Гетерогенні рівноваги, що пов’язані з переходом речовини з однієї фази в іншу без зміни хімічного складу, називаються фазовими. Наприклад, Н2О(крист.) « Н2О(рідина).

Одним з найбільш загальних законів гетерогенних (в тому числі і фазових) рівноваг є правило фаз: в рівноважній системі число фаз (Ф), число незалежних компонентів (К), число ступенів волі (С) зв’язано співвідношенням : С+Ф = К+2, де 2 – число зовнішніх факторів (температура і тиск), що впливають на рівновагу.

Компонент – яка-небудь речовина, що входить до складу системи і може бути виділена з неї у вільному стані. Якщо в системі між речовинами відбувається хімічна взаємодія, то число компонентів в ній рівне числу речовин в системі мінус число хімічних реакцій, що відбуваються між ними.

Каталіз

Каталіз – метод прискорення хімічних реакцій за допомогою каталізатора. Каталізатор – це речовина, що прискорює хімічну реакцію, але сама не входить в кінцеві продукти реакції. Якщо каталізатор і взаємодіючі речовини перебувають в одній фазі, то каталіз називається гомогенним; якщо каталізатор і реагуючі речовини в різних фазах, то каталіз називається гетерогенним. У присутності каталізатора змінюється механізм хімічної реакції, вона проходить через нові стадії, кожна з яких характеризується невисокими значеннями енергії активації. При каталізі не змінюється тепловий ефект реакції, каталізатор не впливає на зміщення хімічної рівноваги, не змінює константу рівноваги і рівноважні концентрації компонентів системи. Каталізатори як правило діють вибірково (селективно). Речовини, що підвищують активність каталізатору, називають промоторами. Механізм гомогенного каталізу: реакція без каталізатору (К): А+В ® АВ

реакція в присутності каталізатору (К): А+К ® АК (перша стадія)

АК+В ® АВ+К (друга стадія).

Наприклад, у випадку коли А – O₂; В – SO₂; АВ – SO₃; K – NO реакція O₂+SO₂ SO₃ відбувається в дві стадії: 1) O₂+2NO Þ 2NO₂;

2) NO₂+SO₂ Þ SO₃+NO.

Гетерогенний каталіз завжди починається з адсорбції молекул вихідних речовин на поверхні каталізатору. При оборотній адсорбції молекул вихідних речовин поверхнею твердого каталізатора проходить послаблення хімічних зв’язків між атомами в молекулах реагуючих речовин, що приводить до пониження енергії активації каталітичної реакції і в результаті до прискорення хімічної взаємодії між речовинами.

Тестові завдання:

1. Коли числове значення швидкостi i константи швидкостi збiгаються?

2. Що можна сказати про хімічний процес, для якого: а) DG<0; б) DG>0; в) DG=0.

3. Енергетичні ефекти яких процесів можна вирахувати за допомогою табличних значень DН₂₉₈?

4. Визначте знак зміни ентропії в кожній із приведених реакцій:
1) 2KClO_3(кр.) = 2KCl_(кр.) +3O_2(газ)
2) N_2(г) + 2O_2(г) = 2NO_2(г)
3) 3C₂H_2(г) = C₆H_6(р)
4) FeO_(кр.) + H_2(г) = Fe_(кр.) + H₂O_(г)

5. Швидкість яких реакцій (екзотермічних чи ендотермічних) збільшується із підвищенням температури?

6. Написати вираз закону діючих мас для реакцій:
а) 2NO_(г) + Cl_2(г) ® 2NOCl_(г)
б) CaCO_3(кр.) ® CaO_(кр.) + CO_2(г)

7. В якому напрямку зміниться рівновага в системах :
а) СО_(г) + Cl_2(г) Û COCl_2(г)
б) НІ_(г) + І_2(г) Û 2НІ_(г) у випадку збільшення концентрації галогену?

8. Що з перерахованих факторів приведе до зміни константи швидкості хімічної реакції: а) збільшення енергії активації; б) зростання числа зіткнень реагуючих молекул; в) зміна тиску; г) зміна температури; г) введення в систему каталізатора; д) зміна концентрації реагуючих речовин.

9. Які з перерахованих факторів приведуть до зміни значення константи рівноваги хімічної реакції: а) зміна тиску; б) зміна температури; в) зміна концентрації реагуючих речовин?

