Константа химического равновесия

Выведем константу равновесия для обратимых химических реакций (в общем виде)

aA + bB = mM + nN .

(11)

Применим закон действия масс и запишем выражения скорости прямой и обратной реакций:

· скорость прямой реакции:

vпр. = k1[A]a[B]b

(12)

· скорость обратной реакции:

vобр. = k2[N]n[M]m

(13)

· в состоянии равновесия:v_пр. = v_обр. ,

k1[A]a[B] b= k2[N]n[M]m

(14)

Переносим постоянные величины (константы скорости) в левую часть равенства, а переменные (концентрации) – в правую часть равенства, т.е. записываем данное равенство в виде пропорции:

.

(15)

Так как величиныk₁ иk₂ вопределенных условиях постоянны, то и отношение их тоже будет постоянной величиной для данной системы. Её обозначают К и называют константой равновесия.

.

(16)

В выражение константы входят равновесные концентрации веществ, взятые в степенях, равных коэффициентам перед веществом в уравнении реакции.

Константа равновесия отражает глубину протекания процесса. Чем больше величина константы равновесия, тем выше концентрация продуктов реакции в момент равновесия, т.е. тем полнее протекает реакция.

Константа равновесия зависит от природы реагирующих веществ, но не зависит от присутствия катализатора, так как он в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакции. Влияние других факторов (концентрации веществ, давления газов и температуры) на величину константы равновесия мы разберем ниже на конкретных примерах

Рассмотрим вывод выражения константы равновесия на конкретных примерах.

Пример 2. для реакции: N_2(г) +3H_2(г) Û 2NH_3(г)

V_пр = k₁[N₂][H₂]³ ; V_обр. = k₂ [NH₃]².Если V_пр= V_обр.,то k₁[N₂][ H₂]³ = k₂[NH₃]²,

константа химического равновесия будет равна .

Если в реакции участвуют твердые вещества (гетерогенная система), то концентрация их не входит в выражение скорости реакции (т.к. остается постоянной в единице поверхности в единицу времени), а следовательно - константы равновесия.

Пример 3. для реакции: С_(тв.) + О_{2 (г)} Û СО_2(г) константа химического равновесия будет равна .

Пример 4. В обратимой химической реакции А + 2В Û Сравновесие наступило при следующих равновесных концентрациях: [А] = 0,6 моль/л; [В] = 1,2 моль/л; [С] = 2,16 моль/л. Определить константу равновесия и исходные концентрации вещества А и В.

Решение. Вычисляем константу равновесия: .

чтобы определить исходные концентрации веществ А и В,нужно учесть, что согласно уравнению реакции А + 2В Û С из одного моля вещества А и двух молей вещества В образуется один моль вещества С. отсюда следует, что на образование каждых 2,16 молей вещества С пошло 2,16 моля вещества Аи 2,16·2=4,32 моля вещества В. Тогда число молей вещества А и В до начала реакции равнялось: [А]_исх.=0,6+2,16=2,76 моль/л, [В]_исх.=1,2+4,32=5,54 моль/л.