Si el sistema está en un estado de equilibrio, permanecerá en él mientras las condiciones externas permanezcan constantes. Si las condiciones cambian, entonces el sistema se desequilibrará, las velocidades de los procesos directo e inverso cambiarán de manera diferente, la reacción continuará. valor más alto Tener casos de desequilibrio debido a un cambio en la concentración de alguna de las sustancias que intervienen en el equilibrio, presión o temperatura.
Consideremos cada uno de estos casos.
Un desequilibrio debido a un cambio en la concentración de cualquiera de las sustancias involucradas en la reacción. Deje que el hidrógeno, el yoduro de hidrógeno y el vapor de yodo estén en equilibrio entre sí a una temperatura y presión determinadas. Introduzcamos una cantidad adicional de hidrógeno en el sistema. De acuerdo con la ley de acción de masas, un aumento en la concentración de hidrógeno implicará un aumento en la velocidad de la reacción directa, la reacción de síntesis de HI, mientras que la velocidad de la reacción inversa no cambiará. En la dirección de avance, la reacción procederá ahora más rápido que en la inversa. Como consecuencia, las concentraciones de vapor de hidrógeno y yodo disminuirán, lo que supondrá una ralentización de la reacción directa, y aumentará la concentración de HI, lo que provocará una aceleración de la reacción inversa. Después de un tiempo, las velocidades de las reacciones directa e inversa volverán a ser iguales: se establecerá un nuevo equilibrio. Pero al mismo tiempo, la concentración de HI ahora será más alta que antes de la adición y la concentración será más baja.
El proceso de cambio de concentraciones causado por el desequilibrio se llama desplazamiento o cambio de equilibrio. Si en este caso hay un aumento en las concentraciones de sustancias en el lado derecho de la ecuación (y, por supuesto, al mismo tiempo una disminución en las concentraciones de sustancias en el lado izquierdo), entonces dicen que el equilibrio se desplaza a la derecha, es decir, en la dirección del flujo de la reacción directa; con un cambio inverso en las concentraciones, hablan de un cambio de equilibrio hacia la izquierda, en la dirección de la reacción inversa. En este ejemplo, el equilibrio se ha desplazado hacia la derecha. Al mismo tiempo, la sustancia, cuyo aumento en la concentración causó un desequilibrio, entró en reacción: su concentración disminuyó.
Así, con un aumento en la concentración de alguna de las sustancias que participan en el equilibrio, el equilibrio se desplaza hacia el consumo de esta sustancia; cuando la concentración de cualquiera de las sustancias disminuye, el equilibrio se desplaza hacia la formación de esta sustancia.
Un desequilibrio debido a un cambio en la presión (al reducir o aumentar el volumen del sistema). Cuando hay gases involucrados en la reacción, el equilibrio puede verse alterado por un cambio en el volumen del sistema.
Considere el efecto de la presión en la reacción entre el monóxido de nitrógeno y el oxígeno:
Sea la mezcla de gases, y esté en equilibrio químico a una determinada temperatura y presión. Sin cambiar la temperatura, aumentamos la presión para que el volumen del sistema disminuya 2 veces. En el primer momento, las presiones parciales y las concentraciones de todos los gases se duplicarán, pero la relación entre las velocidades de las reacciones directa e inversa cambiará: se alterará el equilibrio.
De hecho, antes de que aumentara la presión, las concentraciones de gas tenían valores de equilibrio, y , y las velocidades de las reacciones directa e inversa eran las mismas y estaban determinadas por las ecuaciones:
En el primer momento después de la compresión, las concentraciones de gases se duplicarán en comparación con sus valores iniciales y serán iguales a , y , respectivamente. En este caso, las velocidades de las reacciones directa e inversa estarán determinadas por las ecuaciones:
Por lo tanto, como resultado de un aumento en la presión, la velocidad de la reacción directa aumentó 8 veces, y al revés, solo 4 veces. El equilibrio en el sistema se verá perturbado: la reacción directa prevalecerá sobre la inversa. Después de que las velocidades se igualen, el equilibrio se establecerá nuevamente, pero la cantidad en el sistema aumentará, el equilibrio se desplazará hacia la derecha.
