Константа равновесия химической реакции

Наряду с химическим взаимодействием между исходными веществами (прямой реакции) происходит химическое взаимодействие и между продуктами реакции, т.е. обратная реакция.

По мере протекания процесса скорость прямой реакции уменьшается, в то время как скорость обратной реакции увеличивается. При равенстве этих скоростей наступает химическое равновесие.

Т.о., химическим равновесием называется такое состояние обратимого процесса:

при котором скорость прямой реакции

равна скорости обратной реакции

При химическом равновесии отношение произведения молярных концентраций веществ, получающихся при реакции, к произведению молярных концентраций исходных веществ есть постоянная величина для данного химического процесса при заданных условиях протекания реакции.

С момента наступления равновесия в реагирующей системе концентрации и парциальные давления веществ не изменяются. Поэтому для процессов, протекающих при и , будут неизменными и отношения

;

,

где: и - соответственно равновесные концентрации и парциальные давления.

и называются константами химического равновесия.

Между и существует взаимосвязь, которая выражается следующим уравнением:

,

где: - разность числа молей газообразных веществ:

В данном случае справедлив закон Дальтона:

,

где: - мольная доля, равная отношению числа молей i-компонента к сумме чисел молей всех компонентов системы.

При очень большом значении константы равновесия реакция может идти практически до конца, при очень малом – не протекает вообще.

Константа химического равновесия зависит от природы реагентов и от температуры, и в меньшей степени зависит от давления (если давления не высокие), от концентраций, наличия или отсутствия примесей.

Если парциальные давления начальных и конечных продуктов реакции в исходной смеси равны 1ат, т.е. они находятся в стандартном состоянии, то изменение стандартной энергии Гиббса выражается зависимостью:

, откуда

Из этого уравнения следует, что большим отрицательным значениям отвечает большее значение , т.е. преобладание в равновесной смеси продуктов взаимодействия. Наоборот, если , то в равновесной смеси будут преобладать исходные вещества.

Следовательно, в первом случае можно пренебречь наличием исходных веществ, во втором – наличием продуктов реакции. Если же , то .

Объединение двух уравнений:

и

с последующим преобразованием их дает уравнение:

,

которое отражает противоположное влияние на равновесие энтальпийного и энтропийного факторов. Это соотношение позволяет определить возможную глубину реакции, допускаемую в термодинамике.

Дата добавления: 2015-06-25