Смещение равновесия при изменении концентрации какого-либо из веществ, участвующих в реакции

Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

Константа химического равновесия

Количественной характеристикой химического равновесия служит константа химического равновесия К_р, равная отношению констант прямой и обратной реакций, так, для реакции

aA + bB + …↔ dD + eE +…

скорости прямой и обратной реакций можно записать как:

u_пр = k₁[A]^a [B]^b;

u_обр = k₂[D]^d [E]^e.

Тогда константа химического равновесия будет равна:

К_р= k₁ / k₂ = [D]^d [E]^e / [A]^a [B]^b

Таким образом: константой равновесия К_р называется частное от деления произведения равновесных концентраций продуктов реакции на произведение равновесных концентраций исходных веществ, К_р является величиной постоянной.

Константа равновесия характеризует глубину протекания процесса;

если К_р >> 1, выход реакции велик, потому что при этом

[D]^d [E]^e>> [A]^a [B]^b

т.е в состоянии равновесия концентрации продуктов гораздо больше концентраций исходных веществ. Значит при К_р<<1 выход реакции мал.

Пример№1: Написать уравнения скоростей прямой и обратной реакций и константы химического равновесия для равновесной системы

H_2(г) + I_2(г)↔ 2HI_(г)

Решение: в соответствии с законом действия масс выражения скоростей прямой и обратной реакций можно записать как:

u_пр = k₁[H₂] [I₂];

u_обр = k₂[HI]².

Константа химического равновесия будет равна:

К_р= k₁ / k₂ = [HI]²/ [ H₂] [I₂].

Для гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газообразном состоянии или в виде разбавленных растворов. Например, для реакции

СО_2(г) + С_(к) = 2СО_(г)

константа равновесия имеет вид

К_р = [CO]²/[CO₂].

Константа равновесия зависит от природы реагирующих веществ и от температуры. От присутствия катализатора К_р не зависит, так как катализатор одинаково изменяет энергию активации и прямой и обратной реакций на одну и ту же величину и, значит, на отношение констант их скоростей не влияет.

Состояние химического равновесия сохраняется при данных условиях любое время. Если внешние условия изменяются, то равновесие нарушается. Влияние различных факторов на равновесную систему можно предсказать, пользуясь принципом Ле Шателье (принципом подвижного равновесия ): если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет это воздействие.

При увеличении концентрации в равновесной системе какого-либо реагента равновесие смещается в сторону расхода этого реагента, при уменьшении концентрации какого-либо из веществ равновесие смещается в сторону его образования.

Пусть для системы H_2(г) + I_2(г)↔ 2HI_(г)

водород, йодоводород и пары йода находятся в равновесии друг с другом при определенной температуре и давлении.

Если ввести в систему дополнительное количество, например, водорода, то согласно закону действия масс увеличится скорость прямой реакции, скорость обратной реакции не изменится. Концентрации водорода и паров йода со временем будут уменьшаться, а концентрация HI возрастать, что вызовет ускорение обратной реакции. Через некоторое время концентрации прямой и обратной реакций вновь станут равны – установится новое равновесие. В данном случае равновесие смещается вправо – в направлении течения прямой реакции. Если же увеличить концентрацию HI или уменьшить концентрации H₂ или I₂ - то равновесие смесится влево, в направлении течения обратной реакции.

Таким образом: при увеличении концентрации исходных веществ (уменьшении концентрации продуктов) возрастает скорость прямой реакции. Значит, равновесие сместится в сторону их расхода (вправо), в сторону увеличения выхода продуктов реакции. И наоборот, если увеличить концентрацию продуктов (или уменьшить концентрацию исходных веществ) равновесие сместится влево, в сторону расхода продуктов реакции, т.к. возрастет скорость обратной реакции.

Дата добавления: 2014-10-23