Зміщення хімічної рівноваги
Стан хімічної рівноваги зберігається тривалий час за постійних умов: температури, тиску та концентрації. Зміна умов тягне за собою порушення (зміщення) рівноваги. Зміщення хімічної рівноваги при зміні зовнішніх умов підпорядковується принципу Ле-Шательє: будь-яка система, яка перебуває у стані хімічної рівноваги, при наданні її зовнішнього впливу, прагне цей вплив послабити.
Приклад 9.Як для оборотної реакції N2(г) + 3Н2(г) ↔ 2NH3(г) + Q треба змінити: а) температуру; б) тиск в) концентрацію, щоб усунути рівновагу у бік прямої реакції – утворення аміаку?
1. Такий запис реакції показує, що пряма реакція протікає з виділенням тепла, а зворотний, відповідно, з поглинанням (ендотермічний процес). Виходячи з принципу Ле-Шательє, з підвищенням температури хімічна рівновага зміщується у бік реакції, що йде з поглинанням тепла, а зі зниженням температури – у бік реакції, що йде з виділенням тепла. Отже, щоб змістити рівновагу у бік утворення аміаку, необхідно знизити температуру.
2. Виходячи з принципу Ле-Шательє, зменшення зовнішнього тиску зміщує рівновагу у бік його зростання. Тиск утворюється газоподібними речовинами. Пряма реакція йде зі зменшенням обсягу газоподібних речовин (число моль продуктів реакції (2 моль NH3) менше числа моль вихідних речовин (1 моль N2 + 3 моль Н2 = 4 моль), отже, пряма реакція протікає зі зменшенням тиску. При протіканні зворотної реакції тиск зростає (збільшується кількість моль газоподібних речовин.) Збільшення зовнішнього тиску зміщує рівновагу в бік, що веде до зменшення числа моль газоподібних речовин.утворення аміаку призводить до підвищення тиску.
3. За принципом Ле-Шательє введення до рівноважної системи додаткової кількості будь-якої речовини зміщує рівновагу в тому напрямку, в якому концентрація введеної речовини зменшується. У цій реакції, щоб змістити рівновагу у бік утворення аміаку, необхідно збільшити концентрацію вихідних речовин (N2 або Н2) або виводити (зменшувати концентрацію) з рівноважної системи продукт (NH3).
КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ
41. Реакція між сірководнем та киснем протікає за рівнянням
2 H2S(г) + ЗО2(г) = 2SО2(г) + 2Н2О(г). Як зміниться швидкість прямої реакції, якщо збільшити в 3 рази:
1) концентрацію H2S;
Відповідь: Швидкість реакції збільшиться у 1) 9 разів; 2) 27 разів; 3) 243 рази.
42. Швидкість хімічної реакції у разі підвищення температури на 10 °З збільшилася в 2 рази. У скільки разів зросте швидкість цієї реакції зі збільшенням температури на 40 °С?
43. Реакції протікають за рівняннями:
1. Напишіть для реакцій виразу констант рівноваги через молярні концентрації (K C) і парціальний тиск реагентів(KP).
2. Вкажіть, від яких із наведених нижче факторів не залежить константа рівноваги: природа реагентів, температура, концентрація, енергія активації, присутність каталізатора.
44. Реакція 2HI + H2O2 = 2Н2О + I2 протікає по стадіях:
Напишіть кінетичне рівняння реакції. Визначте молекулярність, загальний порядок реакції та порядок реакції за речовиною HI. Як зміниться швидкість цієї складної реакції, якщо розбавити вихідні речовини у 2 рази?
Відповідь: зменшиться у 4 рази.
45. Реакція протікає за рівнянням NO(г) + N2O5(г) ↔ 3NO2(г). У якому напрямку зміститьсяхімічна рівновага, якщо концентрацію всіх учасників реакції збільшити у 2 рази? Відповідь мотивуйте на підставі розрахунку швидкості прямої та зворотної реакцій.
46. Реакція між оксидом вуглецю (II) та воднем протікає за рівнянням CO(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(г). Як зміниться швидкість прямої реакції, якщо збільшити у 2 рази:
1) концентрацію СО;
3) концентрацію СО та Н2?
Відповідь: швидкість реакції збільшиться в 1) 2 рази; 2) 4 рази; 3) 8 разів.
47. Обчисліть температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо її швидкість при температурі 55 °С становила 8,19×10 -2 моль/л∙с, а при підвищенні температури до 105 °С зросла до 19,9017 моль/л∙с.