Es fácil ver que el cambio desigual en las velocidades de las reacciones directa e inversa se debe al hecho de que el número de moléculas de gas es diferente en las partes izquierda y derecha de la ecuación de la reacción bajo consideración: una molécula de oxígeno y dos moléculas de monóxido de nitrógeno (un total de tres moléculas de gas) se convierten en dos moléculas de gas: dióxido de nitrógeno. La presión de un gas es el resultado del impacto de sus moléculas en las paredes del recipiente; En igualdad de condiciones, la presión del gas es mayor, mayor más moléculas encerrado en un volumen dado de gas. Por lo tanto, una reacción que transcurre con un aumento en el número de moléculas de gas conduce a un aumento en la presión, y una reacción que transcurre con una disminución en el número de moléculas de gas conduce a su disminución.
Con esto en mente, la conclusión sobre el efecto de la presión sobre equilibrio químico se puede formular así:
Con un aumento de la presión al comprimir el sistema, el equilibrio se desplaza hacia una disminución del número de moléculas de gas, es decir, hacia una disminución de la presión; con una disminución de la presión, el equilibrio se desplaza hacia un aumento del número de moléculas de gas, es decir, hacia un aumento de la presión.
En el caso de que la reacción transcurra sin cambiar el número de moléculas de gas, el equilibrio no se altera por la compresión o expansión del sistema. Por ejemplo, en el sistema
el equilibrio no se altera por un cambio de volumen; La salida HI es independiente de la presión.
Desequilibrio por cambio de temperatura. Saldo mayoritario reacciones químicas cambia a medida que cambia la temperatura. El factor que determina la dirección del cambio de equilibrio es el signo efecto térmico reacciones Se puede demostrar que cuando la temperatura aumenta, el equilibrio se desplaza en la dirección de la reacción endotérmica, y cuando disminuye, se desplaza en la dirección de la reacción exotérmica.
Así, la síntesis de amoníaco es una reacción exotérmica.
Por lo tanto, con un aumento de la temperatura, el equilibrio en el sistema se desplaza hacia la izquierda, hacia la descomposición del amoníaco, ya que este proceso continúa con la absorción de calor.
Por el contrario, la síntesis de óxido nítrico (II) es una reacción endotérmica:
Por lo tanto, cuando aumenta la temperatura, el equilibrio en el sistema se desplaza hacia la derecha, en la dirección de formación.
Las regularidades que se manifiestan en los ejemplos considerados de violación del equilibrio químico son casos especiales. principio general, que determina la influencia de varios factores en los sistemas de equilibrio. Este principio, conocido como principio de Le Chatelier, se puede formular de la siguiente manera cuando se aplica a los equilibrios químicos:
Si se ejerce algún impacto sobre un sistema que está en equilibrio, como resultado de los procesos que ocurren en él, el equilibrio se desplazará en tal dirección que el impacto disminuirá.
De hecho, cuando se introduce en el sistema una de las sustancias que participan en la reacción, el equilibrio se desplaza hacia el consumo de esta sustancia. "Cuando la presión aumenta, se desplaza de modo que la presión en el sistema disminuye; cuando aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica: la temperatura en el sistema desciende.
El principio de Le Chatelier se aplica no solo a los equilibrios químicos, sino también a varios equilibrios físico-químicos. El cambio de equilibrio al cambiar las condiciones de procesos como la ebullición, la cristalización y la disolución se produce de acuerdo con el principio de Le Chatelier.
Equilibrio químico y los principios de su desplazamiento (principio de Le Chatelier)
En reacciones reversibles, bajo ciertas condiciones, puede ocurrir un estado de equilibrio químico. Este es el estado en el que la velocidad de la reacción inversa se vuelve igual a la velocidad de la reacción directa. Pero para cambiar el equilibrio en una dirección u otra, es necesario cambiar las condiciones de la reacción. El principio del equilibrio cambiante es el principio de Le Chatelier.
Disposiciones básicas:
1. Un impacto externo sobre un sistema que se encuentra en estado de equilibrio provoca un desplazamiento de este equilibrio en la dirección en que se debilita el efecto del impacto producido.
2. Con un aumento en la concentración de una de las sustancias que reaccionan, el equilibrio se desplaza hacia el consumo de esta sustancia, con una disminución en la concentración, el equilibrio se desplaza hacia la formación de esta sustancia.
3. Con un aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia una disminución de la cantidad de sustancias gaseosas, es decir, hacia una disminución de la presión; cuando la presión disminuye, el equilibrio se desplaza en la dirección de cantidades crecientes de sustancias gaseosas, es decir, en la dirección de aumento de la presión. Si la reacción continúa sin cambiar el número de moléculas de sustancias gaseosas, entonces la presión no afecta la posición de equilibrio en este sistema.
