chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 146-147

1. Константа равновесия реакции (при Кс= 1 и Т= 1023 К):

a;=>[coj[hj/[co][h,o].

2. Принимаем, что концентрация вещества СО₂ в ходе реакции увеличилась на х молей, соответственно [СО₂] — 0 + х = х.

По уравнению реакции на столько же увеличилась концентрация водорода [Н₂] = 0 + х = х и уменьшилась концентрация СО, т. е. [СО] = 3 - х и [Н₂О] = 3 - _х.

3. Подставим равновесные концентрации в уравнение закона действующих масс:

К,= \ =jcc/(3-jc)(3-jc). Отсюда 9 - 6х + х² + х², т.е. х = 1,5 моль/л.

Соответственно [СО] = 1,5 моль/л, [Н₂] = 1,5 моль/л, [Н₂О] = 3 - х= 1,5 моль/л, [СО] = 3 — х= 1,5 моль/л.

Если бы константа равновесия была неизвестна, то ее можно было вычислить из термодинамических данных реакции, т.е. по уравнениям (5.26) и (5.27):

К, = Л-„(Л7)-" и К, = ехр(- Д<?/Л7).

Можно решить и обратную задачу, т.е. по известным равновес­ным концентрациям определить константу равновесия, а за­тем — начальные концентрации исходных веществ, если известны начальные концентрации продуктов реакции.

Итак, на основе закона действующих масс можно рассчитать равновесные концентрации реагирующих веществ, если известны их исходные концентрации, а также решить обратную задачу.

Принцип Ле Шателье. При внешнем воздействии на систему происходит смещение химического равновесия, т.е. изменение рав­новесных концентраций исходных веществ и продуктов реакции. Если в результате внешнего воздействия увеличиваются равновес­ные концентрации продуктов реакции, то говорят о смещении рав­новесия вправо. Если вследствие внешнего воздействия увеличива­ются равновесные концентрации исходных веществ, то говорят о смещении равновесия влево.

Характер смещения под влиянием внешних воздействий можно прогнозировать, применяя гринцип Ле Шателье, назван­ный в честь французского ученого: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смеща­ется в таком направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.

Принцип Ле Шателье следует из закона действующих масс. Если система находится при постоянной температуре, то константа равновесия при внешних воздействиях остается постоянной. По­этому любое изменение равновесных концентраций (парциальных давлений) одного или нескольких веществ должно приводить к та­кому изменению равновесных концентраций (парциальных давле-

146

ни) других веществ, чтобы соблюдалось постоянство константы I. Проиллюстрируем правило Ле Шателье на примере ре-получения водорода конверсией метана:

СН₄ + 2Н₂О(г) *± СО₂ + 4Н₂ ^=[СО₂[Н₂]⁴/[СН₄][Н₂О]².

1. Влияние концентраций (парциальных давлений) компонен-з системы. Если, например, в систему добавить метан, т. е. уве-цчить его концентрацию, то равновесие системы нарушается. 1ри этом ускорится прямая реакция, что приведет к увеличению энцентрации продуктов реакции СОг и Нг и уменьшению кон­центрации водяного пара, т.е. равновесие смещается вправо. Про­цесс будет протекать до тех пор, пока не установится новое равно-есие. Новые равновесные концентрации всех компонентов будут «ими, чтобы константа равновесия оставалась постоянной. 1И в систему ввести дополнительное количество диоксида угле-

1. то в соответствии с принципом Ле Шателье равновесие сме- ятся влево.

2. Влияние общего давления в системе. Если в результате реак- ш изменяется число молей газообразных веществ, то изменение эщего давления в системе вызывает смещение равновесия. В со-

гствии с принципом Ле Шателье увеличение общего давления системе вызывает смещение равновесия в сторону уменьшения |*исла молей газообразных веществ, т.е. в сторону уменьшения дав-ения. Для рассматриваемой реакции, увеличение давления долж-смещать равновесие влево (слева Zv, = 3, справа Zv, = 5).

3. Влияние температуры. С увеличением температуры равнове- е смещается в сторону эндотермических реакций, т.е. реакций,

Вротекание которых обеспечивает поглощение теплоты. Как указы-чось ранее, повышение температуры вызывает увеличение кон-гы равновесия, а соответственно возрастают отношения кон-ентраций продуктов реакции к концентрациям исходных веществ, t.e. равновесие смещается в сторону эндотермических реакций. 1апример, увеличение температуры вызывает смещение равнове-рассматриваемой реакции получения водорода (АН > 0) в пра-сторону, а для экзотермической реакции: 2Нг + СЬ = 2НгО Ш< 0) — в левую сторону.

Итак, принцип Ле Шателье позволяет прогнозировать влияние Различных внешних воздействий на смещение равновесия.

147