Хімічна рівновага основні поняття та визначення

Оборотні реакції	- реакції, які одночасно відбуваються у двох взаємно протилежних напрямках.
Хімічна рівновага	- стан системи, при якому швидкості прямої і зворотної реакцій однакові.
Константа хімічної рівноваги К	- відношення константи швидкості прямої реакції kпр до константи швидкості зворотної реакції kзв, або відношення добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентрацій вихідних речовин у степенях, що дорівнюють їхнім стехіометричним коефіцієнтам: .
Зміщення хімічної рівноваги	- перехід реакційної системи з одного стану рівноваги в інший.
Принцип Ле Шательє	- якщо умови, за яких система знаходиться в рівновазі змінити, рівновага зміщується в напрямку процесів, які протидіють цій зміні.

Приклади виконання завдань

Приклад 1. Розрахунок константи рівноваги реакції за рівноважними концентраціями реагуючих речовин і визначення їхніх вихідних концентрацій.

Розрахувати константу рівноваги реакції , та вихідні концентрації SO₂іO₂, якщо на момент рівноваги встановилися концентрації: [SO₂] = 1,8 моль/л, [О₂] = 0,9 моль/л, [SO₃] = 4,2 моль/л.

Розв’язання. Константа рівноваги К визначається відношенням добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентрацій вихідних речовин, взятих у степенях, рівних стехіометричним коефіцієнтам. Для даної реакції К розраховується за формулою:

Вихідні концентрації сульфур(IV) оксиду і кисню знаходимо на підставі рівняння реакції та за формулою С_вих=С_реаг+С_рівн.

Як видно з рівняння реакції з 2 моль SO₂утворюється 2 моль SO₃. Отже на утворення 4,2 моль SO₃витрачається 4,2 моль SO₂.

Тоді (моль/л).

Розраховуємо . Як видно з рівняння реакції 1 моль О₂дає 2 моль SO₃, тоді 4.2 моль SO₃потребують 2,1 моль О₂і=2,1+0,9=3,0 (моль/л).

Приклад 2. Визначення рівноважної концентрації за величиною константи рівноваги та обчислення вихідних концентрацій реагуючих речовин.

При деякій температурі константа рівноваги реакції дорівнює0,415.Визначити рівноважну і вихідну концентрації хлору та вихідну концентрацію нітроген(II) оксиду, якщо на момент рівноваги встановилися концентрації: [NO] = 0,4моль/л, [NOCl]=0,1моль/л.

Розв’язання. Оскільки константа рівноваги даної реакції обчислюється через рівноважні концентрації за формулою , то рівноважна концентрація хлору розраховується за формулою:;

(моль/л).

Вихідні концентрації NO і Cl₂пов’язані з рівноважними концентраціями співвідношенням: С_вих = С_реаг + С_рівн.

Кількість NO і Cl₂, що прореагували, знаходимо на підставі рівняння реакції. Як видно з рівняння для утворення 2 моль NOCl витрачається 2 моль NO, тоді для утворення 0,1 моль NOCl має прореагувати 0,1 моль NO. Таким чином

С_{вих NO} = 0,1 +0,4 = 0,5 (моль/л).

Аналогічні міркування і стосовно хлору. На утворення 2 моль NOCl витрачається 1 моль Cl₂, а на утворення 0,1 моль NOCl необхідно 0,05 моль Cl₂. Отже (моль/л).

Приклад 3. Визначення напрямку зміщення хімічної рівноваги за принципом Ле Шательє.

Як треба змінити а) температуру, б) тиск, в) концентрації реагуючих речовин для зміщення рівноваги в системі

кДж

в сторону утворення метанолу.

Відповідь. Напрямок зміщення рівноваги визначається за принципом Ле Шательє: якщо на систему, що перебуває у стані рівноваги, чиниться будь-який зовнішній вплив, то він сприяє перебігу тієї з двох протилежних реакцій, яка протидіє цьому впливу.

а) Оскільки реакція утворення СН₃ОН (ΔН >0) ендотермічна, тобто супроводжується поглинанням теплоти, то для зміщення стану рівноваги в бік прямої реакції треба підвищити температуру.

б) Оскільки пряма реакція супроводжується зменшенням числа молей газоподібних речовин, тобто зменшенням тиску в системі, то для зміщення рівноваги в бік прямої реакції треба підвищити тиск.

в) Для зміщення рівноваги в бік утворення метанолу необхідно збільшити концентрації вихідних речовин СО₂ і Н₂ та зменшити концентрацію продукта реакції СН₃ОН.