4. Con un aumento de la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica, con una disminución de la temperatura, hacia una reacción exotérmica.
Por los principios, agradecemos al manual "Los comienzos de la química" Kuzmenko N.E., Eremin V.V., Popkov V.A.
Asignaciones USE para el equilibrio químico (anteriormente A21)
Tarea número 1.
H2S(g) ↔ H2(g) + S(g) - Q
1. Presurización
2. Aumento de temperatura
3. reducción de presión
Explicación: para empezar, considera la reacción: todas las sustancias son gases y en el lado derecho hay dos moléculas de productos, y en el lado izquierdo solo hay una, la reacción también es endotérmica (-Q). Por lo tanto, considere el cambio en la presión y la temperatura. Necesitamos que el equilibrio se desplace hacia los productos de la reacción. Si aumentamos la presión, el equilibrio se desplazará hacia una disminución del volumen, es decir, hacia los reactivos; esto no nos conviene. Si aumentamos la temperatura, entonces el equilibrio se desplazará hacia la reacción endotérmica, en nuestro caso hacia los productos, que es lo que se requería. La respuesta correcta es 2.
Tarea número 2.
Equilibrio químico en el sistema.
SO3(g) + NO(g) ↔ SO2(g) + NO2(g) - Q
cambiará hacia la formación de reactivos en:
1. Aumento de la concentración de NO
2. Aumento de la concentración de SO2
3. Aumento de temperatura
4. Aumento de la presión
Explicación: todas las sustancias son gases, pero los volúmenes en los lados derecho e izquierdo de la ecuación son los mismos, por lo que la presión no afectará el equilibrio del sistema. Considere un cambio en la temperatura: a medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica, solo hacia los reactivos. La respuesta correcta es 3.
Tarea número 3.
en sistema
2NO2(g) ↔ N2O4(g) + Q
el desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda contribuirá a
1. Aumento de presión
2. Aumentar la concentración de N2O4
3. Bajar la temperatura
4. Introducción del catalizador
Explicación: Prestemos atención al hecho de que los volúmenes de sustancias gaseosas en las partes derecha e izquierda de la ecuación no son iguales, por lo tanto, un cambio en la presión afectará el equilibrio en este sistema. Es decir, con un aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia una disminución de la cantidad de sustancias gaseosas, es decir, hacia la derecha. No nos conviene. La reacción es exotérmica, por lo tanto, un cambio de temperatura también afectará el equilibrio del sistema. A medida que disminuye la temperatura, el equilibrio se desplazará hacia la reacción exotérmica, es decir, también hacia la derecha. Con un aumento en la concentración de N2O4, el equilibrio se desplaza hacia el consumo de esta sustancia, es decir, hacia la izquierda. La respuesta correcta es 2.
Tarea número 4.
en reacción
2Fe(t) + 3H2O(g) ↔ 2Fe2O3(t) + 3H2(g) - Q
el equilibrio se desplazará hacia los productos de la reacción
1. Presurización
2. Agregar un catalizador
3. Adición de hierro
4. Agregar agua
Explicación: el número de moléculas en los lados derecho e izquierdo es el mismo, por lo que un cambio en la presión no afectará el equilibrio en este sistema. Considere un aumento en la concentración de hierro: el equilibrio debería desplazarse hacia el consumo de esta sustancia, es decir, hacia la derecha (hacia los productos de reacción). La respuesta correcta es 3.
Tarea número 5.
Equilibrio químico
H2O(g) + C(t) ↔ H2(g) + CO(g) - Q
se desplazará hacia la formación de productos en el caso de
1. Aumento de presión
2. Aumento de temperatura
3. Aumentar el tiempo del proceso
4. Aplicaciones de catalizadores
Explicación: un cambio en la presión no afectará el equilibrio en un sistema dado, ya que no todas las sustancias son gaseosas. A medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la reacción endotérmica, es decir, hacia la derecha (en la dirección de la formación de productos). La respuesta correcta es 2.
Tarea número 6.
