Лабораторная работа № 2 «Химическое равновесие»

Цель работы

Определить направление смещения химического равновесия для реакций, протекающих в жидкой и газообразной фазе.

Теоретическая часть

В природе лишь ограниченное число процессов (химических реакций) протекает необратимо. В зависимости от условий многие химические реакции могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Это означает, что исходные вещества не могут на 100% превратиться в продукты реакции, так как последние взаимодействуют между собой с образованием тех же исходных веществ. Такие реакции, называемые обратимыми, заканчиваются установлением химического равновесия, когда в системе присутствуют в той или иной концентрации все участники реакции. В состоянии равновесия в системе скорости прямой и обратной реакции равны, не происходит изменения концентраций реагентов и термодинамических функций состояния системы .

Соотношение концентраций в равновесной системе характеризуется величиной, называемой константой равновесия.

Например, для гомогенной реакции синтеза аммиака

кДж (1)

константа равновесия запишется:

;

Константа равновесия для каждой химической реакции имеет свое численное значение, которое не зависит от абсолютного значения концентраций, давления газообразных веществ или наличия в системе катализаторов. Однако К существенным образом зависит от температуры

Химическое равновесие, установившееся при определенных условиях (Р, Т, С), может поддерживаться как угодно долго, если условия не изменяются. При изменении условий (одного или сразу нескольких) равновесие смещается в сторону либо прямой, либо обратной реакции и устанавливается новое состояние равновесия.

Направление смещения равновесия определяется на основании принципа Ле-Шателье: «Если на равновесную систему оказать внешнее воздействие (изменить Р, Т, С), то равновесие сместится в сторону той реакции (прямой или обратной), которая частично компенсирует внешнее воздействие».

Например, для реакции (1) увеличение приводит к смещению равновесия в сторону прямой реакции, увеличение- в сторону обратной реакции. Нагревание равновесной смеси приводит к частичному разложению аммиака, то есть равновесие смещается в сторону обратной реакции, которая является эндотермической. Повышение общего давления в данной системе должно частично компенсироваться протеканием процесса, идущего с уменьшением числа молей газов, то есть равновесие смещается в сторону прямой реакции.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Обменная реакция между раствором хлорного железа и раствором роданида аммония сопровождается изменением окраски раствора.

(р-р) (р-р) (р-р) (р-р)

слабожелтый бесцветный интенсивно- бесцветный

- красный

При этом в реакционном сосуде устанавливается химическое равновесие, для которого константа равновесия имеет вид:

Ход работы:

1. В пробирку налить по 5мл 0,02 М растворов хлорного железа и роданида аммония, интенсивно встряхнуть. Раствор окрасится в темно-красный цвет.

2. Полученный раствор разлить в 4 пробирки. Первую пробирку оставить как эталон окраски.

3. Во вторую добавить 3-4 капли насыщенного раствора ; в третью – 3-4 капли насыщенного раствора; в четвертую – несколько кристаллов.

4. Результаты наблюдения занести в таблицу и сделать вывод о направлении смещения равновесия.

5. Раствор в 1-ой (эталонной) пробирке разбавить дистиллированной водой и сделать вывод о смещении равновесия в этом случае.

Таблица 1

Направление смещения равновесия

№ пробирки	Что добавлено	Изменения интенсивности окраски	Направление смещения равновесия
1		уменьшение	нет смещения
2		увеличение
3		увеличение
4		уменьшение

Опыт 2. Смещение химического равновесия для реакций, протекающих в газовой среде.

Обратимая химическая реакция димеризации оксида азота в газовой фазе сопровождается значительным изменением окраски

бурый бесцветный

Константа равновесия данной реакции имеет вид

Так как данная реакция имеет довольно существенный тепловой эффект, то изменение температуры приводит к заметному изменению цвета газовой смеси.

Ход работы:

1. Взять стеклянный прибор (см. рис.), заполненный смесью и, находящихся в состоянии химического равновесия при комнатной температуре. Отметить одинаковую интенсивность окраски в обеих частях прибора.

2. Поставить рядом два химических стакана: один – с горячей, а другой – с холодной водой.

3. Одновременно опустить прибор в оба стакана, наблюдать изменение окраски при охлаждении и нагревании смеси и. Занести опытные данные в таблицу.

. . . . .

. .

. .

. .

. . . . .

. . . . .

. . . . . .

Рис. Прибор для исследования смещения равновесия в газовой среде.

Таблица 2

Смещение равновесия при изменении температуры газовой смеси

Условия опыта	Окраска смеси	Концентрация	Смещение равновесия
Т комнатная	одинаковая	исходная	-
Охлаждение	менее интенсивная	уменьшилась
Нагревание	более интенсивная	увеличилась

Выводы:

1. Исследовано смещение равновесия для реакции в жидкой фазе.

2. Направление смещения равновесия в опыте 1 соответствует принципу Ле-Шателье.

3. Исследовано смещение равновесия при изменении температуры для реакции в газовой фазе.

4. При нагревании равновесие в опыте 2 смещается в сторону обратной реакции, т.е. прямая реакция является экзотермической, обратная - эндотермической.