Jei sistema yra pusiausvyros būsenoje, ji joje išliks tol, kol išorinės sąlygos išliks pastovios. Pasikeitus sąlygoms, sistema išeis iš pusiausvyros – pirmyn ir atgal vykstančių procesų greičiai keisis nevienodai – įvyks reakcija. Aukščiausia vertė yra disbalanso atvejų dėl bet kurios iš pusiausvyroje dalyvaujančių medžiagų koncentracijos, slėgio ar temperatūros pokyčių.
Panagrinėkime kiekvieną iš šių atvejų.
Pusiausvyros sutrikimas dėl bet kurios reakcijoje dalyvaujančios medžiagos koncentracijos pasikeitimo. Tegul vandenilis, vandenilio jodidas ir jodo garai yra pusiausvyroje tam tikroje temperatūroje ir slėgyje. Į sistemą įveskime papildomą vandenilio kiekį. Pagal masės veikimo dėsnį, padidėjus vandenilio koncentracijai, padidės tiesioginės reakcijos - HI sintezės reakcijos - greitis, o atvirkštinės reakcijos greitis nepasikeis. Dabar reakcija vyks greičiau į priekį nei priešinga kryptimi. Dėl to sumažės vandenilio ir jodo garų koncentracijos, o tai sulėtins tiesioginę reakciją, o padidės HI koncentracija, o tai pagreitins atvirkštinę reakciją. Po kurio laiko tiesioginės ir atvirkštinės reakcijų greičiai vėl taps vienodi ir bus nustatyta nauja pusiausvyra. Tačiau tuo pačiu metu HI koncentracija dabar bus didesnė nei buvo prieš pridedant, o koncentracija bus mažesnė.
Koncentracijų kitimo procesas, kurį sukelia disbalansas, vadinamas poslinkiu arba pusiausvyros poslinkiu. Jei tuo pačiu metu padidėja medžiagų koncentracijos dešinėje lygties pusėje (ir, žinoma, tuo pačiu metu sumažėja medžiagų koncentracijos kairėje), tada jie sako, kad pusiausvyra pasislenka. į dešinę, t.y., tiesioginės reakcijos kryptimi; kai koncentracijos keičiasi priešinga kryptimi, jos kalba apie pusiausvyros poslinkį į kairę – atvirkštinės reakcijos kryptimi. Nagrinėjamame pavyzdyje pusiausvyra pasislinko į dešinę. Tuo pačiu metu medžiaga, kurios koncentracijos padidėjimas sukėlė disbalansą, įsitraukė į reakciją - jos koncentracija sumažėjo.
Taigi, padidėjus bet kurios iš pusiausvyroje dalyvaujančių medžiagų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos vartojimo link; Sumažėjus bet kurios medžiagos koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos susidarymo link.
Pusiausvyros sutrikimas dėl slėgio pokyčių (mažinant arba didinant sistemos tūrį). Kai reakcijoje dalyvauja dujos, pasikeitus sistemos tūriui, gali sutrikti pusiausvyra.
Apsvarstykite slėgio poveikį reakcijai tarp azoto monoksido ir deguonies:
Tegul dujų mišinys yra cheminėje pusiausvyroje esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Nekeisdami temperatūros padidiname slėgį taip, kad sistemos tūris sumažėtų 2 kartus. Pirmą akimirką visų dujų daliniai slėgiai ir koncentracijos padvigubės, tačiau tuo pat metu pasikeis tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičių santykis – bus sutrikdyta pusiausvyra.
Tiesą sakant, prieš didėjant slėgiui, dujų koncentracijos turėjo pusiausvyros reikšmes ir , o tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai buvo vienodi ir buvo nustatyti pagal lygtis:
Pirmą akimirką po suspaudimo dujų koncentracijos padvigubės, palyginti su pradinėmis vertėmis, ir bus atitinkamai lygios , ir . Šiuo atveju tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis bus nustatomas pagal lygtis:
Taigi, dėl didėjančio slėgio, tiesioginės reakcijos greitis padidėjo 8 kartus, o atvirkštinės reakcijos greitis tik 4 kartus. Pusiausvyra sistemoje bus sutrikdyta – pirmyn nukreipta reakcija vyraus prieš atvirkštinę. Greičiams susilyginus, pusiausvyra vėl nusistovi, tačiau kiekis sistemoje padidės, o pusiausvyra pasislinks į dešinę.
Nesunku pastebėti, kad nevienodą tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičių pokytį lemia tai, kad kairėje ir dešinėje nagrinėjamos reakcijos lygties pusėse skiriasi dujų molekulių skaičius: viena deguonies molekulė ir dvi azoto monoksido molekulės (iš viso trys dujų molekulės) paverčiamos dviem dujų molekulėmis – azoto dioksidu. Dujų slėgis yra jų molekulių atsitrenkimo į talpyklos sieneles rezultatas; jei kiti dalykai yra vienodi, tuo didesnis dujų slėgis daugiau molekulių esančių tam tikrame dujų tūryje. Todėl reakcija, kuri vyksta padidėjus dujų molekulių skaičiui, padidina slėgį, o reakcija, kuri vyksta sumažėjus dujų molekulių skaičiui, lemia slėgio sumažėjimą.
