Ba'zi hollarda oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining faqat yo'nalishini emas, balki uning qanchalik to'liq borishini ham bilish kerak. Shunday qilib, masalan, ichida miqdoriy tahlil Siz faqat amalda 100% davom etadigan (yoki unga yaqin bo'lgan) reaktsiyalarga ishonishingiz mumkin.
Reaksiyaning chapdan o'ngga borish darajasi muvozanat konstantasi bilan belgilanadi. Reaktsiya uchun
Ommaviy harakatlar qonuniga ko'ra biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:
Bu erda K muvozanat konstantasi bo'lib, ionlar konsentratsiyasi va muvozanat holati o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi.
Muvozanat konstantasi quyidagicha aniqlanadi. (3) tenglamada (152-bet) juftlarning normal potentsiallari qiymatlarini almashtiring va toping:
Muvozanatda = yoki
Muvozanat konstantasi shuni ko'rsatadiki, rux eritmadagi ionlarning konsentratsiyasi ionlar konsentratsiyasidan bir marta kam bo'lguncha eritmadan mis ionlarini siqib chiqaradi. Bu ko'rib chiqilayotgan reaktsiya deyarli tugallanganligini anglatadi.
Agar, masalan, reaksiya boshida kontsentratsiya 0,1 m bo'lsa, u holda muvozanatda u 0,1 - x bo'ladi, konsentratsiya esa x bo'ladi.
Tenglamani yechishda muvozanatdagi konsentratsiya 0,1 m ga juda yaqin.
Biroq, agar biz o'zaro ta'sir qiluvchi komponentlarning nisbatini o'zgartira olsak, u ga aylanadi, ya'ni. yoki keyin reaksiya o'ngdan chapga (ya'ni qarama-qarshi yo'nalishda) ketadi.
Har qanday oksidlanish-qaytarilish jarayonlari uchun muvozanat konstantasini, agar ma'lum reaktsiyalarning oksidlanish-qaytarilish potentsiallari ma'lum bo'lsa, hisoblash mumkin.
Muvozanat konstantasi oksidlanish-qaytarilish potentsiallari bilan umumiy formula bo‘yicha bog‘lanadi:
bu yerda K - reaksiya muvozanat konstantasi; va normal potentsiallar (oksidlovchi va reduktor); n - ionlarning zaryadi (qaytaruvchi tomonidan berilgan va oksidlovchi tomonidan qabul qilingan elektronlar soni).
(4) formuladan biz muvozanat konstantasini topamiz:
Muvozanat konstantasini bilib, eksperimental ma'lumotlarga murojaat qilmasdan, reaktsiya qanchalik to'liq davom etishini hisoblash mumkin.
Shunday qilib, masalan, reaktsiyada
juftlik uchun = -0,126 V, juftlik uchun = -0,136 V.
Ushbu ma'lumotlarni (4) tenglamaga almashtirib, biz quyidagilarni topamiz:
2.21 raqami ko'rib chiqilayotgan reaksiyadagi muvozanat ion konsentratsiyasi ion konsentratsiyasidan 2,21 marta kam bo'lganda yuzaga keladi degan ma'noni anglatadi.
Muvozanatdagi ion konsentratsiyasi ion konsentratsiyasidan 2,21 marta ko'p. Shuning uchun har 2,21 gramm ionga 1 gramm ion to'g'ri keladi. Hammasi bo'lib, eritmada 3,21 gramm ion (2,21 + 1) mavjud. Shunday qilib, eritmadagi har 3,21 gramm ion uchun 2,21 gramm ion, 100 qism uchun esa x qism bo'ladi.
Demak, bu reaktsiya teskari tarzda davom etadi. Reaksiya uchun muvozanat konstantasini hisoblaymiz:
Bir juftlik uchun potentsial = 1,51 V, juftlik uchun potentsial = 0,77 V. Ushbu potentsial qiymatlarni (4) tenglamaga almashtirib, biz quyidagilarni topamiz:
Bu konstanta shuni ko'rsatadiki, muvozanat hisoblagichdagi ionlar konsentratsiyasining mahsuloti (reaksiya jarayonida hosil bo'lgan) maxraj ionlari konsentratsiyasining mahsulotidan (reaksiyada) bir necha marta katta bo'lganda yuzaga keladi.
Bu reaktsiya deyarli qaytarib bo'lmaydigan tarzda davom etishi aniq (ya'ni, chapdan o'ngga 100%).
