Химическая кинетика и равновесие

Кинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых: концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант – Гоффа по формуле:

υ_t2 = υ_t1 · γ

Правило Вант – Гоффа может быть выражено иначе:

Пример 1. Во сколько раз изменятся скорости прямой (υ) и обратной реакций (υ) в системе:

2SO₂ (г) + О₂ (г) ↔ 2SO₃ (г),

если объем газовой смеси уменьшить в два раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим равновесные концентрации веществ: [SO₂] = a, [O₂] = b, [SO₃] = c. Согласно закону действия масс, скорости прямой и обратной реакций до изменения объема равны:

υ = k · а² · b; υ = k · c²

^{→ → ← ←}

После уменьшения объема гомогенной системы в 3 раза концентрация каждого вещества увеличится в 3 раза: [SO₂] = 3a, [O₂] = 3b, [SO₃] = 3c. При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакции будут равны:

υ' = k · (3a)² · 3b = 27 k · a² · b = 27 υ

^{→ → → →}

υ^' = k · (3a)² = 9 k · c² = 9 υ

^{← ← ← ←}

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в 9 раз. Равновесие сместилось в сторону образования SO₃ (вправо).

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30⁰С до 70⁰С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. или

Следовательно, скорость протекания реакции при 70⁰С больше скорости реакции при 30⁰С в 16 раз.

Пример 3. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:

РСl₅ (г) ↔ РСl₃ (г) + Cl₂ (г); ΔН = +92,59 кДж

1 моль 1 моль 1 моль

Σ = 2 моль

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрации, чтобы сместить равновесие вправо, т.е. в сторону прямой реакции?

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле-Шателье:

а) так как реакция разложения РСl₅ эндотермическая (ΔН > 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру;

б) так как прохождение прямой реакции сопровождается увеличением числа молей, следовательно, увеличением давления, то способствовать ей будет уменьшение давления;

в) смещение равновесия в прямом направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl₅, так и уменьшением концентраций РСl₃ и Cl₂.