Turint tai omenyje, išvada apie spaudimo poveikį cheminė pusiausvyra galima suformuluoti taip:
Kai slėgis didėja suspaudžiant sistemą, pusiausvyra pasislenka dujų molekulių skaičiaus mažėjimo link, t.y. slėgio mažėjimo link, o slėgiui mažėjant pusiausvyra pasislenka dujų molekulių skaičiaus didėjimo link, t.y. slėgio padidėjimas.
Tuo atveju, kai reakcija vyksta nekeičiant dujų molekulių skaičiaus, sistemos suspaudimo ar plėtimosi metu pusiausvyra nepažeidžiama. Pavyzdžiui, sistemoje
kintant tūriui pusiausvyra nesutrinka; HI išėjimas nepriklauso nuo slėgio.
Pusiausvyros sutrikimas dėl temperatūros pokyčių. Didžiosios daugumos likutis cheminės reakcijos pasislenka su temperatūros pokyčiais. Pusiausvyros poslinkio kryptį lemiantis veiksnys yra ženklas šiluminis efektas reakcijos. Galima parodyti, kad kylant temperatūrai pusiausvyra pasislenka endoterminės reakcijos kryptimi, o mažėjant – egzoterminės reakcijos kryptimi.
Taigi amoniako sintezė yra egzoterminė reakcija
Todėl, kylant temperatūrai, pusiausvyra sistemoje pasislenka į kairę - link amoniako skilimo, nes šis procesas vyksta sugeriant šilumą.
Ir atvirkščiai, azoto oksido (II) sintezė yra endoterminė reakcija:
Todėl, kylant temperatūrai, pusiausvyra sistemoje pasislenka į dešinę – formacijos link.
Nagrinėjamuose cheminio disbalanso pavyzdžiuose atsirandantys modeliai yra ypatingi atvejai bendras principas, kuris lemia įvairių veiksnių įtaką pusiausvyros sistemoms. Šis principas, žinomas kaip Le Chatelier principas, taikomas cheminei pusiausvyrai, gali būti suformuluotas taip:
Jei pusiausvyros sistemai daromas koks nors poveikis, tai dėl joje vykstančių procesų pusiausvyra pasislinks tokia kryptimi, kad poveikis sumažės.
Iš tiesų, kai į sistemą patenka viena iš reakcijoje dalyvaujančių medžiagų, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos suvartojimo link. „Slėgiui padidėjus, jis pasislenka taip, kad slėgis sistemoje mažėja, kylant temperatūrai pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos – temperatūra sistemoje krenta.
Le Chatelier principas taikomas ne tik cheminėms, bet ir įvairioms fizikinėms ir cheminėms pusiausvyroms. Pusiausvyros poslinkis, kai keičiasi procesų, tokių kaip virimas, kristalizacija ir tirpimas, sąlygos pagal Le Chatelier principą.
Cheminė pusiausvyra ir jos poslinkio principai (Le Chatelier principas)
Vykstant grįžtamoms reakcijoms, tam tikromis sąlygomis gali susidaryti cheminės pusiausvyros būsena. Tai būklė, kai atvirkštinės reakcijos greitis tampa lygus tiesioginės reakcijos greičiui. Tačiau norint pakeisti pusiausvyrą viena ar kita kryptimi, būtina pakeisti reakcijos sąlygas. Pusiausvyros keitimo principas yra Le Chatelier principas.
Pagrindiniai klausimai:
1. Išorinis poveikis sistemai, kuri yra pusiausvyros būsenoje, lemia šios pusiausvyros poslinkį ta kryptimi, kuria poveikio poveikis susilpnėja.
2. Padidėjus vienos iš reaguojančių medžiagų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos suvartojimo link, koncentracijai mažėjant, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos susidarymo link.
3. Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka dujinių medžiagų kiekio mažėjimo link, tai yra slėgio mažėjimo link; slėgiui mažėjant, pusiausvyra pasislenka į didėjantį dujinių medžiagų kiekį, tai yra į didėjantį slėgį. Jei reakcija vyksta nekeičiant dujinių medžiagų molekulių skaičiaus, tai slėgis neturi įtakos pusiausvyros padėčiai šioje sistemoje.
4. Kylant temperatūrai pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos, o temperatūrai mažėjant – į egzoterminę.
Už principus dėkojame vadovui „Chemijos pradžia“ Kuzmenko N.E., Eremin V.V., Popkov V.A.
Vieningo valstybinio egzamino užduotys apie cheminę pusiausvyrą (anksčiau A21)
Užduotis Nr.1.