Reaktsiya uchun
Hisoblash (yuqoridagiga o'xshash) bu reaktsiya da sodir bo'lishini ko'rsatadi.
Reaksiya sharoitiga qarab muvozanat o'zgaradi.
Muhitning reaktsiyasi doimiy qiymatga alohida ta'sir ko'rsatadi. Masalan, kislotali muhitda mishyak kislotasini yod ioni bilan qaytarilish reaksiyasi quyidagi tenglamaga muvofiq davom etadi:
Mishyak kislotasini kamaytirish potentsiali ishqoriy muhit sezilarli darajada kamroq. Shunday qilib, ishqoriy muhitda teskari jarayon sodir bo'ladi:
Neytral muhitda ikkala jarayon ham quyidagicha ifodalanishi mumkin:
ammo ular bunday qilmaydilar.
Birinchi tenglama bo'yicha jarayon ishlamaydi, chunki bu jarayonni yo'naltiradigan ionlarning to'planishi bilan bog'liq. teskari tomon; faqat gidroksid ionlarini neytrallashtiruvchi kislotali muhit yaratilganda u chapdan o'ngga siljiydi.
Ikkinchi tenglamaga ko'ra, jarayon ishlamaydi, chunki u ionlarning to'planishi bilan bog'liq bo'lib, agar reaktsiya chapdan o'ngga o'tishi kerak bo'lsa, ishqor bilan neytrallanishi kerak.
Mavjud keyingi qoida optimal jarayon oqimi uchun zarur bo'lgan reaktsiya muhitini yaratish:
Agar oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi natijasida vodorod yoki gidroksid ionlari to'plansa, jarayonning kerakli borishi uchun shunday muhit yaratish kerak. qarama-qarshi xususiyatlar: ionlar to'plangan taqdirda muhit ishqoriy bo'lishi kerak, ammo ionlar to'plangan taqdirda muhit kislotali bo'lishi kerak.
Reaktsiya uchun siz bir xil muhitni (kislotali yoki gidroksidi) talab qiladigan komponentlarni olishingiz kerak. Agar reaksiyada bir modda kislotali muhitda qaytaruvchi, ikkinchisi ishqoriy muhitda oksidlovchi bo'lsa, u holda jarayon inhibe qilinishi mumkin; bu holda jarayon faqat katta potentsial farq bilan, ya'ni yuqori reaksiya konstantasi bilan yakunlanadi.
Muvozanat konstantasi, masalan, nitrat kislota bilan oksidlanish ehtimolini taxmin qilish imkonini beradi.
dagi erish reaksiyasi uchun muvozanat konstantasi topilsin. suyultirilgan holda yaxshi eriydi. Reaksiya uchun muvozanat konstantasi:
tenglamadan hisoblash mumkin:
Konstantaning bunday kichik qiymati bu reaksiyaning muvozanati deyarli o'ngdan chapga siljiganligini ko'rsatadi, ya'ni simob sulfid mis sulfiddan farqli o'laroq, suyultirilgan eritmada amalda erimaydi.
Kimyoviy muvozanat - bu qaytariladigan kimyoviy reaksiya holati.
aA+ b B= c C+ d D,
bunda vaqt o'tishi bilan reaksiya aralashmasidagi reaktivlarning konsentratsiyasi o'zgarmaydi. Kimyoviy muvozanat holati xarakterlanadi doimiy kimyoviy muvozanat :
Qayerda C i- tarkibiy qismlarning konsentratsiyasi muvozanat mukammal aralash.
Muvozanat konstantasini muvozanat mol kasrlari bilan ham ifodalash mumkin X i komponentlar:
Gaz fazasida sodir bo'ladigan reaktsiyalar uchun muvozanat konstantasini muvozanat qisman bosimlari bilan ifodalash qulaydir. P i komponentlar:
Ideal gazlar uchun P i = C va RT Va P i = X va P, Qayerda P umumiy bosim, shuning uchun KP, K C Va K X quyidagi munosabatlar bilan bog'liq:
K P = K C (RT) c+d–a–b = K X P c+d–a–b. (9.4)
Muvozanat konstantasi bilan bog'liq rG o kimyoviy reaksiya:
(9.5)
(9.6)
O'zgartirish rG yoki r F berilgan (muvozanat shart emas) qisman bosimlarda kimyoviy reaksiyada P i yoki konsentratsiyalar C i Komponentlarni tenglama yordamida hisoblash mumkin kimyoviy reaksiya izotermlari (Van't-Xoff izotermlari):
. (9.7)
. (9.8)
Ga binoan Le Chatelier printsipi, Muvozanatdagi tizimga tashqi ta'sir o'tkazilsa, muvozanat tashqi ta'sirning ta'sirini kamaytiradigan tarzda siljiydi. Shunday qilib, bosimning oshishi muvozanatni gaz molekulalari sonining kamayishiga olib keladi. Muvozanat aralashmasiga har qanday reaksiya komponentini qo'shish muvozanatni ushbu komponent miqdorining kamayishiga olib keladi. Haroratning oshishi (yoki pasayishi) muvozanatni issiqlikning yutilishi (chiqishi) bilan sodir bo'ladigan reaktsiyaga siljitadi.