10.Записати вирази для констант рiвноваги оборотнiх реакцiй:
а) СО₂+С = 2СО; б) Fe₃O₄+4H₂ = Fe + 4H₂O.
Вказати напрямок змiщення рiвноваги при пiдвищеннi тиску.

11.Як слiд змiнити концентрацiю СО, щоб рiвновага в системi 2C+O₂ Û 2CO + Q змiстилася вправо ?

12.Записати вирази для констант рiвноваги ендотермiчних оборотнiх реакцiй:
а) СО₂ + С Û 2СО – Q; б) Fe₃O₄+4H₂ Û 3Fe+4H₂O – Q.
Вказати напрямок змiщення рiвноваги при пiдвищеннi температури.

13.В якому випадку швидкiсть реакцiї буде залежати вiд концентрацiї обох взаємодiючих речовин: а) 2CO + O₂ = 2CO₂; б) CO₂ + С = 2CO; в) C + O₂ = CO₂.

14.Як з допомогою температури змiстити вправо хiмiчну рiвновагу в системi
Fe₃O₄+4СO Û 3Fe+4CO₂ – 43,7 кДж

15.Як змiститься рiвновага реакцiї 2CO+O₂ Û 2CO₂ + Q при пiдвищеннi температури?

16.Як з допомогою температури змiстити вправо хiмiчну рiвновагу в системi
H₂O+С Û CO+H₂ – 132 кДж.

17.Як змiститься рiвновага реакцiї 2SO₂+O₂ Û 2SO₃+192кДж при пониженнi температури ?

Розрахункові задачі:

1. Розрахуйте тепловий ефект реакції горіння сірководню: H₂S_(г) + 3/2O₂ ® H₂O_(р) + SO_2(г) за наступними даними:
1) S_(кр.) + H₂ ® H₂S_(г) DH₁ = –20,17 кДж
2) H₂ + ЅО₂ ® H₂O_(р) DН₂ = –286 кДж
3) S_(кр.) + O₂ ® SO_2(г) DН₃ = –297 кДж

2. За допомогою термохімічного рівняння H₂S_(г)+3/2O₂ ® H₂O_(р)+SO_2(г)+562,8 кДж визначити об’єм спаленого сірководню, якщо в результаті реакції виділилося 281,4 кДж тепла.

3. Як зміниться швидкість реакції 2NO_(г)+Cl_2(г) ® 2NOCl_(г), якщо об’єм реакційної посудини а) зменшити в 3 рази; б) збільшити у 2 рази?

4. В системі А_(г)+2В_(г) Û С_(г) рівноважні концентрації складають [А] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [С] = 0,216 моль/л. Знайти константу рівноваги реакції і вихідні концентрації речовин А і В.

5. Хiмiчна реакцiя проходить вiдповiдно до рiвняння А+ 2В = АВ₂. Як змiниться щвидкiсть реакцiї, якщо концентрацiю речовини В збiльшити в 3 рази, а концентрацiю речовини А зменшити вдвiчi.

6. Амiак у промисловостi одержують з H₂ i N₂. Нехай початкова концентрацiя [H₂]_поч. = 1,2 моль/л, а [N₂]_поч. = 0,3 моль/л. Через деякий час концентрацiя водню знизилася до 0,6 моль/л. Якою на кiнець термiну була концентрацiя азоту [N₂]_кiнц?

7. У скiльки разiв збiльшиться швидкiсть хiмiчної реакцiї А₂+2В = 2АВ при підвищеннi температури з 40 до 70^оС, якщо температурний коефiцiєнт швидкостi реакцiї – 3?

8. Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 2NO+O₂ = NO₂ внаслiдок збiльшення тиску втричi?

9. На скiльки градусiв слiд пiдвищити температуру, щоб швидкiсть реакцiї А+2В = АВ₂ збiльшилася у 8 разiв (температурний коефiцiєнт швидкостi реакцiї – 2)?

10.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 3H₂+N₂ = 2NH₃ внаслiдок збiльшення тиску втричi ?

11.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 2H₂+O₂ = 2H₂O внаслiдок зменшення тиску вдвiчi?

12.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 4NH₃+5O₂ = 4NO+6H₂O внаслiдок збiльшення концентрацiї кисню втричi?