Определение направления протекания обратимых реакций

Так как константа равновесия представляет собой отношение констант скорости прямой и обратной реакций, то само её значение говорит о направлении процесса. Так, если константа равновесия больше единицы, то при данных условиях самопроизвольно будет осуществляться прямая реакция, если же она меньше единицы - обратная реакция.

В соответствии с принципом Ле-Шателье (см. п. 4.5) положение равновесия может быть смещено при изменении условий, в которых протекает реакция. Поэтому в общем случае можно оценить смещение равновесия при изменении соотношения начальных количеств веществ, участвующих в реакции. Если соотношение концентраций реагирующих веществ в начальный момент обозначить P:

C _D^d C _Е^e P = (¾¾¾¾)_нач , C _A^a C _B^b

то по соотношению Z и К_с можно предсказать направление реакции при заданных условиях эксперимента:

при P < K самопроизвольно протекает прямая реакция;

при P > K самопроизвольно протекает обратная реакция;

при P = K система находится в равновесии.

Чем больше значение константы равновесия отличается от единицы, тем в большей степени равновесие реакции сдвинуто в соответствующую сторону (вправо при К > 1 и влево при К < 1).

4.4.2. Расчёт равновесного выхода продуктов реакции

Для расчёта теоретического равновесного выхода продуктов кроме величины константы равновесия необходимо знать исходные концентрации реагентов. Разберём принцип такого расчёта на конкретном примере.

Пример: Рассчитать равновесный выход продуктов и состав реакционной смеси при равновесии для реакции этерификации, протекающей в газовой фазе.

CH₃COOH + C₂H₅OH Û CH₃COOC₂H₅ + H₂O

при р = 1,013^.10⁵ Па и Т = 298 К, если исходные концентрации CH₃COOH и C₂H₅OH равны соответственно 1 и 2 моль/л. Константа равновесия реакции К_р = К_с = 4.

Решение: Составим таблицу значений числа молей всех веществ, участвующих в реакции (в 1 литре реакционной смеси):

	CH3COOH	C2H5OH	CH3COOC2H5	H2O
в начальный момент	1 моль	2 моль	0 моль	0 моль
при равновесии	1 - х моль	2 - х моль	х моль	х моль

Так как данная реакция идёт без изменения объёма реакционной смеси, концентрации в уравнении закона действующих масс могут быть заменены числом молей соответствующих веществ. Согласно общему выражению для константы равновесия:

С _{СН3СООС2Н5} С _Н2О х² К_р = К_с = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 4. С _{СН3СООН} С _С2Н5ОН (1 - х)(2 - х)

Преобразуем полученное выражение в уравнение:

x² = 4(1 - x)(2 - x); x² = 4(2 - x - 2x + x²); x² - 4x² + 12x - 8 = 0;

3x² - 12x + 8 = 0.

Решая его относительно х, получим:

12 ± Ö 144 - 4´3´8 12 ± 6,93 х_1,2 = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾; 2´3 6

х₁ = 3,155 моль; х₂ = 0,845 моль.

Поскольку из 1 моль CH₃COOH и 2 моль C₂H₅OH нельзя получить более 1 моль этилацетата, x₁ отбрасывается, как не удовлетворяющий условию. Значит, теоретический равновесный выход этилацетата будет равен 0,845 моль или 84,5%. Состав реакционной смеси при равновесии будет таким:

Этилацетата - 0,845 моль;

Уксусной кислоты - 1 - 0,845 = 0,155 моль;

Этилового спирта - 2 - 0,845 = 1,155 моль

Воды - 0,845 моль.

Дата добавления: 2014-01-06