Muvozanat konstantasining haroratga miqdoriy bog'liqligi tenglama bilan tavsiflanadi kimyoviy reaksiya izobarlari (Vant Hoff izobarlari)
(9.9)
Va kimyoviy reaksiya izoxoralari (Van't Xoff isoxores)
. (9.10)
(9.9) tenglamani faraz ostida integrallash r H reaktsiya haroratga bog'liq emas (bu tor harorat oralig'ida to'g'ri keladi), quyidagilarni beradi:
(9.11)
(9.12)
Qayerda C - integratsiya konstantasi. Shunday qilib, qaramlik ln K 1 dan P /T chiziqli bo'lishi kerak va to'g'ri chiziqning qiyaligi - r H/R.
Ichkarida integratsiya K 1 , K 2, va T 1, T 2 beradi:
(9.13)
(9.14)
Ushbu tenglamadan foydalanib, ikki xil haroratdagi muvozanat konstantalarini bilib, biz hisoblashimiz mumkin r H reaktsiyalar. Shunga ko'ra, bilish r H reaksiya va muvozanat konstantasi bir haroratda, siz boshqa haroratda muvozanat konstantasini hisoblashingiz mumkin.
MISOLLAR
CO(g) + 2H 2 (g) = CH 3 OH (g)
500 K da. f G o CO (g) va CH 3 OH (g) uchun 500 K da -155,41 kJ ga teng. mol –1 va –134,20 kJ. mos ravishda mol -1.
Yechim. G o reaktsiyalar:
r G o= f G o(CH 3 OH) - f G o(CO) = -134,20 - (-155,41) = 21,21 kJ. mol –1.
= 6.09 10 –3 .
9-2-misol. Reaktsiya muvozanat konstantasi
ga teng K 400 o S da P = 1,64 10 –4. N 2 va H 2 ning ekvimolyar aralashmasiga qanday umumiy bosim qo'llanilishi kerak, shunda N 2 ning 10% NH 3 ga aylanadi? Gazlar ideal deb hisoblanadi.
Yechim. Bir mol N 2 reaksiyaga kirishsin. Keyin
| N 2 (g) | + | 3H 2 (g) | = | 2NH 3 (g) | |
| Asl miqdor | 1 | 1 | |||
| Muvozanat miqdori | 1– | 1–3 | 2 (jami: 2–2) | ||
| Muvozanat mol ulushi: |
Demak, K X = 
Va K P = K X. P –2
= 
.
Olingan formulaga = 0,1 ni almashtirsak, biz bor
1.64 10 –4 =
, qayerda P= 51,2 atm.
9-3-misol. Reaktsiya muvozanat konstantasi
CO(g) + 2H 2 (g) = CH 3 OH (g)
500 K da ga teng K P = 6,09 10 –3. 1 mol CO, 2 mol H 2 va 1 mol inert gaz (N 2) dan tashkil topgan reaksiya aralashmasi 500 K va umumiy bosim 100 atm ga qadar isitiladi. Muvozanat aralashmasining tarkibini hisoblang.
Yechim. Bir mol CO reaksiyaga kirishsin. Keyin
| CO(g) | + | 2H 2 (g) | = | CH3OH(g) | |
| Asl miqdori: | 1 | 2 | 0 | ||
| Muvozanat miqdori: | 1– | 2–2 | |||
| Muvozanat aralashmasidagi jami: | 3-2 mol komponentlar + 1 mol N 2 = 4-2 mol | ||||
| Muvozanat mol ulushi | |||||
Demak, K X = 
Va K P = K X. P–2 = 
.
