Подставим сюда указанные в условии задачи равновесные концентрации

K_C = 2,1/0,3 ^. 1,1² =16

Пример 3. Вычислить равновесные концентрации Н₂ и I₂ в реакции Н₂ + I₂ ¬® 2HI, если их начальные концентрации составляли по 0,03 моль/л, а равновесная концентрация [НI]=0,04 моль/л. Вычислить константу равновесия К_с

Решение. На образование 0,04 моля HI в соответствии с уравнением реакции расходуется по 0,02 моля На п la, отсюда их равновесные концентрации составляют 0,03—0,02=0,01 моля, а константа равновесия

K_C = 0,04²/0,01 ^. 0,01 =16

Пример 4. В реакции Н₂ + I₂ ¬® 2HI исходные концентрации Н₂ и I₂ равны каждая по 1 моль/л. Вычислить равновесные концентрации веществ, если константа равновесия равна 50.

Решение. Предположим, что к моменту равновесия прореагировало по х молей Н₂ и I₂, тогда равновесные концентрации [H₂] и [I₂] будут по (1—х) молей, а равновесная концентрация [НI]-2x моль. Подставим эти величины в выражение константы равновесия:

(2x)²/[(1–x)(1+x)] = 50 , откуда x = 0,78

Следовательно, равновесные концентрации [H₂] = [I₂] = 0,22 и [НI]=1,56.

Пример 5. Равновесные концентрации веществ в реакции 2СО+0₂¬®2С0₂ равны: [С0]=0,3 моль/л; [О₂]=0,1 моль/л; [С0₂]=0,2 моль/л. Вычислить исходные концентрации веществ и константу равновесия Кс.

Решение. Из уравнения реакции следует, что на образование 2 молей СO₂ требуется 2 моля СО, следовательно, на образование 0,2 моля СО₂ потребовалось 0,2 моля СО. Отсюда исходная концентрация СО (Ссо) равна 0,3+0,2=0,5 моль/л. Стехиометрическое отношение Со₂: Ссо,= 1 : 2, т. е. на образование 0,2 моля С0₂ затрачено 0,1 моля О₂, откуда исходная концентрация О₂ (Со₂) равна 0,1+0,1=0,2 моль/л. Константа равновесия K_C=0,2²/0,3^{2 .} 0,1. Итак, Ссо=0,5 моль/л; Со₂ =0,2 моль/л; Кс = 4,44.

Пример 6. Вычислить константы равновесия Кр и Кс газовой реакции CO+Cl₂¬®COCI₂,

если состав газовой смеси при равновесии был следующим (% по объему): С0=2,4; С1₂=12,6; COCl₂==85,0, а общее давление смеси при 20 °С составляло 1,033 ^. 10⁵ Па.

Решение. Для вычисления К_р необходимо вычислить парциальные давления компонентов газовой смеси:

р_со = 0,024 ^. 101300 = 2431,2 Па,

p_Сl2 =0,126 ^. 101300 = 12763,8 Па,

p_COCl2=0,85 ^. 101300 = 86105,0 Па.

Подставив полученные величины в выражение Кр, получим:

Кр = p_COCl2 / р_со p_Сl2 = 86105/2431,2 ^. 12763,8 = 2,77 ^. 10^–3 Па^–1

Для реакций, протекающих в газовой фазе, взаимосвязь между величинами Кр и Кс выражается формулой

Кр = Кс (RT)^Sn,

где Sn — алгебраическая сумма числа молей газов в смеси: Sn = n₃ – n₂ – n_1. Число молей продуктов реакции берется со знаком плюс, число молей исходных веществ — со знаком минус. Oтсюда (Sn = –l)

Kc=2,77•10^–3/(8,314•293)^–1 =2,77•10^–3 *8,314*293=6,74.

Состояние химического равновесия сохраняется лишь при неизменных условиях (концентрация, температура, давление). Всякое изменение этих равновесных условий (параметров равновесия) нарушает состояние равновесия (нарушает равенство скоростей прямой и обратной реакций). Таким образом, изменение равновесных условий вызывает смещение химического равновесия и переход в новое равновесное состояние.

Смещение химического равновесия подчиняется правилу Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо внешнее воздействие (изменить температуру, концентрацию, давление), то это воздействие благоприятствует той из двух противоположных реакций, .которая ослабляет оказанное воздействие.

Пример 7. В каком направлении сместится равновесие в системе

N₂+3H₂ ¬® NH₃ +Q (DH<0):

а) при увеличении концентрации N₂, б) при увеличении концентрации H₂, в) при повышении температуры, г) при уменьшении давления?

Решение. Повышение концентрации веществ, стоящих в левой части уравнения реакции, по правилу Ле Шателье должно вызвать процесс, стремящийся ослабить оказанное воздействие, — привести к уменьшению концентрации азота и водорода, т. е. равновесие сместится вправо (случаи а и б).

Реакция синтеза аммиака экзотермическая. Повышение температуры в этом случае должно вызвать смещение равновесия влево — в сторону эндотермической реакции, ослабляющей оказанное воздействие (случаи в).

Уменьшение давления (случай г) будет благоприятствовать реакции, ведущей к увеличению объема системы, т. е. в сторону образования азота и водорода. Это значит, что равновесие сместится влево.

Следует подчеркнуть, что изменение давления оказывает смещающее воздействие на равновесие только в тех системах, где в ходе реакции происходит увеличение или уменьшение объема. Так, в реакции синтеза аммиака в левой части уравнения реакция 4 мольных объема (1 объем азота и 3 объема водорода), а в правой части 2 объема аммиака. Здесь в ходе реакции объем уменьшается, поэтому изменение давления приводит к смещению равновесия в системе.

В системе H₂ + Cl₂ ¬® 2HCl изменение давления не вызовет смещения равновесия, так как объем в ходе реакции не изменяется (слева и справа по 2 мольных объема).

Пример 8. В обратимой реакции H₂ + I₂ ¬® 2HI равновесие установилось при следующих концентрациях. [Н₂]=0,2; [I₂]=0,5; [НI]==0,4 моль/л. Как изменятся равновесные концентрации веществ, если концентрацию водорода увеличили до 0,3 моль/л?

Решение. По правилу Ле Шателье увеличение концентрации водорода привело к смещению равновесия вправо – в сторону прямой реакции, следовательно, концентрации Н₂ и I₂ уменьшились, а концентрация HI увеличилась. Обозначим уменьшение концентрации Н₂ и I₂ через х. Тогда новые равновесные концентрации примут значения: [Н₂]=0,3—х, [I₂]=0,5—x, [HI]=0,4+2x. Константа равновесия до смещения равновесия была равнa Kc=0,4²/0,2 ^. 0,5 = 1,6. После смещения равновесия (0,4+2x)²/(0,3—x)•(0,5—x)=1,6. После преобразований получаем квадратное уравнение x² + 1,2x—0,033=0, откуда x=0,027. Новые равновесные концентрации: [Н₂]=0,273; [I₂]=0,473; [HI]=0,454.