Опорный конспект №6. Тема: «Химическое равновесие»

Реакции, идущие одновременно в двух противоположных направлениях называются обратимыми.

Равновесие может осуществляться только в замкнутой системе, содержащей постоянное количество вещества при постоянной температуре.

При равновесии микроскопические процессы продолжаются, но они взаимно уравновешены, следовательно, макроскопических изменений не наблюдается.

Химические реакции протекают самопроизвольно в направлении достижения равновесия. При этом состояние равновесия определяется одновременно двумя факторами – минимальной энергией и максимальной беспорядочностью движения.

В равновесных условиях скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Для реакции aA + bB ↔ cC + dD .

Константа равновесия химической реакции, выраженная через молярные концентрации исходных и конечных веществ, является математическим выражением закона действия масс Гульдберга и Вааге:

При К_С>>1 реакция идет глубоко, при К_С<<1 выход ничтожно мал.

Для реакций, протекающих в газовой фазе, константа равновесия записывается через парциальные давления реагирующих веществ К_р. Обе константы связаны между собой уравнением:

К_р = К_с(RT)^Δn,

где Δn = (с + d) – (a + b) – разность между числом молей газообразных продуктов реакции и числом молей газообразных исходных веществ. При Δn =1 К_с = К_р/ RT.

Пример 1. Для реакции 2СО₂ ↔ 2СО + О₂ при 2000^оС состав равновесной смеси в объемных долях (φ%) составил: 85,2 СО₂, 9,9 СО, 4,9 О₂, а общее давление в системе P = 1, 13×10⁵ Па. Найти К_с и К_Р.

Решение: Найдем парциальные давления газов в смеси: p_i = P×φ_i

Р(СО₂) = 1,013 10⁵×0,852 = 0,863 ×10⁵ Па

Р(СО) = 1,013 10⁵×0,099 = 1,100 ×10⁵ Па

Р(О₂) = 1,013 10⁵ ×0,049 = 0,050 ×10⁵ Па

Найдем выражение для константы скорости через парциальные давления:

Па

Δn = 3 -2 =1, следовательно, К_с = моль/м³.

Константу равновесия можно выразить через мольные (молярные) доли веществ в реакционной смеси К_χ. Она связана с константой, выраженной через парциальные давления соотношением: К_χ = К_р ^–Δn.

Пример 2. Выведите соотношение между константами равновесия К_с и К_р, а затем К_р и К_χ для реакции 3Н₂(г.) + N₂(г.) ↔ 2NH ₃(г.).

Решение: Константа равновесия, выраженная через равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции, . Константа равновесия, выраженная через парциальные давления газообразных веществ, _равн. Концентрацию газа можно выразить через его давление при помощи уравнения состояния идеального газа: PV = nRT. Из этого уравнения следует:

[газ] =

Константа равновесия, выраженная через мольные доли веществ в реакционной смеси _равн.,

где

Парциальное давление можно выразить через мольную долю вещества и общее давление смеси Р:

р(NH ₃) = χ(NH ₃) × Р, р(Н₂) = χ(Н₂) × Р, р(N₂) = χ(N₂) × Р, причем

Р = р(NH ₃) + р(Н₂) + р(N₂).

=

Упражнение. Запишите выражение, связывающее константу К_р и степень диссоциации водяного пара α для реакции: 2Н₂О(г.) ↔ 2Н₂(г.) + О₂(г.) при

Р = const.