H2S(g) ↔ H2(g) + S(g) - Q
1. Padidėjęs slėgis
2. Kylanti temperatūra
3. Sumažėjęs slėgis
Paaiškinimas: Pirma, panagrinėkime reakciją: visos medžiagos yra dujos, o dešinėje yra dvi produktų molekulės, o kairėje - tik viena, reakcija taip pat yra endoterminė (-Q). Todėl apsvarstykime slėgio ir temperatūros pokyčius. Mums reikia pusiausvyros, kad pereitume prie reakcijos produktų. Jei padidinsime slėgį, tada pusiausvyra pasislinks mažėjančio tūrio link, tai yra, link reagentų - tai mums netinka. Jei padidinsime temperatūrą, tada pusiausvyra pasislinks link endoterminės reakcijos, mūsų atveju link produktų, ko ir reikėjo. Teisingas atsakymas yra 2.
2 užduotis.
Cheminė pusiausvyra sistemoje
SO3(g) + NO(g) ↔ SO2(g) + NO2(g) - Q
pereis prie reagentų susidarymo, kai:
1. NO koncentracijos didinimas
2. Didėjanti SO2 koncentracija
3. Temperatūra pakyla
4. Padidėjęs slėgis
Paaiškinimas: visos medžiagos yra dujos, tačiau tūriai dešinėje ir kairėje lygties pusėse yra vienodi, todėl slėgis neturės įtakos pusiausvyrai sistemoje. Apsvarstykite temperatūros pokytį: kylant temperatūrai, pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos, būtent į reagentus. Teisingas atsakymas yra 3.
Užduotis Nr.3.
Sistemoje
2NO2(g) ↔ N2O4(g) + Q
prisidės pusiausvyros poslinkis į kairę
1. Slėgio padidėjimas
2. N2O4 koncentracijos padidėjimas
3. Temperatūros kritimas
4. Katalizatoriaus įvedimas
Paaiškinimas: Atkreipkime dėmesį į tai, kad dujinių medžiagų tūriai dešinėje ir kairėje lygties pusėse nėra vienodi, todėl slėgio pokytis turės įtakos pusiausvyrai šioje sistemoje. Būtent, didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka dujinių medžiagų kiekio mažėjimo link, tai yra į dešinę. Tai mums netinka. Reakcija yra egzoterminė, todėl temperatūros pokytis turės įtakos sistemos pusiausvyrai. Temperatūrai mažėjant, pusiausvyra pasislinks link egzoterminės reakcijos, tai yra, taip pat į dešinę. Didėjant N2O4 koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos suvartojimo link, tai yra į kairę. Teisingas atsakymas yra 2.
4 užduotis.
Reakcijoje
2Fe(-ai) + 3H2O(g) ↔ 2Fe2O3(-ai) + 3H2(g) – Q
pusiausvyra pasislinks reakcijos produktų link, kai
1. Padidėjęs slėgis
2. Katalizatoriaus pridėjimas
3. Geležies įpylimas
4. Vandens įpylimas
Paaiškinimas: molekulių skaičius dešinėje ir kairėje dalyse yra vienodas, todėl slėgio pokytis neturės įtakos pusiausvyrai šioje sistemoje. Panagrinėkime geležies koncentracijos padidėjimą – pusiausvyra turėtų pasislinkti šios medžiagos suvartojimo link, tai yra į dešinę (reakcijos produktų link). Teisingas atsakymas yra 3.
Užduotis Nr.5.
Cheminė pusiausvyra
H2O(l) + C(t) ↔ H2(g) + CO(g) - Q
pasislinks link gaminių formavimo byloje
1. Padidėjęs slėgis
2. Temperatūros padidėjimas
3. Proceso laiko ilginimas
4. Katalizatoriaus taikymas
Paaiškinimas: slėgio pokytis neturės įtakos tam tikros sistemos pusiausvyrai, nes ne visos medžiagos yra dujinės. Kylant temperatūrai, pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos, tai yra į dešinę (produktų susidarymo link). Teisingas atsakymas yra 2.
6 užduotis.
Didėjant slėgiui, cheminė pusiausvyra pasislinks į sistemoje esančius produktus:
1. CH4(g) + 3S(s) ↔ 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
Paaiškinimas: 1 ir 4 reakcijos neturi įtakos slėgio pokyčiams, nes ne visos dalyvaujančios medžiagos yra dujinės; 2 lygtyje molekulių skaičius dešinėje ir kairėje yra vienodas, todėl slėgis įtakos neturės. Lieka lygtis 3. Patikrinkime: didėjant slėgiui, pusiausvyra turėtų pasislinkti mažėjančių dujinių medžiagų kiekių (4 molekulės dešinėje, 2 molekulės kairėje) link, tai yra link reakcijos produktų. Teisingas atsakymas yra 3.
Užduotis Nr.7.
