Смещение химического равновесия.

(Задачи №№81 —100)

В равновесном состоянии, характеризующимся равенством скоростей прямой и обратной реакции, система может находиться сколь угодно долго, если не происходит изменения условий. При изменении условий равенство скоростей V₁=V₂ нарушается, одна из двух реакций начинает протекать с большей скоростью. Это выражают, говоря, что в системе происходит смещение (сдвиг) химического равновесия. Если в результате изменения условий в системе с большей скоростью начинает протекать прямая реакция, т.е. V₁>V₂ , равновесие смещается в сто­рону прямой реакции — вправо и, наоборот, если скорость обратной реакции становится больше скорости прямой реакции, т.е. выполняется условие V₂> V₁, происходит сдвиг равно­весия в сторону обратной реакции — влево.

Сдвиг химического равновесия можно осуществить изменением концентраций реагентов или продуктов и изменением температуры, а для реакций с участием газов ещё и изменением давления. Направление смещения равновесия при таких изменениях условий определяется принципом Ле Шателье (принципом противодействия):если в равновесной системе изменить условия, в ней произойдёт сдвиг равновесия в сторону той реакции, которая противодействует произведённому изменению.

В соответствии с принципом Ле Шателье, при добавлении в равновесную систему какого-либо реагента (при увеличении его концентрации) в системе будет протекать такая реакция, в ходе которой концентрация реагента уменьшится — это прямая реакция. Следовательно при данном воздействии на равновесную систему в ней произойдёт сдвиг равновесия вправо.

^{_____________________________}

⁷⁾ См. пример 52.

Наоборот, если осуществлять отбор реагента из равновесной системы (если уменьшать его концентрацию), в ней будет протекать реакция, способная увеличить концентрацию отбираемого реагента — это обратная реакция, т.е. равновесие в данном случае сместится влево. Аналогично, при увеличении концентрации любого продукта равновесие сместится влево, если же внешнее воздействие заключается в уменьшении концентрации продуктов путём их отбора из равновесной системы, равновесие будет смещаться вправо. Таким образом, при увеличении концентраций реагентов и приуменьшении конценпций продуктов равновесие смещается в сторону прямой реакции и, наоборот, приуменьшении концентраций реагентов или увеличении концентраций продуктов равновесие смещается в сторону обратной реакции. Пример 6.1. Смещение равновесия при изменении концентраций реагентов и продуктов в равновесной системе

Согласно принципу Ле Шателье сдвиг равновесия вправо может быть вызван путём увеличения концентраций реагентов N₂ и Н₂ или уменьшением концентрации продукта NН₃. Уве­личение количества реагентов сверх равновесного заставляет систему "работать" так, чтобы избавиться от их избытка, а это возможно только в результате протекания прямой реакции, потребляющей реагенты. То же самое, при уменьшении концентрации продукта NН₃. в системе должна осуществиться реакция, восполняющая потери продукта, т.е. прямая реакция.

Понятно, что при уменьшении концентрации или N₂, или Н₂ в системе будет протекать обратная реакция, восполняющая их недостаток — равновесие смещается влево. Также в!\ево будет смещаться равновесие при увеличении концентрации NН_3,так как при таком воздейст­вии должна протекать реакция, уменьшающая количество продукта — это обратная реакция.

Если в результате внешнего воздействия в равновесной системе увеличивается темпера­тура (в систему подводится теплота), в ней будет протекать реакция, способная поглотить подве­дённую теплоту — это эндотермическая реакция и, наоборот, при понижении температуры будет протекать реакция, способная её повысить — экзотермическая реакция. Итак, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры — в сторону экзотермической.

Пример 6.2. Смещение равновесия при изменении температуры в равновесной системе

N₂(г)+ЗН₂(г) ó 2NH₃(г)

В термохимических уравнениях значение теплового эффекта указывается для прямой реакции; тепловой эффект обратной реакции по абсолютной величине равен тепловому эффекту прямой реакции, но противоположен ему по знаку.

В рассматриваемой реакции отрицательное значение rН указывает на то, что прямая реакция — экзотермическая, обратная — эндотермическая. Следовательно, в соответствии с принципом Ле Шателье, в данной обратимой реакции при повышении температуры равновесие будет смещаться влево, а понижение температуры вызовет сдвиг равновесия вправо.

Если в обратимой реакции принимают участие газообразные вещества, сдвиг равновесия в ней может быть вызван изменением давления. При увеличении давления в системе по принципу Ле Шателье будет протекать реакция, приводящая к его уменьшению — это реакция, которая сопровождается уменьшением числа молей газообразных веществ. Наоборот, при уменьшении давления будет протекать реакция, увеличивающая его — реакция, в ходе которой суммарное число молей газа увеличивается. Отсюда вытекает правило: при увеличении давления в равно­весной системе равновесие смещается в сторону реакции, протекающей с уменьшением числа молей газа, приуменьшении давления — в сторону реакции, сопровождающейся увеличением числа молей газообразных веществ.Понятно, что если число молей газа к обратимой реакции не изменяется, изменение давления не будет приводить к сдвигу равновесия.

Пример 6.3.Смещение_равнрвесия при изменении давления в равновесной системе

N₂(г)+ЗН₂(г) ó 2NH₃(г)

В уравнении реакции стехиометрические коэффициенты обозначают число молей каждого из участников реакции. Из уравнения реакции видно, что в прямой реакции число молей газа уменьшается с четырёх до двух и, соответственно в обратной реакции увеличивается с двух до четырёх. Поэтому, при увеличении давления в данной равновесной системе равновесие будет смещаться вправо, а приуменьшении давления влево.

Пример 6.4.Смещение равновесия при изменении давления в равновесной системе
F₂O₄(т) + 4СО(г) ó Fe(т) + 4СО(г)

Как видно из уравнения реакции, число молей газа в прямой и в обратной реакции не изменяется (по 4 моля). Следовательно, при изменении давления равновесие в данной обратимой реакции смещаться не будет.

Приложение.