A medida que aumenta la presión, el equilibrio químico se desplazará hacia los productos del sistema:
1. CH4(g) + 3S(t) ↔ CS2(g) + 2H2S(g) - Q
2. C(t) + CO2(g) ↔ 2CO(g) - Q
3. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
4. Ca(HCO3)2(t) ↔ CaCO3(t) + CO2(g) + H2O(g) - Q
Explicación: el cambio de presión no afecta las reacciones 1 y 4, por lo tanto no todas las sustancias involucradas son gaseosas, en la ecuación 2 el número de moléculas en el lado derecho e izquierdo es el mismo, por lo que la presión no se verá afectada. Queda la ecuación 3. Comprobemos: con un aumento de la presión, el equilibrio debería desplazarse hacia una disminución de la cantidad de sustancias gaseosas (4 moléculas a la derecha, 2 moléculas a la izquierda), es decir, hacia los productos de reacción. La respuesta correcta es 3.
Tarea número 7.
No afecta el cambio de equilibrio
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) - Q
1. Presurizar y agregar catalizador
2. Aumentar la temperatura y agregar hidrógeno
3. Bajar la temperatura y añadir yodo de hidrógeno
4. Adición de yodo y adición de hidrógeno
Explicación: en las partes derecha e izquierda, las cantidades de sustancias gaseosas son las mismas, por lo tanto, un cambio en la presión no afectará el equilibrio en el sistema, y la adición de un catalizador tampoco afectará, porque tan pronto como agreguemos un catalizador , la reacción directa se acelerará, y luego inmediatamente la inversa y se restablecerá el equilibrio en el sistema. La respuesta correcta es 1.
Tarea número 8.
Desplazar el equilibrio hacia la derecha en la reacción.
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g); ∆H°<0
requerido
1. Introducción del catalizador
2. Bajar la temperatura
3. Reducción de presión
4. Disminución de la concentración de oxígeno
Explicación: una disminución en la concentración de oxígeno conducirá a un cambio en el equilibrio hacia los reactivos (a la izquierda). Una disminución de la presión desplazará el equilibrio en el sentido de disminuir la cantidad de sustancias gaseosas, es decir, hacia la derecha. La respuesta correcta es 3.
Tarea número 9.
Rendimiento de producto en reacción exotérmica.
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
con aumento simultáneo de temperatura y disminución de presión
1. Aumentar
2. Disminuir
3. No cambiará
4. Primero aumenta, luego disminuye
Explicación: cuando sube la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica, es decir, hacia los productos, y cuando la presión disminuye, el equilibrio se desplaza hacia un aumento de la cantidad de sustancias gaseosas, es decir, también hacia la izquierda. Por lo tanto, el rendimiento del producto disminuirá. La respuesta correcta es 2.
Tarea número 10.
Aumento del rendimiento de metanol en la reacción.
CO + 2H2 ↔ CH3OH + Q
promueve
1. Aumento de temperatura
2. Introducción del catalizador
3. Introducción de un inhibidor
4. Aumento de presión
Explicación: cuando la presión aumenta, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica, es decir, hacia los reactivos. Un aumento de la presión desplaza el equilibrio hacia una disminución de la cantidad de sustancias gaseosas, es decir, hacia la formación de metanol. La respuesta correcta es 4.
Tareas para decisión independiente (respuestas a continuación)
1. En el sistema
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + q
un cambio en el equilibrio químico hacia los productos de la reacción contribuirá a
1. Reducir la presión
2. Aumento de la temperatura
3. Aumentar la concentración de monóxido de carbono
4. Aumentar la concentración de hidrógeno
2. ¿En qué sistema, al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia los productos de reacción?
1. 2CO2(g) ↔ 2CO(g) + O2(g)
2. С2Н4 (g) ↔ С2Н2 (g) + Н2 (g)
3. PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g)
4. H2(g) + Cl2(g) ↔ 2HCl(g)
3. Equilibrio químico en el sistema
2HBr(g) ↔ H2(g) + Br2(g) - Q
se desplazará hacia los productos de reacción en
1. Presurización
2. Aumento de temperatura
3. reducción de presión
4. Usar un catalizador
4. Equilibrio químico en el sistema
C2H5OH + CH3COOH ↔ CH3COOC2H5 + H2O + q
se desplaza hacia los productos de reacción en
1. Agregar agua
2. Reducir la concentración de ácido acético
3. Aumentar la concentración de éter
4. Al retirar el éster
5. Equilibrio químico en el sistema
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
se desplaza hacia la formación del producto de reacción en
1. Presurización
2. Aumento de temperatura
3. reducción de presión
4. Aplicación de catalizador
6. Equilibrio químico en el sistema
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
se desplazará hacia los productos de reacción en
1. Presurización
2. Bajar la temperatura
3. Aumento de la concentración de CO
4. Aumento de temperatura
7. El cambio de presión no afectará el estado de equilibrio químico en el sistema
1. 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
2. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
3. 2CO(g) + O2(g) ↔ 2CO2(g)
4. N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g)
8. ¿En qué sistema, al aumentar la presión, el equilibrio químico se desplazará hacia las sustancias iniciales?
1. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
2. N2O4(g) ↔ 2NO2(g) - Q
3. CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) - Q
4. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q
9. Equilibrio químico en el sistema
C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) - Q
se desplazará hacia los productos de reacción en
1. Aumento de temperatura
2. Bajar la temperatura
3. Usar un catalizador
4. Reducir la concentración de butano
10. Sobre el estado de equilibrio químico en el sistema
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) -Q
no afecta
1. Aumento de presión
2. Aumentar la concentración de yodo
3. Aumento de la temperatura
4. Disminución de la temperatura
Tareas para 2016
1. Establecer una correspondencia entre la ecuación de una reacción química y el cambio en el equilibrio químico con el aumento de la presión en el sistema.
Ecuación de reacción Desplazamiento del equilibrio químico
A) N2 (g) + O2 (g) ↔ 2NO (g) - Q 1. Desplazamiento hacia la reacción directa
B) N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) - Q 2. Desplazamientos hacia la reacción inversa
C) CaCO3 (tv) ↔ CaO (tv) + CO2 (g) - Q 3. No hay cambio de equilibrio
D) Fe3O4(s) + 4CO(g) ↔ 3Fe(s) + 4CO2(g) + Q
2. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema:
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
y cambios en el equilibrio químico.
A. Aumento de la concentración de CO 1. Desplazamiento hacia la reacción directa
B. Disminución de la presión 3. No hay cambio en el equilibrio
3. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema
HCOOH(l) + C5H5OH(l) ↔ HCOOC2H5(l) + H2O(l) + Q
Influencia externa Desplazamiento del equilibrio químico
A. Adición de HCOOH 1. Cambios hacia la reacción directa
B. Dilución con agua 3. No se produce cambio en el equilibrio
D. Aumento de la temperatura
4. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
y un cambio en el equilibrio químico.
Influencia externa Desplazamiento del equilibrio químico
A. Disminución de la presión 1. Cambios hacia la reacción directa
B. Aumento de la temperatura 2. Desplazamiento hacia la reacción inversa
B. Aumento de la temperatura del NO2 3. No se produce un cambio de equilibrio
Adición de D.O2
5. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema
4NH3(g) + 3O2(g) ↔ 2N2(g) + 6H2O(g) + Q
y un cambio en el equilibrio químico.
Influencia externa Desplazamiento del equilibrio químico
A. Disminución de la temperatura 1. Cambio hacia la reacción directa
B. Aumento de la presión 2. Cambios hacia la reacción inversa
B. Aumentar la concentración en amoníaco 3. No hay cambio en el equilibrio
D. Eliminación de vapor de agua
6. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema
WO3(s) + 3H2(g) ↔ W(s) + 3H2O(g) + Q
y un cambio en el equilibrio químico.
Influencia externa Desplazamiento del equilibrio químico
A. Aumento de temperatura 1. Cambios hacia la reacción directa
B. Aumento de la presión 2. Cambios hacia la reacción inversa
B. Uso de un catalizador 3. No se produce un cambio de equilibrio
D. Eliminación de vapor de agua
7. Establecer una correspondencia entre las influencias externas sobre el sistema
С4Н8(g) + Н2(g) ↔ С4Н10(g) + Q
y un cambio en el equilibrio químico.
Influencia externa Desplazamiento del equilibrio químico
A. Aumento de la concentración de hidrógeno 1. Cambios hacia una reacción directa
B. Aumento de la temperatura 2. Cambios en la dirección de la reacción inversa
B. Aumento de la presión 3. No hay cambio en el equilibrio
D. Uso de un catalizador
8. Establecer una correspondencia entre la ecuación de una reacción química y un cambio simultáneo en los parámetros del sistema, dando lugar a un cambio en el equilibrio químico hacia una reacción directa.