Neturi įtakos pusiausvyros pokyčiams
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) - Q
1. Slėgio didinimas ir katalizatoriaus pridėjimas
2. Temperatūros pakėlimas ir vandenilio įpylimas
3. Temperatūros sumažinimas ir vandenilio jodido pridėjimas
4. Jodo pridėjimas ir vandenilio įpylimas
Paaiškinimas: dešinėje ir kairėje dalyse dujinių medžiagų kiekiai yra vienodi, todėl slėgio pokytis neturės įtakos pusiausvyrai sistemoje, o katalizatoriaus pridėjimas taip pat neturės įtakos, nes kai tik pridėsime katalizatorių, tiesioginis reakcija paspartės, o tada iš karto bus atkurta atvirkštinė ir pusiausvyra sistemoje. Teisingas atsakymas yra 1.
8 užduotis.
Reakcijoje pusiausvyrą perkelti į dešinę
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g); ΔH°<0
reikalaujama
1. Katalizatoriaus įvedimas
2. Temperatūros mažinimas
3. Mažesnis slėgis
4. Sumažėjusi deguonies koncentracija
Paaiškinimas: deguonies koncentracijos sumažėjimas sukels pusiausvyros poslinkį link reagentų (į kairę). Sumažėjus slėgiui, pusiausvyra bus nukreipta į dujinių medžiagų kiekio sumažėjimą, tai yra, į dešinę. Teisingas atsakymas yra 3.
Užduotis Nr.9.
Produkto išeiga egzoterminės reakcijos metu
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
tuo pačiu metu didėjant temperatūrai ir mažėjant slėgiui
1. Padidinti
2. Sumažės
3. Nepakeis
4. Iš pradžių padidės, paskui sumažės
Paaiškinimas: kylant temperatūrai pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos, tai yra link produktų, o mažėjant slėgiui pusiausvyra pasislenka link dujinių medžiagų kiekių didėjimo, tai yra ir į kairę. Todėl produkto derlius sumažės. Teisingas atsakymas yra 2.
10 užduotis.
Didinant metanolio išeigą reakcijoje
CO + 2H2 ↔ CH3OH + Q
skatina
1. Temperatūros padidėjimas
2. Katalizatoriaus įvedimas
3. Inhibitoriaus įvedimas
4. Padidėjęs slėgis
Paaiškinimas: didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos, tai yra, link reagentų. Padidėjus slėgiui, pusiausvyra perkeliama į mažėjančius dujinių medžiagų kiekius, ty į metanolio susidarymą. Teisingas atsakymas yra 4.
Užduotys savarankiškam sprendimui (atsakymai žemiau)
1. Sistemoje
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + K
cheminės pusiausvyros pasikeitimą reakcijos produktų link palengvins
1. Slėgio mažinimas
2. Temperatūros padidėjimas
3. Anglies monoksido koncentracijos padidėjimas
4. Vandenilio koncentracijos padidėjimas
2. Kurioje sistemoje, padidėjus slėgiui, pusiausvyra pasislenka reakcijos produktų link?
1. 2СО2(g) ↔ 2СО2(g) + O2(g)
2. C2H4(g) ↔ C2H2(g) + H2(g)
3. PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g)
4. H2(g) + Cl2(g) ↔ 2HCl(g)
3. Cheminė pusiausvyra sistemoje
2HBr(g) ↔ H2(g) + Br2(g) - Q
pasislinks link reakcijos produktų, kai
1. Padidėjęs slėgis
2. Kylanti temperatūra
3. Sumažėjęs slėgis
4. Katalizatoriaus naudojimas
4. Cheminė pusiausvyra sistemoje
C2H5OH + CH3COOH ↔ CH3COOC2H5 + H2O + K
pasislenka reakcijos produktų link, kai
1. Vandens įpylimas
2. Acto rūgšties koncentracijos mažinimas
3. Didėjanti eterio koncentracija
4. Pašalinus esterį
5. Cheminė pusiausvyra sistemoje
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
pasislenka link reakcijos produkto susidarymo ties
1. Padidėjęs slėgis
2. Kylanti temperatūra
3. Sumažėjęs slėgis
4. Katalizatoriaus panaudojimas
6. Cheminė pusiausvyra sistemoje
CO2(g) + C(s) ↔ 2СО(g) - Q
pasislinks link reakcijos produktų, kai
1. Padidėjęs slėgis
2. Temperatūros mažinimas
3. Didėjanti CO koncentracija
4. Temperatūra pakyla
7. Slėgio pokyčiai neturės įtakos cheminės pusiausvyros būklei sistemoje
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. Kurioje sistemoje, didėjant slėgiui, cheminė pusiausvyra pasislinks pradinių medžiagų link?
