Химическая кинетика. Скорость химической реакции. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна

 

Характер смещения под влиянием внешних воздействий можно прогнозировать, применяя принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии оказывается воздействие извне, то равновесие в системе смещается так, чтобы ослабить внешнее воздействие.

 

1. Влияние концентраций.

Повышение концентрации одного из реагирующих веществ смещает равновесие в сторону расходования вещества. Понижение концентрации – в сторону образования вещества.

2. Влияние температуры.

Повышение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической), а понижение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с выделением теплоты (экзотермической).

3. Влияние давления.

Повышение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением объема и, наоборот, понижение давления – в сторону реакции, идущей с увеличением объема.(2).

Пример 1. Как сместится химическое равновесие при синтезе аммиака в экзотермической реакции?

 

Решение. При повышении температуры в экзотермической реакции

3H₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г);

ΔH⁰ = -92,4 кДж

реакция протекает с выделением теплоты, равновесие должно сдвигаться влево (в сторону исходных веществ).

 

Скорость реакции:

;

.

 

При увеличении давления в три раза концентрация веществ увеличивается также в три раза:

;

.

 

Такое изменение концентрации увеличивает скорость прямой реакции в 81 раз, а обратное в 9 раз, т.е. при увеличении давления в три раза состояние равновесия достигается быстрее в 81: 9 = 9 раз. В левой части уравнения участвуют в реакции 3 + 1 = 4 моль веществ, а в правой части уравнения получается 2 моль, поэтому увеличение давления приводит к повышению выхода целевого продукта, что подтверждает принцип Ле Шателье(2).

Пример 2. При синтезе аммиака N₂(г) + 3H₂(г) 2NH₃(г) равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ, : [N₂] = 4; [H₂] = 2; [NH₃] = 6. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода.

 

Решение. Константа равновесия реакции

.

Начальная концентрация вещества складывается из равновесной концентрации этого вещества и количества вещества, израсходованного на образование равновесной концентрации продукта реакции. На основе уравнения реакции определяем количество израсходованного N₂(2):

 

на образование 2 моль NH₃ расходуется 1 моль N₂;

на образование 6 моль NH₃ расходуется x моль N₂.

Отсюда .

Начальная концентрация азота

= [N₂] + x = 4 + 3 = 7 .

Аналогично составим пропорцию:

 

на образование 2 моль NH₃ расходуется 3 моль H₂;

на образование 6 моль NH₃ расходуется y моль H₂.

Отсюда

Начальная концентрация водорода

= [H₂] + y = 2 + 9 = 11 .

 

Ответ: начальные концентрации ;