Химическое равновесие. Принцип Ле – Шателье
Лекции.ИНФО


Химическое равновесие. Принцип Ле – Шателье



Реакции, которые протекают в одном направлении и идут до конца, называются необратимыми. Их не так много. Большинство реакций являются обратимыми, т.е. они протекают в противоположных направлениях и не идут до конца. Например, реакция J2 + H2 D 2HJ при 350°С является типичной обратимой реакцией. В этом случае устанавливается подвижное химическое равновесие и скорости прямого процесса и обратного делаются равными.

Химическое равновесие – такое состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой.

Химическое равновесие называют динамическим равновесием. При равновесии протекают и прямая, и обратная реакции, их скорости одинаковы, вследствие чего изменений в системе не заметно.

Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными концентрациями. Обычно их обозначают при помощи квадратных скобок, например, [J2], [H2], [HJ].

Количественной характеристикой химического равновесия служит величина, называемая константной химического равновесия. Для реакции в общем виде: mA + nB = pC + qD

Константа химического равновесия имеет вид:

Она зависит от температуры и природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации. Константа равновесия показывает, во сколько раз скорость прямой реакции больше скорости обратной реакции, если концентрации каждого из реагирующих веществ равна 1 моль/л. В этом физический смысл К.

Направление смещения химического равновесия при изменениях концентрации реагирующих веществ, температуры и давления (в случае газовых реакций) определяется общим положением, известным под названием принципа подвижного равновесия или принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое-либо внешнее воздействие (изменяется концентрация, температура, давление), то оно благоприятствует протеканию одной из двух противоположных реакций, которая ослабляет воздействие.

Следует отметить, что все катализаторы одинаково ускоряют как прямую, так и обратную реакции и поэтому на смещение равновесия влияние не оказывают, а только способствуют более быстрому его достижению.

Примеры решения задач

Пример 1.

Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции, зная, что с повышением температуры на 70 °С скорость возрастает в 128 раз.

Решение:

Для расчета используем правило Вант-Гоффа:

Ответ: 2

Пример 2.

При какой температуре закончится некоторая реакция за 0,5 мин, если при 70°С она заканчивается за 40 мин? Температурный коэффициент реакции равен 2,3.

Решение:

Для расчета используем правило Вант-Гоффа.Находим t2:

Ответ: 122,6 0С

 

Пример 3.

Во сколько раз изменится скорость прямой реакции N2(г)+3Н2(г)=NH3(г), если давление в системе увеличить в 2 раза?

Решение:

Увеличение давления в системе в 2 раза равносильно уменьшению объема системы в 2 раза. При этом концентрации реагирующих веществ возрастут в 2 раза. Согласно закону действия масс, начальная скорость реакции равна Vн = k·[N2]·[H2]3.

После увеличения давления в 2 раза концентрации азота и водорода увеличатся в 2 раза, и скорость реакции станет равна Vк = k·2[N2]·23[H2]3 = k·32[N2]·[H2]3. Отношение Vк/Vн показывает, как изменится скорость реакции после изменения давления. Следовательно, Vк/Vн = k·32[N2]·[H2]3/(k·[N2]·[H2]3) = 32.

Ответ: скорость реакции увеличится в 32 раза.

Пример 4.

Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению РС15(г) ↔ РС13(г) + С12(г) ; ∆Н = +92,59 кДж. Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концент­рацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РС15?

Решение:

Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения РС15 эндотермическая ( H > 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру: б) так как в данной системе разложение РС15 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РС15, так и уменьшением концентрации РС13 или Сl2.

 

Задачи для самостоятельного решения

 

1. Определите, как изменится скорость реакции синтеза аммиака при а) увеличении концентрации исходных веществ в 3 раза; б) при уменьшении давления в реакционной смеси в 2 раза.

2. Как изменится скорость прямой реакции 2СО + О2 ↔ 2СО2 при увеличении концентрации СО в 3 раза?

3. Как изменится скорость прямой реакции 2NO + O2 ↔ 2NO2 при увеличении давления в 2 раза?

4. Определите, как изменится скорость реакции 2SO2 + O2 = 2SO3 при уменьшении концентрации SO2 в два раза и увеличении концентрации О2 в 4 раза.

