо продукта реакции со временем. Ее можно выразить как среднюю скорость за некоторый промежуток времени или как мгновенную скорость в определенный момент времени.

Энергия активации – минимальная энергия, которую должны получить реагенты в химической реакции, чтобы преодолеть барьер, препятствующий образованию продуктов.

Гетерогенное равновесие – равновесное состояние между веществами, образующими две или больше различных фаз, например, между газом и твердым веществом либо между твердым веществом и жидкостью.

Гомогенное равновесие – состояние равновесия, устанавливающееся между реагентами и продуктами, которые находятся в одинаковой фазе, например, между газами или между растворами веществ.

Закон действующих масс – правило составления выражения для константы равновесия через концентрации реагентов и продуктов в соответствии с полным химическим уравнением реакции.

Принцип Ле-Шателье - при внешнем воздействии на систему, находящуюся в состоянии равновесия, относительные концентрации реагентов и продуктов изменяются таким образом, чтобы частично ослабить результат этого воздействия.

Химическое равновесие – состояние химической системы, в котором скорость образования продуктов становится равной скорости образования реагентов из продуктов.