ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Лекция 4 ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

факторов на состояние химического равновесия. Принцип Ле Шателье
Влияние концентраций

(парциальных давлений)
компонентов системы
Влияние давления
Влияние температуры
Влияние катализатора
Выбор оптимального технологического режима.
Кажущееся равновесие

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

одном направлении  до конца, т.е. до полного превращения одного

или всех исходных веществ в продукты реакции

2KClO3 = 2KCl + 3O2

Обратимые реакции – реакции, идущие в противоположных направлениях, не проходят до конца, исходные вещества полностью не расходуются

H2 + I2 2HI

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

состояние системы, характеризующееся равными

скоростями прямой и обратной реакций

Система H2 + I2 2HI при Т = const


СHI = 0






H2, I2, HI - равновесные концентрации, моль/л

0

υ

υпр= υобр

τ

τравн

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

температуре и давлении отношение произведений концентраций продуктов реакции и исходных

веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, является постоянной величиной
В закрытой системе для обратимой реакции (T, p = const)
aA + bB cC + dD


Для реакции с участием газообразных веществ


pA, pB, pC, pD – равновесные парциальные давления

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

3H2(г) 2NH3(г)


Гетерогенная система
MgCO3(к)

MgO(к) + CO2(г)


концентрации твердых веществ считают неизменными и в
выражение константы равновесия не включают

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

в
сторону
обратной
реакции
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Константа

равновесия зависит от природы веществ, образующих систему и от температуры, но не зависит от концентрации веществ

CO2(г) + H2(г)

КС = 1 при Т=1023 К,
Исходные концентрации

веществ

В начальный момент времени
Обозначаем х (моль/л) увеличение концентрации CO2 в ходе реакции
увеличение концентрации Н2
уменьшение концентрации СО = х
уменьшение концентрации Н2О

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

O2(г) 2SO3(г)

При

Т = 950 К значение КС = 83,88
Исходные концентрации Определить направление
возможной реакции
при данном составе системы



В исходной газовой смеси В состоянии равновесия




В ходе достижения равновесия


при данном составе системы возможна прямая реакция

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

линейной
При увеличении температуры

для экзотермических реакций для эндотермических реакций
К К

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

реакции 4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)

Н0 < 0 реакция экзотермическая



ΔS0 < 0 в ходе реакции система переходит в более
упорядоченное состояние

и K298 реакции 4NO(г)

2N2O(г) + O2(г)

Стандартная энергия Гиббса реакции


– при Т = 298 К возможна самопроизвольная
прямая реакция


Константа равновесия





K298 ≈ 1024

и K1500 реакции 4NO(г)

2N2O(г) + O2(г)

Энергия Гиббса реакции при температуре 1500 К


>> 0 – при Т = 1500 К возможна самопроизвольная
обратная реакция

Константа равновесия при температуре 1500 К



K1500 = 10-3

График зависимости для реакции 4NO(г)

2N2O(г) + O2(г)

Температура, при которой
(К = 1)

Т, К

реакции 4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)

298 К К >> 1 в системе преобладают продукты реакции
1500 К К << 1 в системе преобладают исходные
вещества, реакция практически не идет
1000 К равновероятны оба направления реакции

При повышении температуры равновесие смещается в сторону
обратной (эндотермической) реакции

на систему, находящуюся в равновесии,

оказать внешнее воздействие, равновесие сместится в направлении, ослабляющем это воздействие

смещение равновесия в сторону прямой реакции
означает увеличение равновесных концентраций продуктов реакции

смещение равновесия в сторону обратной реакции означает увеличение равновесных концентраций
исходных веществ

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

системы
увеличение концентрации продуктов реакции
или
уменьшение концентрации исходных веществ

смещение равновесия
в сторону

прямой реакции

увеличение концентрации исходных веществ
или
уменьшение концентрации продуктов реакции

смещение равновесия
в сторону обратной реакции

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

CO2(г) + 4H2(г)




Увеличение концентрации

CH4 или H2O
Увеличение концентрации
CO2 или H2
Уменьшение концентрации
CH4 или H2O
Уменьшение концентрации
CO2 или H2

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

сопровождающихся изменением количеств газообразных веществ
увеличение общего давления

смещение равновесия в

сторону уменьшения количества газообразных веществ

понижение общего
давления

смещение равновесия в сторону увеличения количества газообразных веществ

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

CH4(г) + 2H2O(г) CO2(г ) + 4H2(г)
3 моль 5 моль

равновесия в сторону эндотермических реакций

Охлаждение

смещение равновесия в сторону экзотермических реакций

CH4(г) + 2H2O(г) CO2(г) + 4H2(г), H>0
прямая реакция эндотермическая
обратная реакция экзотермическая
нагревание охлаждение

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

2NH3(г), H

равновесие

р = 30-80 МПа Т = 450-5500С катализатор – Fe(к)

направлении) и обратимые (идущие в противоположных направлениях)
В ходе обратимых реакций

наступает состояние химического равновесия, характеризующееся равными скоростями прямой и обратной реакций
Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия (КС или КР), величина которой зависит от природы реагирующих веществ и от температуры
Константа равновесия экзотермических реакций уменьшается с повышением температуры; эндотермических - увеличивается.
Химическое равновесие при изменении внешних условий (р, Т, С) может смещаться. Согласно принципу Ле Шателье при внешнем воздействии на систему равновесие смещается в направлении, ослабляющем это воздействие

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1994
Карапетьянц

М.Х. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 2000
Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 2007
Неорганическая химия. В 3 т. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии. Под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004
Гаршин А.П. Неорганическая химия в схемах, рисунках, таблицах, формулах, химических реакциях. - СПб.: Лань, 2000

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие