Химическое равновесие. Смещение равновесия

Химические реакции по степени завершенности химического процесса классифицируются на обратимые и необратимые. Большинство реакций являются обратимыми, т.е. они протекают в противоположных направлениях и не идут до конца, так как продук­ты реакции, взаимодействуя между собой, вновь образуют исходные вещества.

Состояние обратимого процесса, при котором скорости прямой и обратной реакции равны, называется химическим равновесием (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Изменение скорости прямой и обратной реакции во времени

Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются разновесными концентрациями. В основе химического равновесия лежит равенство скоростей прямой и обратной реакций. Для количественной характеристики состояния химического равновесия в системе используется безразмерный параметр - константа химического равновесия, которая при заданной температуре равна отношению константы скорости прямой реакции к константе скорости обратной реакции:

Выведем, чему равна К_равн. процесса, протекающего в гомогенной системе:

аА + вВ ↔ сС + dД

В состоянии химического равновесия υ_пр.= υ_обр., следовательно, для обратимого процесса:

Отсюда:

, где

равновесные концентрации участвующих в реакции веществ.

Константа химического равновесия обратимого процесса равна отношению произведения равновесных концентраций конечных продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам в уравнении химической реакции. Константа равновесия так же, как и константы скоростей k_пр. и k_обр., зависит от природы реагентов, температуры и не зависит от исходных концентраций веществ в системе.

Если обратимая реакция протекает в гетерогенной системе, например,

Fe₂O_3(кр) + 3CO_(г) ↔ 2Fe_(кр) + 3СО_2(г)

то, поскольку концентрация твёрдой фазы не входит в математическое выражение скорости реакции, она не будет входить и в математическое выражение константы равновесия:

Химическое равновесие остаётся неизменным до тех пор, пока не изменяются условия (концентрации реагирующих веществ, температура, давление), при которых оно существует. Изменяя условия, можно сместить равновесие.

Смещение химического равновесия при изменении условий определяется принципом Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказано внешнее воздействие (изменено какое-либо условие существования равновесия), то равновесие смещается в таком направлении, чтобы оказанное воздействие было ослаблено.

Например, в равновесной системе:

СаСО_3(к) ↔ СаО_(к) + СО_2(г); ∆Н⁰=178 кДж

равновесие может быть смещено вправо:

а) повышением температуры - подводимое количество теплоты будет расходоваться на разложение карбоната кальция; б) понижением давления (по сравнению с равновесным) – оказанное воздействие будет ослаблено образованием новых количеств газообразного продукта СО₂; в) уменьшением концентрации СО₂ (отводом его из зоны реакции).

Поиск по сайту: