Химическая кинетика. Скорость химической реакции. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна.

Характер смещения под влиянием внешних воздействий можно прогнозировать, применяя принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии оказывается воздействие извне, то равновесие в системе смещается так, чтобы ослабить внешнее воздействие.

1. Влияние концентраций.

Повышение концентрации одного из реагирующих веществ смещает равновесие в сторону расходования вещества. Понижение концентрации – в сторону образования вещества.

2. Влияние температуры.

Повышение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической), а понижение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с выделением теплоты (экзотермической).

3. Влияние давления.

Повышение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением объема и, наоборот, понижение давления – в сторону реакции, идущей с увеличением объема.(2).

Пример 1. Как сместится химическое равновесие при синтезе аммиака в экзотермической реакции?

Решение. При повышении температуры в экзотермической реакции

3H₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г);

ΔH⁰ = -92,4 кДж

реакция протекает с выделением теплоты, равновесие должно сдвигаться влево (в сторону исходных веществ).

Скорость реакции:

;

.

При увеличении давления в три раза концентрация веществ увеличивается также в три раза:

;

.

Такое изменение концентрации увеличивает скорость прямой реакции в 81 раз, а обратное в 9 раз, т.е. при увеличении давления в три раза состояние равновесия достигается быстрее в 81 : 9 = 9 раз. В левой части уравнения участвуют в реакции 3 + 1 = 4 моль веществ, а в правой части уравнения получается 2 моль, поэтому увеличение давления приводит к повышению выхода целевого продукта, что подтверждает принцип Ле Шателье(2).

Пример 2. При синтезе аммиака N₂(г) + 3H₂(г) 2NH₃(г) равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ, : [N₂] = 4; [H₂] = 2; [NH₃] = 6. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода.

Решение. Константа равновесия реакции

.

Начальная концентрация вещества складывается из равновесной концентрации этого вещества и количества вещества, израсходованного на образование равновесной концентрации продукта реакции. На основе уравнения реакции определяем количество израсходованного N₂(2):

на образование 2 моль NH₃ расходуется 1 моль N₂;

на образование 6 моль NH₃ расходуется x моль N₂.

Отсюда .

Начальная концентрация азота

= [N₂] + x = 4 + 3 = 7 .

Аналогично составим пропорцию:

на образование 2 моль NH₃ расходуется 3 моль H₂;

на образование 6 моль NH₃ расходуется y моль H₂.

Отсюда

Начальная концентрация водорода

= [H₂] + y = 2 + 9 = 11 .

Ответ: начальные концентрации ;

Тема№3. Дисперсные системы. Растворы.

Концентрации растворов

Пример 1. В водном растворе хлорида бария объемом 0,800 л с плотностью 1,20 содержится BaCl₂ массой 192 г. Вычислите массовую долю и молярную концентрацию.

Решение. а) Массовая доля (w), выраженная в процентах, показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

= 0,2 или 20%,

где m – масса ВаСl₂;

m_p – масса раствора, г (m_p = V·ρ = 800·1,2 = 960 г);

V – объем раствора, мл (0,8 л = 800 мл);

ρ – плотность раствора, .

б) Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в 1 л раствора и выражается в . Массу ВаСl₂ в 1 л раствора находят из соотношения

в 800 мл раствора содержится 192 г ВаСl₂

в 1000 мл раствора содержится x г ВаСl₂

= 240 г BaCl₂

Молярная масса ВаСl₂ равна (М(ВаСl₂) = 137 + (35,5·2)) = 208 , следовательно, число молей ВаСl₂, содержащихся в 1 л раствора, равно

= 1,15 моль.

Молярная концентрация

= 1,15 .

Пример 2. Какой объем раствора (1) KOH с массовой долей ω₁ = 34,9% (ρ₁ = 1,34 ) следует взять для приготовления раствора (2) объемом V₂ = 250 мл с ω₂ = 11,0% (ρ₂ = 1,1 ). Чему равна молярная концентрация С₂ , полученного раствора?

Решение. К решению нужно подойти, исходя из неизменности в исходном и полученном растворах: 1) массы КОН, г; 2) количества КОН, моль. Более рационален второй подход.

Количество КОН

где m – масса КОН;

М – молярная масса КОН.

Учитывая, что m = V₂·ρ₂·ω₂, получаем

= 0,539 моль.

Молярная концентрация

= 2,16

(обратите внимание на соответствие размерностей величин).

Для исходного раствора

,

Отсюда объем исходного раствора равен

= 64,7 мл.