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. Cheminė pusiausvyra sistemoje
С4Н10(g) ↔ С4Н6(g) + 2Н2(g) – Q
pasislinks link reakcijos produktų, kai
1. Temperatūros padidėjimas
2. Temperatūros mažinimas
3. Katalizatoriaus naudojimas
4. Butano koncentracijos mažinimas
10. Apie cheminės pusiausvyros būseną sistemoje
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) -Q
neturi įtakos
1. Slėgio padidėjimas
2. Jodo koncentracijos didinimas
3. Temperatūros padidėjimas
4. Sumažinkite temperatūrą
2016 metų užduotys
1. Nustatykite atitiktį tarp cheminės reakcijos lygties ir cheminės pusiausvyros poslinkio, didėjant slėgiui sistemoje.
Reakcijos lygtis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A) N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g) - Q 1. Pasislenka tiesioginės reakcijos link
B) N2O4(g) ↔ 2NO2(g) - Q 2. Pasislenka atvirkštinės reakcijos link
B) CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g) - Q 3. Pusiausvyros poslinkio nėra
D) Fe3O4(-ai) + 4CO(g) ↔ 3Fe(-ai) + 4CO2(g) + Q
2. Nustatykite atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai:
CO2(g) + C(s) ↔ 2СО(g) - Q
ir cheminės pusiausvyros poslinkis.
A. CO koncentracijos padidėjimas 1. Perkeliama į tiesioginę reakciją
B. Slėgio sumažėjimas 3. Pusiausvyros poslinkis nevyksta
3. Nustatykite atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai
HCOOH(l) + C5H5OH(l) ↔ HCOOC2H5(l) + H2O(l) + Q
Išorinis poveikis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A. HCOOH pridėjimas 1. Perkeliama į tiesioginę reakciją
B. Skiedimas vandeniu 3. Pusiausvyra nepasikeičia
D. Temperatūros padidėjimas
4. Nustatyti atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
ir cheminės pusiausvyros poslinkis.
Išorinis poveikis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A. Slėgio sumažėjimas 1. Pasislenka priekinės reakcijos link
B. Temperatūros padidėjimas 2. Pereina atvirkštinės reakcijos link
B. NO2 temperatūros padidėjimas 3. Pusiausvyros poslinkis nevyksta
D. O2 pridėjimas
5. Nustatyti atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai
4NH3(g) + 3O2(g) ↔ 2N2(g) + 6H2O(g) + Q
ir cheminės pusiausvyros poslinkis.
Išorinis poveikis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A. Temperatūros sumažėjimas 1. Pereikite prie tiesioginės reakcijos
B. Slėgio padidėjimas 2. Perkeliama į atvirkštinę reakciją
B. Koncentracijos padidėjimas amoniake 3. Pusiausvyros poslinkis nevyksta
D. Vandens garų šalinimas
6. Nustatyti atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai
WO3(s) + 3H2(g) ↔ W(s) + 3H2O(g) +Q
ir cheminės pusiausvyros poslinkis.
Išorinis poveikis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A. Temperatūros padidėjimas 1. Perkeliama į tiesioginę reakciją
B. Slėgio padidėjimas 2. Perkeliama į atvirkštinę reakciją
B. Katalizatoriaus naudojimas 3. Pusiausvyra nepasikeičia
D. Vandens garų šalinimas
7. Nustatyti atitiktį tarp išorinių poveikių sistemai
С4Н8(g) + Н2(g) ↔ С4Н10(g) + Q
ir cheminės pusiausvyros poslinkis.
Išorinis poveikis Cheminės pusiausvyros poslinkis
A. Vandenilio koncentracijos padidėjimas 1. Pereina tiesioginės reakcijos link
B. Temperatūros padidėjimas 2. Pereina atvirkštinės reakcijos link
B. Slėgio padidėjimas 3. Pusiausvyros poslinkis nevyksta
D. Katalizatoriaus naudojimas
8. Nustatyti atitiktį tarp cheminės reakcijos lygties ir tuo pat metu vykstančio sistemos parametrų pasikeitimo, lemiančio cheminės pusiausvyros poslinkį tiesioginės reakcijos link.
Reakcijos lygtis Sistemos parametrų keitimas
A. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g) + Q 1. Temperatūros ir vandenilio koncentracijos padidėjimas
B. H2(g) + I2(s) ↔ 2HI(g) -Q 2. Temperatūros ir vandenilio koncentracijos sumažėjimas
B. CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q 3. Kylanti temperatūra ir mažėjanti vandenilio koncentracija
D. C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) -Q 4. Temperatūros sumažėjimas ir vandenilio koncentracijos padidėjimas
9. Nustatykite atitiktį tarp cheminės reakcijos lygties ir cheminės pusiausvyros poslinkio, didėjant slėgiui sistemoje.
Reakcijos lygtis Cheminės pusiausvyros poslinkio kryptis
A. 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(s) 1. Pasislenka tiesioginės reakcijos link
B. C(g) + 2S(g) ↔ CS2(g) 2. Pasislenka link atvirkštinės reakcijos
B. C3H6(g) + H2(g) ↔ C3H8(g) 3. Pusiausvyros poslinkio nėra
G. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g)
10. Nustatyti atitiktį tarp cheminės reakcijos lygties ir tuo pat metu pasikeitusios jos įgyvendinimo sąlygų, lemiančios cheminės pusiausvyros poslinkį tiesioginės reakcijos link.