Ecuación de reacción Cambio de parámetros del sistema
A. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g) + Q 1. Aumento de temperatura y concentración de hidrógeno
B. H2(g) + I2(tv) ↔ 2HI(g) -Q 2. Disminución de temperatura y concentración de hidrógeno
B. CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q 3. Aumento de la temperatura y disminución de la concentración de hidrógeno
D. C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) -Q 4. Disminución de la temperatura y aumento de la concentración de hidrógeno
9. Establecer una correspondencia entre la ecuación de una reacción química y el cambio en el equilibrio químico con el aumento de la presión en el sistema.
Ecuación de reacción Dirección de desplazamiento del equilibrio químico
A. 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(tv) 1. Desplazamiento hacia la reacción directa
B. C(g) + 2S(g) ↔ CS2(g) 2. Desplazamientos hacia la reacción inversa
B. C3H6(g) + H2(g) ↔ C3H8(g) 3. No hay cambio de equilibrio
H. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g)
10. Establecer una correspondencia entre la ecuación de una reacción química y un cambio simultáneo en las condiciones para su realización, lo que lleva a un cambio en el equilibrio químico hacia una reacción directa.
Ecuación de reacción Condiciones cambiantes
A. N2(g) + H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q 1. Aumento de temperatura y presión
B. N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) -Q 2. Disminución de temperatura y presión
B. CO2 (g) + C (sólido) ↔ 2CO (g) + Q 3. Aumento de temperatura y disminución de presión
D. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q 4. Disminución de temperatura y aumento de presión
Respuestas: 1 - 3, 2 - 3, 3 - 2, 4 - 4, 5 - 1, 6 - 4, 7 - 4, 8 - 2, 9 - 1, 10 - 1
1. 3223
2. 2111
3. 1322
4. 2221
5. 1211
6. 2312
7. 1211
8. 4133
9. 1113
10. 4322
Por las tareas, agradecemos las colecciones de ejercicios para los autores de 2016, 2015, 2014, 2013:
Kavernina A.A., Dobrotina D.Yu., Snastina M.G., Savinkina E.V., Zhiveinova O.G.
El equilibrio químico es inherente reversible reacciones y no es típico de irreversible reacciones químicas.
A menudo, durante la implementación de un proceso químico, los reactivos iniciales pasan por completo a los productos de reacción. Por ejemplo:
Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Es imposible obtener cobre metálico realizando la reacción en sentido contrario, porque. dado la reacción es irreversible. En tales procesos, los reactivos se convierten completamente en productos, es decir la reacción continúa hasta completarse.
Pero la mayoría de las reacciones químicas reversible, es decir. es probable el flujo paralelo de la reacción en las direcciones directa e inversa. En otras palabras, los reactivos se convierten solo parcialmente en productos y el sistema de reacción constará de reactivos y productos. Sistema en este caso está en un estado equilibrio químico.
En los procesos reversibles, al principio la reacción directa tiene una velocidad máxima, que va disminuyendo gradualmente debido a la disminución de la cantidad de reactivos. La reacción inversa, por el contrario, tiene inicialmente una velocidad mínima, que aumenta a medida que se acumulan los productos. Al final, llega un momento en que las velocidades de ambas reacciones se igualan: el sistema llega a un estado de equilibrio. Cuando se alcanza un estado de equilibrio, las concentraciones de los componentes permanecen sin cambios, pero la reacción química no se detiene. Eso. Este es un estado dinámico (en movimiento). Para mayor claridad, presentamos la siguiente figura:
digamos que hay alguna reacción química reversible:
un UN + segundo segundo = do do + re re
luego, basándonos en la ley de acción de masas, escribimos las expresiones para derechoυ 1 y contrarrestarυ 2 reacciones:
υ1 = k 1 [A] un [B] segundo
υ2 = k 2 [C] c [D] re
Capaz equilibrio químico, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, es decir:
k 1 [A] un [B] segundo = k 2 [C] c [D] re
obtenemos
A= k1 / k 2 = [C] c [D] re ̸ [A] un [B] segundo
Dónde k =k 1 / k 2 – equilibrio constante.
Para cualquier proceso reversible, bajo condiciones dadas k es un valor constante. No depende de las concentraciones de las sustancias, ya que cuando cambia la cantidad de una de las sustancias, también cambian las cantidades de otros componentes.