Shunday qilib, 6,09 10 –3 = 
.
Bu tenglamani yechib, = 0,732 ni olamiz. Shunga ko'ra, muvozanat aralashmasidagi moddalarning mol ulushlari teng: = 0,288, = 0,106, = 0,212 va = 0,394.
9-4-misol. Reaktsiya uchun
N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g)
298 K da K P = 6,0 10 5, a f H o(NH 3) = –46,1 kJ. mol –1 . 500 K da muvozanat konstantasining qiymatini hisoblang.
Yechim. Reaksiyaning standart molyar entalpiyasi
r H o= 2f H o(NH 3) = –92,2 kJ. mol –1 .
(9.14) tenglamaga muvofiq, 
=
Ln (6,0 10 5) + 
= -1.73, qaerdan K 2 =
0.18.
E'tibor bering, ekzotermik reaksiyaning muvozanat konstantasi harorat oshishi bilan kamayadi, bu Le Shatelye printsipiga mos keladi.
VAZIFALAR
- Muvozanat aralashmasida 1273 K va umumiy bosim 30 atm
- 2000 o C va umumiy bosim 1 atm bo'lganda, suvning 2% vodorod va kislorodga ajraladi. Reaksiyaning muvozanat konstantasini hisoblang
- Reaktsiya muvozanat konstantasi
- Reaktsiya muvozanat konstantasi
- 1,79 10 -2 mol I 2 bo'lgan 3 litrli idish 973 K ga qizdirildi. Muvozanat holatidagi idishdagi bosim 0,49 atm bo'lib chiqdi. Gazlarni ideal deb hisoblab, reaksiya uchun 973 K da muvozanat konstantasini hisoblang
- Reaktsiya uchun
- Reaktsiya uchun
- 0,341 mol PCl 5 va 0,233 mol N 2 bo'lgan 1 litrli idish 250 o C ga qizdirildi. Muvozanat holatidagi idishdagi umumiy bosim 29,33 atm bo'lib chiqdi. Barcha gazlarni ideal deb hisoblab, idishda sodir bo'ladigan reaksiya uchun 250 o C da muvozanat konstantasini hisoblang.
- Reaktsiya muvozanat konstantasi
- 25 o C da f G o(NH 3) = –16,5 kJ. mol –1. Hisoblash rG N 2, H 2 va NH 3 qisman bosimlarida NH 3 hosil bo'lish reaktsiyalari mos ravishda 3 atm, 1 atm va 4 atm ga teng. Bu sharoitda reaksiya o'z-o'zidan qaysi yo'nalishda boradi?
- Ekzotermik reaksiya
- Borneolning (C 10 H 17 OH) izomerlanishining gaz fazali reaksiyasining muvozanat konstantasi 503 K da 0,106 ga teng. 5 litrli idishga 7,5 g borneol va 14,0 g izoborneol aralashmasi qo'yildi va saqlangan. muvozanatga erishilgunga qadar 503 K da. Muvozanat aralashmasidagi borneol va izoborneolning mol ulushlari va massalarini hisoblang.
- Reaksiyadagi muvozanat
- 400 o S da hajmi bo‘yicha 10% NH 3 ni o‘z ichiga olgan muvozanat aralashmasini olish uchun 3 qism H 2 va 1 qism N 2 aralashmasiga qo‘llanilishi kerak bo‘lgan umumiy bosimni hisoblang. Reaksiya uchun muvozanat konstantasi.
- 250 o C va umumiy bosim 1 atm da PCl 5 reaksiya natijasida 80% dissotsilanadi.
- Reaksiya uchun 2000 o C da
- Muvozanat konstantasi bo'lgan reaksiyaning standart entalpiyasini hisoblang
a) 2 marta ortadi, b) harorat 298 K dan 308 K gacha o'zgarganda 2 marta kamayadi. - 2C 3 H 6 (g) = C 2 H 4 (g) + C 4 H 8 (g) reaktsiyasining muvozanat konstantasining 300 K dan 600 K gacha bo'lgan haroratga bog'liqligi tenglama bilan tavsiflanadi.
CO 2 (g) + C(tv) = 2CO(g)
17% (hajmi bo'yicha) CO 2 ni o'z ichiga oladi. Umumiy bosim 20 atm bo‘lganda gaz tarkibida CO 2 ning necha foizi bo‘ladi? Qanday bosimda gaz 25% CO 2 ni o'z ichiga oladi?
