2.Равновесие

Химическое равновесие — состояние химической системы, в котором обратимо протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямая-обратная реакция равны между собой. Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем.

А₂ + В₂ ⇄ 2AB

Поведение системы, которая находиться в химическом равновесии, описывается принципом Ле Шателье:

Факторы влияющие на химическое равновесие:

1) температура

При увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической (поглощение) реакции, а при понижении в сторону экзотермической (выделение) реакции.

CaCO3=CaO+CO2 -Q t↑ →, t↓ ←

N2+3H2↔2NH3 +Q t↑ ←, t↓ →

2) давление

При увеличении давления химическое равновесие смещается в сторону меньшего объёма веществ, а при понижении в сторону большего объёма. Этот принцип действует только на газы, т.е. если в реакции участвуют твердые вещества, то они в расчет не берутся.

CaCO3=CaO+CO2 P↑ ←, P↓ →

1моль=1моль+1моль

3) концентрация исходных веществ и продуктов реакции

При увеличении концентрации одного из исходных веществ химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а при увеличении концентрации продуктов реакции-в сторону исходных веществ.

S2+2O2=2SO2 [S],[O]↑ →, [SO2]↑ ←

Катализаторы не влияют на смещение химического равновесия.

Задача 1

Вывод:

1. Т. к. реакция экзотермическая (), то с увеличением температуры константа равновесия убывает, равновесная степень превращения убывает по принципу Ле Шатель, равновесие реакции смешается в сторону продуктов А и В, поэтому мольные доли исходных веществ А и В растут, а мольные доли продуктов С падают. Реакцию следует проводить при низких температурах.

2. Т. к. реакция идет с увеличением числа молей, то с уменьшением давления равновесие реакции будут смешаться в сторону продуктов А и В, поэтому мольные доли исходных веществ с уменьшением давления растут, а мольные доли продуктов С падают.

3.Кинетика

Химическая кинетика – раздел изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.

Системы, в которых происходит химическое превращение, могут быть открытыми и замкнутыми. Замкнутой называют систему, в которой отсутствует материальный обмен с окружающей средой. Системы, в которых имеет место материальный обмен с окружающей средой, называются открытыми системами. В таких системах изменение количества вещества может происходить не только в результате химической реакции, но и в результате массообмена.

Реакции делятся на обратимые и необратимые. Необратимые реакции протекают только в одном направлении : от исходных веществ к продуктам, слева направо. Обратимые реакции протекают одновременно как от исходных веществ к продуктам, так и наоборот.

Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.

Закон действующих масс, согласно которому скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени.

Скорость химической реакции – это число элементарных актов химического взаимодействия, совершающихся за единицу времени в единице реакционного пространства.

Скоростью химической реакции по некоторому компоненту называют изменение в результате химической реакции количества (объема, массы) этого компонента в единицу времени в единице объема.

Скорость пропорциональна концентрациям реагирующих веществ, поскольку при этом повышается вероятность столкновения молекул реагирующих веществ в единице объема. Если в ходе реакции взаимодействуют два вещества, ключевым называют то одно из исходных веществ, которое находится в недостатке от стехиометрии.

По уравнению ( 5 ) парциальное давление вещества в идеальной газовой смеси представляет собой произведение общего давления смеси на мольную долю компонента:

где P_A2 –парциальное давление компонента А

P- общее давление газовой смеси

Z_A2 - мольная доля вещества А (доли единицы) в конечной смеси

Для простой кинетики общая скорость реакции представляет собой разность скоростей прямой и обратной стадии.

Скорость прямой стадии зависит от произведения константы скорости и парциальных давлений исходных веществ, взятых в степенях, равных соответствующим стехиометрическим коэффициентам исходных веществ.

Скорость обратной реакции – от произведения константы скорости и парциальных давлений конечных веществ, взятых в степенях, равных соответствующим стехиометрическим коэффициентам конечных веществ.

По формулам (6) и (7) можно представить общий вид уравнения Аррениуса:

Где – предэкспоненциальные сомножители для прямой и обратной реакции;

Е₁,Е₂ – энергии активации для прямой и обратной реакций дж/моль;

R – универсальная газовая постоянная, равна 8,31 дж/(моль К);

Т – абсолютная температура.

Задача

Вывод:

1. Т. к. реакция экзотермическая (), то с увеличением температуры скорость прямой реакциибудет меньше зависеть от температуры, чем, поэтому скорость суммарной реакции будет иметь максимум в области низких температур. Реакцию следует проводить при низких температурах.

2. Т. к. реакция идет с уменьшением числа молей, то с увеличением давления скорость прямой реакции будет сильнее от него зависеть

(y=)

(y=)

Поэтому график суммарной скорости реакции будет иметь в области низкого давления минимум, а при увеличении давления возрастать. Реакцию следует проводить при высоком давлении.

3. Т. к. с увеличением степени превращения , 0,2<0, 4<0,6 скорость суммарной реакции падает, тоU(0,2)>U(0,4)>U(0,6).