Reakcijos lygtis Kintančios sąlygos
A. N2(g) + H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q 1. Temperatūros ir slėgio padidėjimas
B. N2O4(l) ↔ 2NO2(g) -Q 2. Temperatūros ir slėgio sumažėjimas
B. CO2(g) + C(s) ↔ 2CO(g) + Q 3. Temperatūros padidėjimas ir slėgio sumažėjimas
D. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q 4. Temperatūros sumažėjimas ir slėgio padidėjimas
Atsakymai: 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
Už užduotis dėkojame 2016, 2015, 2014, 2013 metų pratybų rinkiniams, autoriams:
Kavernina A.A., Dobrotina D.Yu., Snastina M.G., Savinkina E.V., Živeinova O.G.
Cheminė pusiausvyra yra būdinga grįžtamasis reakcijas ir nėra būdinga negrįžtamas cheminės reakcijos.
Dažnai atliekant cheminį procesą pradiniai reagentai visiškai paverčiami reakcijos produktais. Pavyzdžiui:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Neįmanoma gauti metalinio vario, vykdant reakciją priešinga kryptimi, nes duota reakcija negrįžtama. Tokiuose procesuose reagentai visiškai paverčiami produktais, t.y. reakcija tęsiasi iki galo.
Tačiau didžioji dalis cheminių reakcijų grįžtamasis, t.y. reakcija greičiausiai vyks lygiagrečiai pirmyn ir atgal. Kitaip tariant, reagentai tik iš dalies paverčiami produktais, o reakcijos sistemą sudarys ir reagentai, ir produktai. Sistema viduje tokiu atveju yra būsenoje cheminė pusiausvyra.
Grįžtamuosiuose procesuose iš pradžių tiesioginė reakcija turi didžiausią greitį, kuris palaipsniui mažėja, nes sumažėja reagentų kiekis. Atvirkštinė reakcija, atvirkščiai, iš pradžių turi minimalų greitį, kuris didėja, kai kaupiasi produktai. Galiausiai ateina momentas, kai abiejų reakcijų greičiai tampa vienodi – sistema pasiekia pusiausvyros būseną. Susidarius pusiausvyros būsenai komponentų koncentracijos išlieka nepakitusios, tačiau cheminė reakcija nesiliauja. Tai. – tai dinamiška (judančioji) būsena. Aiškumo dėlei čia yra toks paveikslas:
Tarkime, yra tam tikras grįžtama cheminė reakcija:
a A + b B = c C + d D
tada, remdamiesi masinio veikimo dėsniu, užrašome išraiškas už tiesiaiυ 1 ir atvirkščiaiυ 2 reakcijos:
v1 = k 1 ·[A] a ·[B] b
v2 = k 2 · [C] c · [D] d
Gali cheminė pusiausvyra, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai yra vienodi, ty:
k 1 · [A] a · [B] b = k 2 · [C] c · [D] d
mes gauname
KAM= k 1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b
Kur K =k 1 / k 2 – pusiausvyros konstanta.
Bet kokiam grįžtamam procesui tam tikromis sąlygomis k yra pastovi vertė. Tai nepriklauso nuo medžiagų koncentracijų, nes Pasikeitus vienos iš medžiagų kiekiui, keičiasi ir kitų komponentų kiekiai.
Pasikeitus cheminio proceso sąlygoms, pusiausvyra gali pasislinkti.
Veiksniai, turintys įtakos pusiausvyros pokyčiui:
- reagentų ar produktų koncentracijos pokyčiai,
- slėgio pokytis,
- temperatūros pokytis,
- katalizatoriaus pridėjimas į reakcijos terpę.
Le Chatelier principas
Visi pirmiau minėti veiksniai turi įtakos cheminės pusiausvyros pokyčiui, kuriam priklauso Le Chatelier principas: Jei pakeisite vieną iš sąlygų, kurioms esant sistema yra pusiausvyros būsenoje – koncentraciją, slėgį ar temperatūrą – tada pusiausvyra pasislinks reakcijos, kuri neutralizuoja šį pokytį, kryptimi. Tie. pusiausvyra linkusi pasislinkti ta kryptimi, dėl kurios mažėja įtakos, dėl kurios buvo pažeista pusiausvyros būsena, įtaka.
Taigi, panagrinėkime atskirai kiekvieno jų veiksnio įtaką pusiausvyros būklei.