Cuando cambian las condiciones para el curso de un proceso químico, es posible un cambio en el equilibrio.
Factores que afectan el cambio en el equilibrio:
- cambio en las concentraciones de reactivos o productos,
- cambio de presión,
- cambio de temperatura,
- Introducir un catalizador en el medio de reacción.
El principio de Le Chatelier
Todos los factores anteriores afectan el cambio en el equilibrio químico, que está sujeto a Principio de Le Chatelier: si cambia una de las condiciones bajo las cuales el sistema está en equilibrio (concentración, presión o temperatura), entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la reacción que contrarresta este cambio. Aquellos. el equilibrio tiende a cambiar de dirección, lo que conduce a una disminución de la influencia del impacto que condujo a la violación del estado de equilibrio.
Entonces, consideraremos por separado la influencia de cada uno de sus factores en el estado de equilibrio.
Influencia cambios en las concentraciones de reactivos o productos vamos a mostrar con el ejemplo Proceso Haber:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
Si, por ejemplo, se agrega nitrógeno a un sistema en equilibrio que consta de N 2 (g), H 2 (g) y NH 3 (g), entonces el equilibrio debería cambiar en la dirección que contribuiría a una disminución en la cantidad de hidrógeno hacia su valor original, esos. en la dirección de formación de una cantidad adicional de amoníaco (a la derecha). Al mismo tiempo, también se producirá una disminución de la cantidad de hidrógeno. Cuando se agrega hidrógeno al sistema, el equilibrio también cambiará hacia la formación de una nueva cantidad de amoníaco (a la derecha). Considerando que la introducción de amoníaco en el sistema de equilibrio, según Principio de Le Chatelier , provocará un cambio en el equilibrio hacia el proceso que es favorable para la formación de las sustancias de partida (a la izquierda), es decir la concentración de amoníaco debe reducirse descomponiendo parte de él en nitrógeno e hidrógeno.
Una disminución en la concentración de uno de los componentes cambiará el estado de equilibrio del sistema hacia la formación de este componente.
Influencia cambios de presión tiene sentido si en el proceso en estudio intervienen componentes gaseosos y, en este caso, hay un cambio en el número total de moléculas. Si el número total de moléculas en el sistema permanece permanente, entonces el cambio de presión no afecta en su saldo, por ejemplo:
Yo 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)
Si la presión total de un sistema en equilibrio aumenta al disminuir su volumen, entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la disminución del volumen. Aquellos. hacia el número decreciente gas en sistema En reacción:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
a partir de 4 moléculas de gas (1 N 2 (g) y 3 H 2 (g)) se forman 2 moléculas de gas (2 NH 3 (g)), es decir la presión en el sistema disminuye. Como resultado, un aumento en la presión contribuirá a la formación de una cantidad adicional de amoníaco, es decir, el equilibrio se desplazará en la dirección de su formación (hacia la derecha).
Si la temperatura del sistema es constante, entonces un cambio en la presión total del sistema no conducirá a un cambio en la constante de equilibrio. A.
Cambio de temperatura sistema afecta no sólo el desplazamiento de su equilibrio, sino también la constante de equilibrio A. Si un sistema en equilibrio, a presión constante, recibe calor adicional, entonces el equilibrio cambiará en la dirección de absorción de calor. Considerar:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) + 22 kcal
Entonces, como puede ver, la reacción directa procede con la liberación de calor y la reacción inversa con la absorción. Con un aumento de la temperatura, el equilibrio de esta reacción se desplaza hacia la reacción de descomposición del amoníaco (a la izquierda), porque es y debilita la influencia externa: el aumento de la temperatura. Por el contrario, el enfriamiento conduce a un cambio en el equilibrio en la dirección de la síntesis de amoníaco (hacia la derecha), ya que la reacción es exotérmica y resiste el enfriamiento.
Así, un aumento de la temperatura favorece un desplazamiento equilibrio químico en la dirección de una reacción endotérmica, y la caída de temperatura está en la dirección de un proceso exotérmico . constantes de equilibrio de todos los procesos exotérmicos con el aumento de la disminución de la temperatura y los procesos endotérmicos - aumento.
>> Química: Equilibrio químico y formas de desplazarlo En los procesos reversibles, la velocidad de una reacción directa es inicialmente máxima y luego disminuye debido a que disminuyen las concentraciones de las sustancias iniciales consumidas y la formación de productos de reacción. Por el contrario, la velocidad de la reacción inversa, que es mínima al principio, aumenta a medida que aumenta la concentración de los productos de reacción. Finalmente, llega un momento en que las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan.
