|
|
|
|
|
Химическое равновесие и условие его смещения |
§ 26 |
|
• Какие химические реакции называют обрат имыми?
Известны такие химические реакции, которые при данных условиях до конца не идут. Так, при растворении в воде оксида серы(IV) может образоваться только определённое количество сернистой кислоты. Это объясняется тем, что сернистая кислота непрочная и происходит обратная реакция, т. е. разложение на оксид серы(IV) и воду. Следовательно, данная реакция не идёт до конца потому, что одновременно происходят две реакции — прямая (между оксидом серы(IV) и водой) и обратная (разложение сернистой кислоты):
SO2 + H2O H2SO3
Как вы помните, подобные химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях, называют обратимыми.
Химическое равновесие. Поскольку скорость химических реакций зависит от концентрации реагирующих веществ, то вначале скорость прямой реакции (v1) должна быть максимальной, а скорость обратной реакции (v2) равняться нулю. Концентрации реагирующих веществ с течением времени уменьшаются, а концентрации продуктов реакции увеличиваются. Поэтому скорость прямой реакции (v1) уменьшается, а скорость обратной реакции (v2) увеличивается. В определённый момент времени скорости прямой и обратной реакций становятся равными: v1 = v2.
Состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скоро- сти обратной реакции, называют ХИМИЧЕСКИМ РАВНОВЕСИЕМ.
В состоянии химического равновесия количественное соотношение между реагирующими веществами и продуктами реакции остаётся постоянным: сколько молекул продукта реакции в единицу времени образуется, столько их и разлагается. Однако состояние химического равновесия сохраняется до тех пор, пока остаются неизменными условия реакции: концентрация веществ, температура и давление.
Смещение химического равновесия. Многие химические продукты получают в результате обратимых химических реакций. Поэтому необходимо знать, при каких условиях в состоянии равновесия выход продукта увеличивается. Если при изменении условий (концентрации веществ, температуры, давления) в состоянии химического равновесия выход продукта увеличивается, то считают, что равновесие сместилось вправо, если уменьшается — то влево.
125
Смещение химического равновесия подчиняется правилу, названному
принципом Ле Шателье:
При изменении внешних условий химическое равновесие смещается в
сторону той реакции (прямой или обратной), которая ослабляет это внешнее воздействие.
Например, при производстве серной кислоты требуется окислить оксид серы(IV) в оксид серы(VI). Данная реакция является экзотермической и обратимой:
2SO2 + O2 2SO3 + Q
Экспериментально установлено, что эту реакцию эффективнее осуществлять при температуре 400 °С, повышенном давлении и с использо-
ванием катализатора.
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции:
2SO3 2SO2 + O2 – Q,
поэтому масса оксида серы(VI) в газовой смеси уменьшается (табл. 7).
Таблица 7
Массовая доля оксида серы(VI) в состоянии равновесия при разных температурах
Температура (°С), при которой |
Массовая доля SO3 (%) |
происходит реакция |
в газовой смеси |
|
|
400 |
99,2 |
|
|
500 |
93,5 |
|
|
600 |
73,0 |
|
|
1000 |
5 |
|
|
При повышении давления равновесие смещается в сторону реакции, ведущей к уменьшению объёма:
2SO2 + O2 2SO3 + Q
(Как видно из уравнения, из трёх объёмов газовой смеси образуются два объёма SO3, поэтому давление внутри системы уменьшается.)
126
При увеличении концентрации какого-либо компонента равновесие смещается в сторону уменьшения концентрации этого компонента. Если, например, в смеси, находящейся в химическом равновесии при 400 °C,
увеличится концентрация оксида серы(VI), то равновесие сместится в сторону исходных веществ.
Катализаторы в равной степени ускоряют как прямую, так и обратную реакции и поэтому не смещают равновесие, но ускоряют наступление равновесия. Роль катализаторов заключается в том, что они уменьшают энергию активации и реакция может протекать при более низкой температуре. Окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) выгодно проводить при 400 °C с участием катализатора — оксида ванадия (V), так
как скорость реакции без него при этой температуре недостаточна.
Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье
1.Сформулируйте закон действующих масс применительно к скорости химической реакции и к химическому равновесию.
2.Объясните, какую систему называют равновесной. Какие условия необходимы для смещения химического равновесия: а) экзотермической реакции; б) эндотермической реакции?
3.Даны уравнения реакций:
1) |
2HgO 2Hg + O2 + Q |
3) |
N2 + O2 2NO – Q |
|
2) |
N2 + 3H2 2NH3 + Q |
4) |
2H2 |
+ O2 2H2O + Q |
В |
какую сторону сместится |
равновесие |
каждой реакции при повышении: |
|
а) температуры; б) давления?
4. Домашний эксперимент. Растворение углекислого газа в воде — равновесный процесс. Газированная вода как раз и содержит такой раствор. Исследуйте выделение углекислого газа из воды в зависимости от давления и температуры (см. практическую работу 6). Для исследований используйте только воду в пластиковых бутылках.
Я могу объяснить влияние изменения концентрации одного из реагирующих
веществ температуры и давления на смещение химического равновесия.
127