48. Хімічне рівновагу в реакції СО (г) + Н2О (г) ↔ СО2 (г) + Н2 (г) встановилося за наступних концентрацій реагуючих речовин (моль/л): [СО] = 0,02; [Н2О] = 0,32; [СО2] = 0,08; [Н2] = 0,08. Обчисліть константу рівноваги реакції та вихідні концентрації оксиду вуглецю (II) та парів води.
Відповідь:K C= 1,0;зCO = 0,1; = 0,4.
49. Реакція Н2 + 2IСl = I2 + 2НСl протікає у дві стадії:
1) IС1 + Н2 ↔ НI + НСl (повільна);
2) IСl + HI ↔ I2 + HC1 (швидка).
Яка стадія визначає швидкість реакції? Напишіть кінетичне рівняння реакції. Визначте молекулярність та загальний порядок реакції. Чому молекулярність та порядок реакції не збігаються?
50. Напишіть кінетичне рівняння для елементарної реакції
Визначте, у скільки разів збільшиться швидкість реакції:
а) у разі підвищення концентрації NO в 3 рази;
б) у разі підвищення тиску в системі в 2 рази?
Відповідь: а) 9 разів; б) 8 разів.
51. Реакція розкладання оксиду азоту (V) 2N2O5 (г) = 2N2O4 (г) + О2 (г) йде по стадіях (усі речовини газоподібні):
Якийпорядок цієї складної реакції? У скільки разів зросте швидкість реакції зі збільшенням концентрації N2O5 вдвічі?
Відповідь: зросте вдвічі.
52. За температури 50 °С деяка реакція закінчується за 20 с. Скільки часу триватиме ця реакція при зниженні температури до 0 °С, якщо температурний коефіцієнт g = 2?
53. Хімічне рівновагу реакції СО (г) + Сl2 (г) ↔ СОС12 (г) встановилося за наступних концентрацій учасників реакцій (моль/л): [СО] = 0,18; [С12] = 0,25; [СОСl2] = 2,025. Обчисліть константи рівноваги реакціїKC,KРта вихідні концентрації оксиду вуглецю (II) та хлору.
54. Вихідні концентрації водню та брому перед початком оборотної хімічної реакції Н2(г) + Вг2(г) ↔ 2НВr(г) (моль/л): [H2]о= 0,02; [Вг2]o = 0,02, а рівноважна [H2] = 0,005. Обчисліть рівноважну концентрацію бромоводню та константу хімічної рівноваги реакції (KC).
Відповідь: [НВr] = 0,030 моль/л;KC= 36.
55. Хімічна рівновага гомогенної реакції 2A + B ↔ 2C встановилася за наступних концентрацій (моль/л): [А] = 0,5; [B] = 0,7; [С] = 2,1. В який бік зміститься хімічна рівновага, якщо в системі зменшити загальний тиск у 2 рази? Відповідь мотивуйте на підставі розрахунку швидкостей прямої та зворотної реакцій.
56. Реакція між оксидом азоту (II) та воднем визначається рівнянням 2NO(г) + Н2(г) ↔ N2O(г) + Н2О(г). В який бік зміститься хімічна рівновага, якщо збільшити тиск у системі у 2 рази? Відповідь мотивуйте результатами розрахунку швидкостей прямої та зворотної реакцій.
Відповідь: у прямому напрямку.
57. Для реакції розкладання йодоводороду 2НI(г) ↔ Н2(г) + I2(г) температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2. Розрахуйте, на скільки градусівчи слід підвищити температуру, щоб швидкість реакції зросла в 8 разів?
58. Хімічна рівновага реакції 2NO (г) + О2 (г) ↔ 2NO2 (г) встановилася при наступних концентраціях реагуючих речовин (моль/л): [NO] = 0,03; [O2] = 0,06; [NO2] = 0,02. Обчисліть константи хімічної рівноваги реакціїKC , KРі вихідні концентрації оксиду азоту (II) та кисню.
59. Вихідні концентрації оксиду сірки (IV) та кисню оборотної хімічної реакції 2SO2 (г) + О2 (г) ↔ 2SO3 (г) були: [SO2]о = 0,06 моль/л; [O2]о = 0,07 моль/л. Рівновага встановилося при [O2] = 0,06 моль/л. Обчисліть рівноважні концентрації [SO2], [SO3] та константу рівноваги реакції (KC).
60. Реакція протікає за рівнянням А + В ↔ АВ. Напишіть кінетичне рівняння прямої та зворотної реакції та визначте, в який бік зміститься хімічна рівновага, якщо підвищити температуру на 20 °С? Температурні коефіцієнти прямої та зворотної реакції відповідно дорівнюють 2 і 4.