Состояние системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции называется химическим равновесием

Рис.4 Изменение концентрации (1) и скорости обратимой реакции (2) от времени.

 

В момент равновесия V₁ = V₂

Следовательно: k₁[A]^a×[B]^b = k₂[C]^c×[D]^d

k1/k2=[C]c×[D]d/ [A]a×[B]b = K

Где K - константа химического равновесия, которая зависит от температуры и природы реагентов, но не зависит от концентрации последних. Это математическое выражение закона действующих масс, который позволяет рассчитывать состав равновесной реакционной смеси.

 

Константа равновесия  – отношение концентрации продуктов в степени их коэффициентов к произведению концентраций исходных веществ

Например, для реакции: CO₂ + C = 2CO

К = [CO] ² / [CO]    ;   твердые вещества не входят в выражение константы.

Для системы, находящейся в равновесии К = 1 (равновесие)

Если К намного больше 1, равновесие смещено вправо (К >>1 --->)

Если К намного меньше 1, равновесие смещено влево (K <<1 <---)

Катализаторы одинаково ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, и поэтому не смещают химическое равновесие. Они способствуют более быстрому достижению равновесного состояния.

    Смещение химического равновесия

Равновесие имеет динамический характер и может быть смещено под действием Т, Р и изменения концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Направление смещения равновесия описывается принципом Ле Шателье (1884г.)

Если на систему, находящуюся в равновесии произвести какое-либо внешнее воздействие (изменить T, P и С), то равновесие смещается в сторону той из двух противоположных реакций, которая уменьшает данное воздействие

Правила смещения равновесия

1) Повышение температуры  смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, а понижение в сторону экзотермической.

2) Рост давления вызывает сдвиг равновесия в сторону реакции, идущей с уменьшением числа молей газообразных продуктов.

3) Увеличение концентрации исходных веществ вызывает сдвиг равновесие вправо.

4) Увеличение концентрации продуктов реакции вызывает сдвиг равновесие влево.

Например, для реакции синтеза  аммиака:

N₂ + 3H₂ <=> 2NH₃ + Q

1. T  растет, равновесие смещается влево.

2. Р   растет, равновесие смещается вправо.

3. С  исходных веществ растет, равновесие сдвигается вправо.

4. С  продуктов растет, равновесие сдвигается влево.

Для реакции N2 + O2 <=> 2NO – Q

1. T растет, равновесие смещается вправо.

2. Р не влияет.