Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия. М.: Висш.школа,1969.408с.§32,33,34,35,36.

Практична робота № 7

Тема роботи - Розрахунок константи хімічної рівноваги, а також вивчення впливу температури, тиску, концентрації на хімічну рівновагу.

Мета роботи – навчитися розраховувати:

1). константу рівноваги гомогенної та гетерогенної реакції;

2). склад рівно вагових сумішей;

3). параметри, змінюючи які можна викликати зміщення хімічної рівноваги;

4). залежність константи рівноваги від температури

Теоретичне обґрунтування

Оборотні реакції не відбуваються до кінця і закінчуються встановленням хімічної рівноваги. В момент рівноваги швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції, а відношення добутку концентрацій отриманих речовин до добутку концентрацій вихідних речовин є величина постійна при постійній температурі і називається константою хімічної рівноваги.

Для реакції загального виду

m ₁A + n ₂B ↔ m ₃C + n ₄D

Κ_c = C_c ⁿ³ C_D ⁿ⁴ / C_A ⁿ¹ C_B ⁿ² , де

n₁ , n₂ , n₃ , n₄ – стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції

C_A , C_B , C_c , C_D - рівноважні концентрації речовин, що беруть участь в реакції, моль / л.

Для реакції між газами замість рівноважних концентрацій використовують величину парціального тиску:

Κ_р = Р_c ⁿ³ Р_D ⁿ⁴ / Р_A ⁿ¹ Р_B ⁿ²

між Κ_р і Κ_c існує зв’язок

Κ_р = Κ_c (RT)^Σn, де

Σn – алгебраїчна сума стехіометричних коефіцієнтів учасників реакцій.

Для обчислення Σn число молей речовин, які утворилися, беруть зі знаком (+), а речовин, що вступають в реакцію, зі знаком (-). Для проведеної раніше реакції:

Σn = n₃ + n₄ – n₁ – n₂

Хімічна рівновага залежить від концентрації реагуючих речовин, температури, тиску. При зміщенні хоча б одного з факторів спостерігається порушення або зміщення рівноваги в прямому чи зворотному напрямку.

Якісний напрямок зміщення рівноваги можна установити користуючись принципом Ле-Шателья.

Так, зниження концентрації вихідних речовин викликає зниження концентрації продуктів реакції.

Підвищення температури підсилює реакцію, що йде з поглинанням тепла.

Підвищення тиску підсилює реакції, що йде зі зменшеним числом молей газів.

Приклад 1 При нагріванні гідрогену та йоду в замкнутому об’ємі до 444°C відбувається реакція:

Н₂ + Ι₂ ↔2НІ

Рівноважна суміш при цій температурі містить 5,64 моль НІ; 0,12 моль І₂ ; 5,28 моль гідрогену. Обчислити константу рівноваги реакції та вихідні концентрації гідрогену та йоду.

Рішення:

Κ_c = С²_НІ / С_Н2 * С_І2 ;

Κ_c = 5,64² / 0,12 * 5,28 = 50,19

Визначаємо вихідні концентрації І₂ та Н₂. згідно рівняння реакції, для утворення 2 моль НІ витрачається 1 моль Н₂ та 1 моль І₂. Треба скласти пропорцію:

для утворення 2 моль НІ треба 1 моль Н₂ ,

а для 5,64 моль НІ – х моль Н₂

х = 5,64 * 1 / 2 = 2,62 (моль)

Для І₂ пропорція аналогічна:

2 Моль ні – 1 моль і2

5,64 Моль ні – х моль і2

х = 1 * 5,64 / 2 = 2,82 (моль)

Враховуючи рівноважні концентрації Н₂ І₂ , визначаємо початкові концентрації.

С_{Н2(початк).} = 2,82 + 5,28 = 8,1 моль

С_{І2(початк.)} = 2,82 + 0,12 = 2,94 моль

Приклад 2. Рівновага реакції 2SO₂ ↔2SO₃ настає при наступних концентраціях реагуючих речовин:

С_SO2 = 0,2 моль / л; С_О2 = 0,1 моль / л; С_SO3 = 1,8 моль / л.

Розрахувати як зміняться швидкість прямої і зворотної реакції якщо зменшити об’єм, що займають гази, в 3 рази?

Рішення

Згідно закону дії мас, швидкість прямої і зворотної реакції визначається:

V_пр = К₁ С² _SO2 C_O2

V_звор. = К₂ С² _SO3

При зменшенні об’єму в 3 рази концентрація газів, що беруть участь в реакції зростає в 3 рази. Тоді швидкості прямої та зворотної реакцій будуть дорівнювати:

V ¹ пр = К₁ (3С_SO2)² 3C_O2

V¹ _звор. = К₂ (3С_SO3)²

Визначаємо як змінились швидкості прямої та зворотної реакцій.

V ¹ пр / V_пр = (К₁ (3SO₂)² 3C_O2) / К₁ С² _SO2 C_O2 =

(К₁ 9С² _SO2 3C_O2 ) / К₁ С² _SO2 C_O2

Після скорочення маємо:

V ¹ пр / V_пр = 27

Для зворотної реакції :

V¹ _звор / V_звор = К₂ (3С_SO3)² / К₂ С² _SO3 = К₂ 9С_SO3 / К₂ С² _SO3

Після скорочення маємо:

V¹ _звор / V_звор = 9

Приклад 3 В яку сторону зміститься рівновага реакції

2СО↔С + СО₂ + 109,5 кДж / моль

1). При збільшенні концентрації вихідних речовин

2). При підвищенні тиску

3). При підвищенні температури

Рішення

Використовуємо принцип Ле-Шательє

1) При збільшенні концентрації СО , збільшується швидкість прямої реакції і рівновага зміщується зліва на право

2) Підвищення тиску прискорює реакцію , що йде в бік меншого числа молей газу. Зліва 2 моль газу СО, а з права 1 моль СО. «С» --тверда речовина.

Рівновага зміститься в право.

3) В прямому напрямку реакція виділяє тепло, значить у зворотному - поглинає тепло. Тобто, підвищення температури прискорює реакцію, що йде з поглинанням тепла. В даному випадку при підвищенні температури рівновага зміщується ліворуч.