§ 5.3. Хімічна рівновага. Принцип лє-шательє

Коли при хімічній взаємодії хоча б одне з вихідних речовин витрачається цілком, реакцію вважають необоротною, вона протікає до кінця. Наприклад, розкладання бертолетової солі:KClО₃  KCl+ 1,5 O₂ . Багато хімічних реакцій проходять зворотно. Їх особливість полягає в тому, що вони йдуть не до кінця, у системі завжди залишається (у більшій чи меншій кількості) кожне з вихідних речовин. До числа оборотних реакцій відноситься, наприклад:С_(Г) + Н₂О_(Г) = СО_2(Г) + Н_2(Г).Реакцію, що протікає зліва направо, називають прямою, а навпаки– зворотною. Якщо_прямий=_звор, стан системи називають хімічною рівновагою, його характеризують константою рівноваги .

–це співвідношення добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентрацій вихідних речовин, у ступенях їх стехіометричних коефіцієнтів.

Для гомогенних реакцій:

aA_(Г) + bB_(Г)  cC_(Г) + dD_(Г), 3Н₂+N₂2NH₃

,.

Для гетерогенних реакцій:

aА_(Т) + bВ_(Г) = cС_(Г) + dD_(Г) , C_(Т)+ O_2(Г) = СО_2(Г)

.

Особливістю константи рівноваги гетерогенних процесів є те, що концентрації твердо фазних речовин не входять до її виразу, оскільки вони визначаються тільки своєю поверхнею і залишаються сталими величинами, які вже ввійшли до значення самої константи.

Константа рівноваги залежить від природи речовин, температури. Присутність каталізатора в системі не впливає на значення , оскільки він знижуєЕ_Апрямої і зворотної реакцій на ту саму величину і тому однаково змінює швидкості прямої та зворотної реакцій. Каталізатор лише прискорює досягнення рівноваги, він не впливає на кількісний вихід продуктів реакції. К_Рне залежить від концентрації реагуючих речовин.

Хімічна рівновага рухлива (динамічна), її можна зміщувати, змінюючи різні фактори (C; Р; T) . Зсув хімічної рівноваги визначаєтьсяпринципом Лє-Шательє: якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, зовні впливати, то система протидіє цьому впливу, намагаючись його зменшити.

Якщо систему в стані рівноваги нагрівати (зовнішній фактор), то рівновага зміститься у бік ендотермічної реакції як внутрішнього фактора, який протидіятиме зовнішньому втручанню.

Якщо рівноважну систему охолоджувати, то система прискорить екзотермічну реакцію, як внутрішній фактор, що протидіє оходженню системи ззовні.

Підвищення тиску рівноважної системи призводить до зміщення рівноваги у бік утворення тих речовин, що займають менший об’єм, тобто у бік зменшення молів газуватих речовин і можуть таким чином протидіяти підвищенню тиску (за умови сталості об’єму).

Наприклад, у реакції N_2(Г)+3H_2(Г)→2NH_3(Г)

Коли в системі число молів () газуватих речовин не змінюється в ході обох реакцій, то зміна тиску не впливатиме на стан рівноваги.

Наприклад, у реакції Н_2(Г)+Cl_2(Г)→2HCl_(Г)

Задача.У якому напрямку відбудеться зсув хімічної рівноваги системи:N_2(Г) + 3H_2(Г) 2NH_3(Г), ΔН‹ 0 –(реакція екзотермічна)?

Розв’язок.

Реакція йде в прямому Реакція йде в зворотному

напрямку напрямку

якщо понизити температуру t⁰ С, якщо підвищити t⁰ C,

збільшити тиск P, зменшити тиск Р,

збільшити концентрації, збільшити.

зменшувати , тобто відводитиNH_{3 ,}

Задача. У гомогенній системіСО_(Г) + Сl_2(Г) COCl_2(Г) рівноважні концентраціїОбрахуйте і вихідні концентрації.

Розв’язок

.

У результаті реакції утворилося 1,2 моль/лСОСl₂, з огляду на коефіцієнти в рівнянні реакції витратилося 1,2моль/лСОі 1,2моль/лСl₂, а оскільки до моменту рівноваги залишилося 0,2моль/лСОі 0,3моль/лСl₂, то

Розглядаючи закони хімічної термодинаміки, було встановлено, що можливий перебіг тих процесів, у яких ΔG⁰₂₉₈<0(Р, Т = const), а оскільки за хімічної рівноваги йдуть оборотні процеси, то який саме процес буде переважати, можна визначити за зміною енергії Гіббса. Ми знаємо, що рівновага залежить не тільки від концентрації, але і від температури і тиску (для газоподібних систем).

Залежність від температури при постійному тиску зв'язана зі зміноюΔG⁰₂₉₈рівнянням:

ΔG⁰₂₉₈ = -2,3 RT lg , якщо R = 8,31·10^-3 кДж/моль·К; T = 298 K ΔG⁰₂₉₈ = -5,7 lg , кДж/моль.

Якщо lg> 0,тобто > 1, тодіΔG⁰₂₉₈< 0 рівновага зміщується у бік прямої реакції.

Якщо lg< 0, тобто < 1, тодіΔG⁰₂₉₈> 0 рівновага зміщується у бік зворотної реакції.

Питання для самоконтролю

1. Гомогенні і гетерогенні хімічні процеси.

2. Які фактори впливають на швидкість хімічних реакцій?

3. Закон діючих мас, його вираз?

4. Правило Вант-Гоффа, його вираз?

5.Умови встановлення хімічної рівноваги. Константа рівноваги.

6. Як і за яким принципом відбувається зсув рівноваги?

Р о з д і л 6

РОЗЧИНИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ. СЛАБКІ ЕЛЕКТРОЛІТИ