El estado de un proceso químico reversible se llama equilibrio químico si la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.
El equilibrio químico es dinámico (móvil), ya que cuando ocurre, la reacción no se detiene, solo las concentraciones de los componentes permanecen inalterables, es decir, por unidad de tiempo, se forma la misma cantidad de productos de reacción que se convierte en el sustancias de partida. A temperatura y presión constantes, el equilibrio Reacción reversible puede persistir indefinidamente.
En la producción, lo que más les interesa es el flujo predominante de la reacción directa. Por ejemplo, en la producción de amoníaco, óxido de azufre (VI). óxido nítrico (II). ¿Cómo derivar el sistema del estado de equilibrio? ¿Cómo lo afecta un cambio en las condiciones externas bajo las cuales tiene lugar un determinado proceso químico reversible?
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La dirección del cambio en la posición del equilibrio químico como resultado de un cambio Condiciones externas definida por una regla formulada por primera vez por el químico y metalúrgico francés Henri Louis Le Chatelier en 1884 y nombrada en su honor El principio de Le Chatelier:
Si se ejerce una influencia externa sobre un sistema en un estado de equilibrio, entonces se produce un cambio de equilibrio en el sistema que debilita esta influencia.
Hay tres parámetros principales, al cambiarlos, es posible cambiar el equilibrio químico. Estos son la temperatura, la presión y la concentración. Considere su influencia en el ejemplo de una reacción de equilibrio:
1) Efecto de la temperatura. Dado que para esta reacción DH°<0, следовательно, прямая реакция идет с выделением тепла (+Q), а обратная реакция – с поглощением тепла (-Q):
2NO (G) + O2 (G) 2NO2 (G)
Cuando la temperatura sube, es decir. cuando se introduce energía adicional en el sistema, el equilibrio se desplaza hacia la reacción endotérmica inversa, que consume este exceso de energía. Cuando la temperatura disminuye, por el contrario, el equilibrio se desplaza en la dirección de la reacción que va con la liberación de calor para que compense el enfriamiento, es decir el equilibrio se desplaza en la dirección de la reacción directa.
A medida que aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia una reacción endotérmica que procede con la absorción de energía.
A medida que la temperatura disminuye, el equilibrio se desplaza en la dirección de una reacción exotérmica que procede con la liberación de energía.
2) Efecto de volumen. Con un aumento en la presión, la velocidad de la reacción avanza con una disminución en el volumen (DV<0). При понижении давления ускоряется реакция, протекающая с увеличением объема (DV>0).
Durante el curso de la reacción bajo consideración, se forman 2 moles de gases a partir de 3 moles de sustancias gaseosas:
2NO (G) + O2 (G) 2NO2 (G)
3 moles de gas 2 moles de gas
V REF > V PROD
DV = V PROD - V REF<0
Por lo tanto, con un aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia un volumen menor del sistema, es decir, productos de reacción Cuando se baja la presión, el equilibrio se desplaza hacia las sustancias iniciales que ocupan un volumen mayor.
Con el aumento de la presión, el equilibrio se desplaza hacia la reacción que procede con la formación de un número menor de moles de sustancias gaseosas.
A medida que disminuye la presión, el equilibrio se desplaza en la dirección de la reacción que procede con la formación de más moles de sustancias gaseosas.
3) Influencia de la concentración. Con un aumento en la concentración, aumenta la velocidad de reacción, según la cual se consume la sustancia introducida. De hecho, cuando se introduce una cantidad adicional de oxígeno en el sistema, el sistema lo "gasta" en el flujo de una reacción directa. Con una disminución en la concentración de O 2, esta desventaja se compensa con la descomposición del producto de reacción (NO 2) en los materiales de partida.
Con un aumento en la concentración de las sustancias de partida o una disminución en la concentración de los productos, el equilibrio se desplaza hacia una reacción directa.
Con una disminución en la concentración de las sustancias de partida o un aumento en la concentración de los productos, el equilibrio se desplaza en la dirección de la reacción inversa.
La introducción de un catalizador en el sistema no afecta el cambio en la posición del equilibrio químico, ya que el catalizador aumenta igualmente la velocidad de las reacciones directa e inversa.
