Смещение химического равновесия.
При изменении условий протекания реакции ( состава смеси, давления, температуры ) состояние равновесия смещается в сторону протекания прямой ( слева направо ) или обратной ( справа налево ) реакции.
Направление смещения равновесия в качественной форме подчиняется принципу Ле-Шателье: изменение условий в равновесной системе приводит к смещению равновесия в направлении протекания процесса, ослабляющего произведенное воздействие.
а). Влияние состава реакционной смеси.
При увеличении концентраций ( парциальных давлений ) исходных веществ или при уменьшении концентраций продуктов реакции равновесие смещается в сторону протекания прямой реакции ( вправо );
при увеличении концентраций продуктов реакции или уменьшении концентраций исходных веществ равновесие смещается в сторону протекания обратной реакции ( влево ).
б). Влияние температуры.
При увеличениитемпературы равновесие смещается в сторону протеканияэндотермической реакции (Н0 );
при уменьшениитемпературы равновесие смещается в сторону протеканияэкзотермическогопроцесса (Н0 ).
в). Влияние общего давления в системе.
При увеличении общего давления ( уменьшении объема ) равновесие смещается в сторону протекания той реакции, при которойуменьшаетсяколичествогазообразныхвеществ ( в сторону уменьшения суммарного объема газов ).
ПРИМЕР 1.
Для химической реакции: 2 ZnS(т) + 3O2(г) = 2ZnO(т) + 2SO2(г)
А). определите направление самопроизвольного ее протекания в стандартных условиях.
Рассчитываем энергию Гиббса реакции по уравнению ( 6 ):
Gх.р., = 2 Gf,298(ZnO) + 2 Gf,298(O2) - 2 Gf,298(ZnS) - 3 Gf,298(SO2)
стандартные значения термодинамических величин выписываем из таблицы ( приложение ):
Gх.р.,= 2 (-318.23) + 2 (-300.2) – 2 (-198.21) – 3 (0) =- 845.88 кДж 0, следовательно при стандартных условияхвозможна прямая реакция.
Б). Определите направление протекания реакции при Т = 1000 К.
Т.к. условия отличны от стандартных, для расчета энергии Гиббса реакции воспользуемся уравнением ( 7 ) : GТ =HТ – ТST , где Т = 1000 К
Значения теплоты реакции и изменение энтропии слабо зависят от температуры, поэтому можно принять, что : Hf, ТHf,289, ST S298 , тогда:
H298= - 889.8 кДж ( см. пример 2 предыдущей л.р. )
S298 = 2 SТ(ZnO) + 2 SТ( SO2) - 2 SТ(ZnS) - 3 SТ(O2) =
= 2 43.5 + 2 248.1 – 2 37.7 – 3 205.03 = - 147.29 Дж/К - 0.1473 кДж/К ( по ур. ( 3 ))
G Т = - 889.8 – 1000 (- 0.1473 ) = - 742.5 кДж0, следовательно при 1000 К реакция идет в прямом направлении.
В). напишите выражение константы равновесия Кр и рассчитайте ее значение для стандартных условий и при Т = 1000 К.
В соответствии с ЗДМ ( ур-ние 8 ) для гетерогенныхреакций Кр = Р2(so2)/Р3(o2), остальные участники реакции – твердые вещества.
Величина константы равновесия рассчитывается по уравнению ( 9 ): lgKp= -Gf, Т/2.3RT
для Т = 298 К: lgKp= - ( - 845880 ) /2.3 8.31 298 = 148.5 , Кр10148
для Т = 1000 К: lgKp= - ( - 742500 )/2.3 8.31 1000 = 38.8 , Кр1039
Г). определите температурный интервал, в котором возможно протекание данной реакции.
Процесс возможен при условии G Т 0, следовательно для определения температурного интервала, при котором реакция возможна, необходимо решить неравенство:
GТ =HТ – ТST 0 относительно Т. Подставляя значенияHТ и ST, полученные в п.А, получим ТHТ / ST= - 889.8/- 0.1473 = 6041 К
т.е. реакция может протекать в прямом направлении при температурах ниже 6041 К. Такая температура в обычных условиях недостижима, из чего можно сделать вывод о том, что данная реакция практически необратима.