Bu sharoitlarda H 2 O (g) = H 2 (g) + 1/2O 2 (g).
CO(g) + H 2 O (g) = CO 2 (g) + H 2 (g)
500 o C da teng K p= 5.5. 1 mol CO va 5 mol H 2 O dan iborat aralashma shu haroratgacha qizdirildi. Muvozanat aralashmasidagi H 2 O ning mol ulushini hisoblang.
N 2 O 4 (g) = 2NO 2 (g)
25 o C da teng K p= 0,143. Ushbu haroratda 1 g N 2 O 4 qo'yilgan 1 litr hajmli idishda o'rnatiladigan bosimni hisoblang.
I 2 (g) = 2I (g).
250 o C da rG o = –2508 J mol –1. Qanday umumiy bosimda 250 o C da PCl 5 ning PCl 3 va Cl 2 ga aylanish darajasi 30% ni tashkil qiladi?
2HI(g) = H 2 (g) + I 2 (g)
muvozanat konstantasi K 698,6 K da P = 1,83 10 –2. Uch litrli idishda 10 g I 2 va 0,2 g H 2 shu haroratgacha qizdirilganda necha gramm HI hosil bo‘ladi? H 2, I 2 va HI ning parsial bosimlari qanday?
PCl 5 (g) = PCl 3 (g) + Cl 2 (g)
CO(g) + 2H 2 (g) = CH 3 OH (g)
500 K da ga teng K P = 6,09 10 -3. Agar CO va H2 1:2 nisbatda olinadigan bo'lsa, 90% hosilda metanol ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan umumiy bosimni hisoblang.
CO(g) + 2H 2 (g) = CH 3 OH (g)
500 K va 10 barda muvozanatda. Agar gazlar ideal bo'lsa, metanol unumiga quyidagi omillar qanday ta'sir qiladi: a) ortadi T; b) rag'batlantirish P; c) at inert gaz qo'shish V= const; d) at inert gaz qo'shish P= const; e) H 2 ni qo'shish P= const?
2NOCl(g) = 2NO(g) + Cl 2 (g)
NOCl ning qisman bosimi 0,64 bar bo'lganda (dastlab faqat NOCl mavjud edi) 227 o C va umumiy bosim 1,0 barga o'rnatiladi. Hisoblash r G o reaktsiya uchun. Qanday umumiy bosimda Cl 2 ning parsial bosimi 0,10 barga teng bo'ladi?
N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g)
400 o C da teng K = 1.60 10 –4 .
PCl 5 (g) = PCl 3 (g) + Cl 2 (g).
Azotning parsial bosimi 0,9 atm bo'lishi uchun sistemaga N 2 qo'shilsa, PCl 5 ning dissotsilanish darajasi qanday bo'ladi? Umumiy bosim 1 atm darajasida saqlanadi.
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g)
K p = 2,5 10 -3. Umumiy bosim 1 bar bo'lgan N 2, O 2, NO va inert gazning muvozanat aralashmasi 80% (hajm bo'yicha) N 2 va 16% O 2 ni o'z ichiga oladi. Hajmi bo'yicha necha foiz YO'Q? Inert gazning parsial bosimi qanday?
ln K = –1.04 –1088 /T +1.51 10 5 /T 2 .
Barcha kimyoviy reaksiyalar teskari bo'lganligi sababli, teskari reaktsiya uchun (A molekulalari B molekulalari bilan reaksiyaga kirishganiga nisbatan)
reaksiya tezligi uchun mos ifoda bo'ladi
Qaytarilish ikki tomonlama strelkalar bilan ko'rsatilgan:
Ushbu iborani o'qish kerak: molekulalar A va B molekulalari muvozanatda. Agar ko'rib chiqilayotgan reaksiyaga xos bo'lgan proportsionallik koeffitsienti k kiritilsa, mutanosiblik belgisi teng belgi bilan almashtirilishi mumkin. Umuman
oldinga reaktsiya tezligi (Tezlik) va teskari reaktsiya (Tezlik) uchun ifodalar shaklni oladi
To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi teng bo'lsa, tizim muvozanatda deyiladi:
Nisbat muvozanat konstantasi deyiladi. Muvozanat holatidagi tizimning quyidagi xususiyatlarini eslang
1. Muvozanat konstantasi to‘g‘ri va teskari reaksiyalarning tezlik konstantalari nisbatiga teng;
2. Muvozanatda to’g’ri va teskari reaksiyalar tezligi (ularning konstantalari emas) teng.
3. Balans dinamik holat. Muvozanat holatida reaktivlar va mahsulotlar kontsentratsiyasida umumiy o'zgarish bo'lmasa ham. A va B doimiy ravishda aylanadi va aksincha.