Įtaka reaguojančių medžiagų ar produktų koncentracijos pokyčiai parodykime pavyzdžiu Haber procesas:
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
Pavyzdžiui, jei azoto pridedama į pusiausvyros sistemą, kurią sudaro N 2 (g), H 2 (g) ir NH 3 (g), tada pusiausvyra turėtų pasislinkti tokia kryptimi, kuri prisidėtų prie jo kiekio sumažėjimo. vandenilio link pradinės vertės, tie. papildomo amoniako susidarymo kryptimi (dešinėje). Tuo pačiu sumažės vandenilio kiekis. Kai į sistemą įpilama vandenilio, pusiausvyra taip pat pasislinks į naujo amoniako kiekio susidarymą (į dešinę). Tuo tarpu amoniako įvedimas į pusiausvyros sistemą, pagal Le Chatelier principas , sukels pusiausvyros poslinkį pradinių medžiagų susidarymui palankaus proceso link (į kairę), t.y. Amoniako koncentracija turėtų mažėti daliai jo skaidant į azotą ir vandenilį.
Vieno iš komponentų koncentracijos sumažėjimas pakeis sistemos pusiausvyros būseną šio komponento susidarymo link.
Įtaka slėgio pokyčiai prasminga, jei tiriamame procese dalyvauja dujiniai komponentai ir pasikeičia bendras molekulių skaičius. Jei bendras molekulių skaičius sistemoje išlieka nuolatinis, tada slėgio pokytis neturi įtakos balanse, pavyzdžiui:
I 2 (g) + H 2 (g) = 2HI (g)
Jei bendras pusiausvyros sistemos slėgis padidinamas mažinant jos tūrį, tada pusiausvyra pasislinks mažėjančio tūrio link. Tie. skaičiaus mažinimo link dujų sistemoje. Reakcijoje:
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
iš 4 dujų molekulių (1 N 2 (g) ir 3 H 2 (g)) susidaro 2 dujų molekulės (2 NH 3 (g)), t.y. slėgis sistemoje mažėja. Dėl to slėgio padidėjimas prisidės prie papildomo amoniako kiekio susidarymo, t.y. pusiausvyra pasislinks jos susidarymo link (į dešinę).
Jei sistemos temperatūra yra pastovi, tai pasikeitus bendram sistemos slėgiui, pusiausvyros konstanta nepasikeis. KAM.
Temperatūros pokytis sistema turi įtakos ne tik jos pusiausvyros poslinkiui, bet ir pusiausvyros konstantai KAM. Jei pusiausvyros sistemai esant pastoviam slėgiui suteikiama papildoma šiluma, tada pusiausvyra pasislinks šilumos sugerties link. Apsvarstykite:
N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g) + 22 kcal
Taigi, kaip matote, tiesioginė reakcija vyksta išskiriant šilumą, o atvirkštinė reakcija su absorbcija. Kylant temperatūrai, šios reakcijos pusiausvyra pasislenka link amoniako skilimo reakcijos (į kairę), nes jis atsiranda ir susilpnina išorinį poveikį – temperatūros padidėjimą. Priešingai, aušinimas sukelia pusiausvyros poslinkį amoniako sintezės kryptimi (į dešinę), nes reakcija yra egzoterminė ir atspari atšalimui.
Taigi, temperatūros padidėjimas skatina poslinkį cheminė pusiausvyra link endoterminės reakcijos, o temperatūros kritimas link egzoterminio proceso . Pusiausvyros konstantos visi egzoterminiai procesai mažėja kylant temperatūrai, o endoterminiai procesai didėja.
>> Chemija: Cheminė pusiausvyra ir jos perkėlimo būdai Grįžtamuosiuose procesuose tiesioginės reakcijos greitis iš pradžių būna didžiausias, o vėliau mažėja dėl to, kad mažėja pradinių medžiagų, sunaudojamų formuojantis reakcijos produktams, koncentracijos. Priešingai, atvirkštinės reakcijos greitis, minimalus pradžioje, didėja didėjant reakcijos produktų koncentracijai. Galiausiai ateina momentas, kai pirmyn ir atgal vykstančių reakcijų greitis tampa vienodas.
Cheminio grįžtamojo proceso būsena vadinama chemine pusiausvyra, jei tiesioginės reakcijos greitis yra lygus atvirkštinės reakcijos greičiui.
Cheminė pusiausvyra yra dinaminė (mobili), nes jai įvykus reakcija nesustoja, tik komponentų koncentracijos išlieka nepakitusios, tai yra, per laiko vienetą susidaro tiek pat reakcijos produktų, kiek paverčiama pradinėmis medžiagomis. Esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, pusiausvyra grįžtama reakcija gali išlikti neribotą laiką.
Gamyboje jie dažniausiai domisi pirmenybiniu tiesioginės reakcijos pasireiškimu. Pavyzdžiui, gaminant amoniaką, sieros oksidą (VI). azoto oksidas (II). Kaip išvesti sistemą iš pusiausvyros būsenos? Kaip jį veikia išorinių sąlygų, kuriomis vyksta tas ar kitas grįžtamasis cheminis procesas, pasikeitimas?
