Константа равновесия

Обратимые и необратимые реакции.

Все реакции можно разделить на обратимые и необ­ратимые.

Реакции, которые протекают практически до конца, называются необратимыми. Конец реакции наступает тогда, когда одно из реагирую­щих веществ будет полностью израсходовано. При необ­ратимых реакциях одно из образующихся веществ уда­ляется из сферы химического взаимодействия в виде га­за, трудно растворимого или малодиссоциирующего вещества. Необратимыми являются реакции, сопровождающиеся выделением большого количества энергии, а также многие реакции комплексообразования и окислительно-восстановительные реакции.Рассмотрим примеры необратимых реакций:

а) один из продуктов реакции удаляется из раствора в виде газа:

Nа2СО3 + 2НСl = 2NаС1 + СО2↑ + Н2О;

б) один из продуктов реакции выпадает в осадок:

АgNО3 + NаВг = АgВг↓ + NаNО3;

в) образуется малодиссоциирующее вещество (здесь вода):

KOH + HCl = KCl + H2O;

г) образуется комплексная соль:

СuSO4 + 4NНз = [Сu(NНз)4]SO4;

д) выделяется большое количество теплоты:

2Mg + O2 = 2MgO - ∆H;

е) окислительно-восстановительные реакции:

2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O.

Если смешать пары иода с водородом при температу­ре 300°С, то произойдет реакция:

Н2 + I2 = 2НI

Но иодоводород. нагретый до 300 ° С, разлагается на иод и водород:

2НI → Н2 + I2

Эта реакция не идет до конца, так как продукты разложения будут вновь взаимодействовать между собой с образованием иодоводорода.

Таким образом, реакция протекает одновременно в двух противоположных направлениях. Подобныереакции называются - обратимыми.

Н2 + I2 ↔ 2НI

Обратимые реакции, как правило, никогда не протекают до конца и ни одно из реагирующих веществ не расхо­дуется полностью.

Очень многие химические реакции обратимы. Основ­ным параметром, характеризующим любуюобратимую реакцию, является константа равновесия.Вкачествепримера рассмотрим реакцию:

t1200°C

СО2 + Н2 ↔ СО + Н2О.

Согласно закону действия масс, скорость прямой ре­акции, т. е. реакции между оксидом углерода (IV) и во­дородом, будет равна:

υ1 = k1 [СО2] * [Н2]

Подобным образом для скорости обратной реакции мы можем написать:

—"'.

υ2 = k2 [СО] * [Н2О]

В начальный момент в реакционной смеси имеются только исходные реагенты: оксид углерода(IV) и водо­род. Молекул оксида углерода(II) и водяного пара еще нет, следовательно, [СО] = 0 и[Н2О] = 0. Поэтому скорость обратного процесса υ2 = 0.По мере течения реакции концентрацияСО2 иН2 будет уменьшаться, а концентрацияСО и Н2О возрастать. Следовательно, скорость прямой реакции υ1 будет с течением времени убывать, а скорость обратной реакции υ2 возрастать. Наконец, наступит момент, когда обе скорости станут равными.Это будет означать, что в каждую еди­ницу времени будет расходоваться столько же моле­кул СО2 и Н2 сколько их будет появляться вследствие обратной реакции. Поэтому, хотя оксид углерода (IV) и водород целиком не прореагировали, концентрации че­тырех веществ (СО2, Н2, СО и Н2О) не будут изменяться.

Состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакции равны между собой, называется состоянием химического равновесия.

Нам кажется, что реакция остановилась. На самом деле обе реакции продолжают все время идти, но с оди­наковой скоростью. Поэтому химическое равновесие называется динамическим равновесием. Как было сказано выше:

υ1 = k1 [СО2] * [Н2]

υ2 = k2 [СО] * [Н2О]

В состоянии химического равновесия υ1 = υ2, т.е.:

k1 [СО2] * [Н2] = k2 [СО] * [Н2О].

После преобразования получим:

k1 / к = ([СО] * [Н2О]) / ([СО2] * [Н2])

.. ^, _- [СО]'[На01 ^ ~ [

 

^{!^}^^{^:}-

Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций тоже будет постоянной величиной (К).

([СО] * [Н2О]) / ([СО2] * [Н2]) = К

При химическом равновесии для данной обратимой реакции отношение произведений концентраций образующихся веществ и веществ, вступающих в реакцию, есть величина постоянная и называется константой химиче­ского равновесия.

В левой части уравнения — равновесные концен­трации веществ, т. е. концентрации, которые устанавлива­ются в состояний равновесия. Так как К = k1 / k2, то величина К показывает, во сколько раз при данной темпе­ратуре скорость прямой реакции больше или меньше скорости обратной реакции.

Ясно, что если скорость прямой реакции больше, то К >1. Значение константы равновесия не зависит от исходных, концентраций, реагирующих веществ и от присутствия катализаторов.Дляданной реакции К зависит только от температуры.

Если мы напишем обратимую реакцию в общем виде:

mA + nB ↔ pC + qD,

то в соответствии с уравнением получим:

К = ([С] ^p * [D] ^q) / ([A] ^m * [В] ⁿ)

Например, для реакции:

Н2 + I2 ↔ 2НI

К = ([НI] ²) / ([Н2] * [I2])/

Дата добавления: 2015-06-04