4. Agar A va B ning muvozanat konsentrasiyalari ma’lum bo’lsa va muvozanat konstantasining son qiymati topilsa.
Muvozanat konstantasi bilan reaksiyaning standart erkin energiyasining o‘zgarishi o‘rtasidagi bog‘liqlik
Muvozanat konstantasi munosabat bilan bog'liq
Bu erda gaz doimiysi, T - mutlaq harorat. Ularning qiymatlari ma'lum bo'lganligi sababli, raqamli qiymatni bilib, topish mumkin Agar muvozanat konstantasi birdan katta bo'lsa, reaktsiya o'z-o'zidan, ya'ni yozilgan yo'nalishda (chapdan o'ngga) boradi. Agar muvozanat konstantasi birlikdan kichik bo'lsa, teskari reaktsiya o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Ammo shuni yodda tutingki, muvozanat konstantasi reaktsiyaning o'z-o'zidan borishi mumkin bo'lgan yo'nalishni ko'rsatadi, lekin reaktsiya tez davom etadimi yoki yo'qligini aniqlashga imkon bermaydi. Boshqacha qilib aytganda, u reaktsiyaning energiya to'sig'ining balandligi haqida hech narsa aytmaydi (; yuqoriga qarang). Bu shuni ko'rsatadiki, faqat A (7 °) reaktsiya tezligi energiya to'sig'ining balandligiga bog'liq, lekin kattaligiga bog'liq emas
Enzimatik reaktsiyalar tezligiga ta'sir qiluvchi omillarning aksariyati reaktivlarning mahalliy kontsentratsiyasini o'zgartirish orqali o'z ta'sirini ko'rsatadi.
135-topshiriq.
Bir jinsli sistema uchun muvozanat konstantasini hisoblang
agar reaksiyaga kirishuvchi moddalarning muvozanat konsentratsiyasi (mol/l):
[SD] P = 0,004; [H 2 O] P = 0,064; [CO 2 ] P = 0,016; [H 2 ] p = 0,016,
Suv va CO ning dastlabki kontsentratsiyasi qanday? Javob: K = 1; ref = 0,08 mol/l; [CO]ref=0,02 mol/l.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H2 (g)
Ushbu reaksiya uchun tenglama konstantasi quyidagi ifodaga ega:
H 2 O va CO moddalarining dastlabki konsentrasiyalarini topish uchun reaksiya tenglamasiga ko ra 1 mol CO va 1 mol H 2 O dan 1 mol CO 2 va 1 mol H 2 hosil bo lishini hisobga olamiz. Muammoning shartlariga ko'ra, tizimning har bir litrida 0,016 mol CO 2 va 0,016 mol H 2 hosil bo'lganligi sababli, 0,016 mol CO va H 2 O iste'mol qilingan, shuning uchun kerakli dastlabki konsentratsiyalar tengdir:
Chiqish = [H 2 O] P + 0,016 = 0,004 + 0,016 = 0,02 mol / l;
[CO] chiqib = [CO] P + 0,016 = 0,064 + 0,016 = 0,08 mol/l.
Javob: Kp = 1; ref = 0,08 mol/l; [CO] ref=0,02 mol/l.
136-topshiriq.
Bir jinsli sistemaning muvozanat konstantasi
ma'lum bir haroratda 1 ga teng bo'ladi. Agar dastlabki konsentratsiyalar teng bo'lsa (mol/l) barcha reaksiyaga kirishuvchi moddalarning muvozanat konsentrasiyalarini hisoblang: [CO] out = 0,10; [H 2 O] chiqish = 0,40.