5. Скорость реакции уменьшается в 6,25 раза при понижении температуры на 200С. Найдите температурный коэффициент реакции.

6. Во сколько раз уменьшится скорость окисления глюкозы при гипотермии, если температура тела падает с 36,6 до 27°С, а температурный коэффициент данной реакции равен 1,3?

7. Константа скорости распада пенициллина при 360С равна 6·10-6 сек-1, а при 410С – 1,2·10-5 сек-1. Вычислить температурный коэффициент реакции.

8. Химическая реакция при 100С заканчивается за 16 мин. При какой температуре она закончится за 1 мин при температурном коэффициенте реакции равном 2?

9. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,8. Во сколько раз увеличится скорость реакции при уменьшении температуры от 15 до 35 0С?

10. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,5. Как нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 25 раз?

11. Скорость реакции увеличилась в 5,6 раза при повышении температуры реакционной смеси на 20К. Как изменится скорость реакции при понижении температуры от 57 до 17 0С?

12. Некоторая реакция характеризуется следующими параметрами уравнения Аррениуса: А = 1,5·1011 л/(моль·с), Еа = 86,2 кДж/моль, Т = 298К. Рассчитать константу скорости реакции.

13. Для реакции синтеза иодоводорода из простых веществ энергия активации равна 166 кДж/моль, а предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса 1,6·1014 мл/(моль·час) при 350 К. Вычислите константу скорости реакции.

14. В системе 2NO + O2 ↔ 2NO2 равновесные концентрации веществ составляют [NO] = 0,2 моль/л, [O2] = 0,3 моль/л, [NO2] = 0,4 моль/л. Рассчитать Кравн и оценить положение равновесия.

15. Рассчитать величину константы равновесия для обратимой реакции 2NO + O2 ↔ 2NO2, если при состоянии равновесия [NO] = 0,056 моль/л, [O2] = 0,02 моль/л, [NO2] = 0,044 моль/л.

16. Обратима ли практически реакция гидролиза глицил-глицина при 310 К, если ∆G0р-ции = -15,08 кДж/моль?

17. При 300 К константа равновесия реакции:

L-глутаминовая кислота + пируват ↔ α-кетоглутаровая кислота + L-аланин равна 1,11. В каком направлении будет идти реакция при следующих концентрациях: L-глутаминовая кислота и пируват по 0,00003 моль/л, α-кетоглутаровая кислота и L-аланин по 0,005 моль/л?

18. Для реакции H3PO4 + аденозин ↔ АМФ + Н2О; ∆G0 = 14 кДж/моль. В каком направлении реакция идет самопроизвольно при стандартных условиях? Каково значение константы равновесия?

19. Сделать заключение о практической обратимости реакции АТФ+АМФ↔2АДФ при 310 К, если ∆G0 = -2,10 кДж/моль.

20. В печени протекает ферментативный обратимый процесс:

глюкозо-1-фосфат ↔ глюкозо-6-фосфат.

При 370С равновесная концентрация глюкозо-1-фосфата 0,001 моль/л, а глюкозо-6-фосфата – 0,019 моль/л. Рассчитать Кравн.

Тестовые задания









Читайте также:

  1. I. Методические принципы физического воспитания (сознательность, активность, наглядность, доступность, систематичность)
  2. III. Принцип дифференциации – интеграции, выступающий в качестве критерия развития структуры.
  3. IV. Принцип уважения автономии пациента
  4. V. Несколько принципиальных соображений
  5. V.4. Принципы и правила создания культурных ландшафтов
  6. А. Особые принципы чудотворцев
  7. Активность субъектов, их взаимодействие, системность как принципы социально-педагогической деятельности
  8. Антропный принцип. «Тонкая подстройка» Вселенной
  9. Аппаратура ЭПТ: назначение, принцип действия
  10. Архитектура, принцип работы и возможности 32-разрядных ARM-микроконтроллеров серии STM 32 F100 C4
  11. Биохимическое исследование венозной крови.
  12. В данном случае были нарушены два принципа создания пользовательского интерфейса: руководство пользователя и принцип согласованности.


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 523;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная