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 / k2 = ([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])/