4.4.3. Влияние температуры

Зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением

, или ,

(4.4)

где ; .

Выражение (4.4) представляет собой уравнение прямой в координатах — , тангенс угла наклона которой к оси абсцисс , а отрезок, отсекаемый на оси ординат, (рис. 11).

Рис. 11. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной

абсолютной температуры для разных типов реакции:

1 – экзотермическая ( < 0); 2 – эндотермическая ( > 0);

3 – реакция с нулевым тепловым эффектом ( = 0)

Для экзотермической реакции ( < 0, > 0) угол наклона прямой к оси абсцисс положителен, для эндотермических процессов ( > 0, < 0) отрицателен, для реакций с нулевым тепловым эффектом ( = 0, = 0) равен 0 (рис. 11, прямые 1, 2, 3 соответственно).

1. Для экзотермических процессов < 0 при увеличениии температуры значения уменьшаются, что соответствует смещению равновесия в сторону обратной (эндотермической) реакции.

Например, для реакции синтеза аммиака из азота и водорода

N₂(г) + 3H₂ (г) 2NH₃(г),

которая является экзотермической (  0), первое слагаемое в уравнении (4.4) будет положительным. С повышением температуры его абсолютная величина будет уменьшаться. Это приведет к уменьшению независимо от знака .

Уменьшение означает, что в выражении константы равновесия числитель (концентрации продуктов реакции) уменьшается, а знаменатель (концентрации исходных веществ) увеличивается.

Равновесие смещается в сторону обратного эндотермического процесса разложения аммиака.

2. Для эндотермических процессов > 0 при увеличении температуры значения увеличиваются, что соответствует смещению равновесия в сторону прямой (экзотермической) реакции.

Например, в реакции

N₂O₄ (г)  2 NO₂ (г),  57,4 кДж.

 0, т.е. прямая реакция - эндотермическая. Следовательно, первое слагаемое в уравнении (4.4) отрицательно. При увеличении температуры его абсолютная величина уменьшается и независимо от знака константа увеличивается.

Увеличение означает, что в выражении константы равновесия числитель (концентрации продуктов реакции) увеличивается, а знаменатель (концентрации исходных веществ) уменьшается. Равновесие смещается в сторону прямой реакции.

Зная знак , можно сказать, в каком направлении будет изменяться константа равновесия при изменении температуры.

Повышение температуры приводит к смещению равновесия в направлении реакции, сопровождающейся поглощением теплоты и охлаждением системы, т.е. в сторону эндотермической реакции.

При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.