Pamokos turinys pamokų užrašai remiančios kadrinės pamokos pristatymo pagreitinimo metodus interaktyvios technologijos Praktika užduotys ir pratimai savikontrolės seminarai, mokymai, atvejai, užduotys namų darbai diskusija klausimai retoriniai mokinių klausimai Iliustracijos garso, vaizdo klipai ir multimedija nuotraukos, paveikslėliai, grafika, lentelės, diagramos, humoras, anekdotai, anekdotai, komiksai, palyginimai, posakiai, kryžiažodžiai, citatos Priedai tezės straipsniai gudrybės smalsiems lopšiai vadovėliai pagrindinis ir papildomas terminų žodynas kita Vadovėlių ir pamokų tobulinimasklaidų taisymas vadovėlyje vadovėlio fragmento atnaujinimas, naujovių elementai pamokoje, pasenusių žinių keitimas naujomis Tik mokytojams tobulos pamokos kalendorinis metų planas Gairės diskusijų programos Integruotos pamokosCheminės sistemos perėjimas iš vienos pusiausvyros būsenos į kitą vadinamas pusiausvyros poslinkis (poslinkis).. Dėl dinamiškos cheminės pusiausvyros pobūdžio jis yra jautrus išorinėms sąlygoms ir gali reaguoti į jų pokyčius.
Cheminės pusiausvyros padėties poslinkio kryptis dėl pasikeitimo išorinės sąlygos nulemta taisyklės, pirmą kartą suformuluotos prancūzų chemiko ir metalurgo Henri Louis Le Chatelier 1884 m. ir pavadintos jo vardu. Le Chatelier principas:
Jei pusiausvyros būsenoje sistemai daromas išorinis poveikis, tada sistemoje atsiranda pusiausvyros poslinkis, kuris susilpnina šią įtaką.
Yra trys pagrindiniai parametrai, kuriuos keisdami galite pakeisti cheminę pusiausvyrą. Tai temperatūra, slėgis ir koncentracija. Panagrinėkime jų įtaką pusiausvyros reakcijos pavyzdžiu:
1) Temperatūros poveikis. Kadangi šiai reakcijai DH°<0, следовательно, прямая реакция идет с выделением тепла (+Q), а обратная реакция – с поглощением тепла (-Q):
2NO (G) + O 2 (G) 2NO 2 (G)
Kai temperatūra pakyla, t.y. Kai į sistemą įvedama papildoma energija, pusiausvyra pasislenka link atvirkštinės endoterminės reakcijos, kuri sunaudoja šį energijos perteklių. Temperatūrai mažėjant, atvirkščiai, pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kuri vyksta išsiskiriant šilumai, kad ji kompensuotų atšalimą, t.y. pusiausvyra pasislenka tiesioginės reakcijos link.
Kylant temperatūrai, pusiausvyra pereina link endoterminės reakcijos, kuri apima energijos sugėrimą.
Temperatūrai mažėjant, pusiausvyra pereina į egzoterminę reakciją, kuri išskiria energiją.
2) Apimties efektas. Didėjant slėgiui, reakcijos, kuri vyksta mažėjant tūriui, greitis didėja labiau (DV<0). При понижении давления ускоряется реакция, протекающая с увеличением объема (DV>0).
Kai vyksta nagrinėjama reakcija, iš 3 molių dujinių medžiagų susidaro 2 moliai dujų:
2NO (G) + O 2 (G) 2NO 2 (G)
3 moliai dujų 2 moliai dujų
V OUT > V PROD
DV = V PROD - V OUT<0
Todėl, didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka mažesnio sistemos tūrio link, t.y. reakcijos produktai. Mažėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka link pradinių medžiagų, kurios užima didesnį tūrį
Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kurios metu susidaro mažiau molių dujinių medžiagų.
Mažėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kurios metu susidaro daugiau molių dujinių medžiagų.
3) Koncentracijos poveikis. Didėjant koncentracijai, didėja reakcijos greitis, kuriuo suleidžiama medžiaga suvartojama. Iš tiesų, kai į sistemą įleidžiamas papildomas deguonis, sistema jį „sunaudoja“, kad įvyktų tiesioginė reakcija. Sumažėjus O 2 koncentracijai, šis trūkumas kompensuojamas reakcijos produkto (NO 2) skilimu į pradines medžiagas.
Didėjant pradinių medžiagų koncentracijai arba mažėjant produktų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka tiesioginės reakcijos link.
Kai pradinių medžiagų koncentracija mažėja arba produktų koncentracija didėja, pusiausvyra pasislenka atvirkštinės reakcijos link.
Katalizatoriaus įvedimas į sistemą neturi įtakos cheminės pusiausvyros padėties pokyčiui, nes katalizatorius vienodai padidina tiek tiesioginių, tiek atvirkštinių reakcijų greitį.