Javob: [CO 2 ] P = [H 2 ] P = 0,08; [CO] P = 0,02; [H 2 O] P = 0,32.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g)
Muvozanat holatida to‘g‘ri va teskari reaksiyalar tezligi teng bo‘ladi va bu tezliklar konstantalarining nisbati doimiy bo‘lib, berilgan sistemaning muvozanat konstantasi deyiladi:
Reaksiya mahsulotlaridan birining muvozanat konsentratsiyasini x mol/l bilan belgilaymiz, u holda ikkinchisining muvozanat konsentratsiyasi ham x mol/l bo'ladi, chunki ularning ikkalasi ham bir xil miqdorda hosil bo'ladi. Boshlang'ich moddalarning muvozanat konsentratsiyasi quyidagicha bo'ladi:
[CO] ref = 0,10 – x mol/l; [H 2 O] ref = 0,40 - x mol/l. (chunki reaksiya mahsulotining x mol/l hosil bo‘lishi uchun mos ravishda x mol/l CO va H 2 O sarflanadi. Muvozanat holatida barcha moddalarning konsentratsiyasi (mol/l) bo‘ladi: [ CO 2 ] P = [H 2 ] P = x [CO] P = 0,10 - [H 2 O] P = 0,4 – x;
Biz ushbu qiymatlarni muvozanat konstantasi ifodasiga almashtiramiz:
Tenglamani yechib, x = 0,08 ni topamiz. Demak, muvozanat konsentratsiyasi (mol/l):
[CO 2 ] P = [H 2 ] P = x = 0,08 mol/l;
[H 2 O] P = 0,4 - x = 0,4 - 0,08 = 0,32 mol / l;
[CO] P = 0,10 - x = 0,10 - 0,08 = 0,02 mol / l.
137-topshiriq.
N 2 + ZN 2 = 2NH 3 bir jinsli sistemaning ma'lum bir haroratdagi muvozanat konstantasi 0,1 ga teng. Vodorod va ammiakning muvozanat konsentratsiyasi mos ravishda 0,2 va 0,08 mol/l ni tashkil qiladi. Muvozanat va azotning dastlabki kontsentratsiyasini hisoblang. Javob: P = 8 mol/l; ref = 8,04 mol/l.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
N 2 + ZN 2 = 2NH 3
N2 ning muvozanat konsentratsiyasini x mol/l bilan belgilaymiz. Ushbu reaksiyaning muvozanat konstantasining ifodasi quyidagi shaklga ega:
Masala ma’lumotlarini muvozanat konstantasi ifodasiga almashtiramiz va N 2 konsentratsiyani topamiz.
N2 ning boshlang'ich konsentratsiyasini topish uchun biz reaksiya tenglamasiga ko'ra, 1 mol NH3 hosil bo'lishi uchun ½ mol N2 kerakligini hisobga olamiz. Chunki, masalaning shartlariga ko'ra, tizimning har bir litrida 0,08 mol NH 3, keyin 0,08 hosil bo'lgan. . 1/2 = 0,04 mol N 2. Shunday qilib, N 2 ning kerakli boshlang'ich konsentratsiyasi quyidagilarga teng:
Ref = P + 0,04 = 8 + 0,04 = 8,04 mol/l.
Javob: P = 8 mol/l; ref = 8,04 mol/l.
138-topshiriq
Muayyan haroratda bir hil sistemaning muvozanati
2NO + O 2 ↔ 2NO 2 reaksiyaga kirishuvchi moddalarning quyidagi konsentratsiyasida (mol/l) o'rnatildi: p = 0,2; [O 2 ] p = 0,1; p = 0,1. NO va O 2 ning muvozanat konstantasini va dastlabki konsentratsiyasini hisoblang. Javob: K = 2,5; ref = 0,3 mol/l; [O 2 ] x = 0,15 mol/l ga teng.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
2NO + O 2 ↔ 2NO 2
NO va O 2 ning boshlang’ich konsentrasiyalarini topish uchun reaksiya tenglamasiga ko’ra 2 mol NO va 1 mol O2 dan 2 mol NO 2 hosil bo’lishini, keyin 0,1 mol NO va 0,05 mol O 2 sarflanganligini hisobga olamiz. Shunday qilib, NO va O 2 ning dastlabki kontsentratsiyasi teng:
Out = NO] p + 0,1 = 0,2 + 0,1 = 0,3 mol/l;
[O 2 ] tashqariga = [O 2 ] p + 0,05 = 0,1 + 0,05 = 0,15 mol / l.
Javob: Kp = 2,5; ref = 0,3 mol/l; [O 2 ] ref = 0,15 mol/l.
139-topshiriq.
Nima uchun bosim o'zgarganda tizimning muvozanati o'zgaradi?
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 va, N 2 + O 2 2NO sistemasining muvozanati siljiydimi? Bosimni o'zgartirishdan oldin va keyin ushbu tizimlarda to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligini hisoblash asosida javobingizni motivatsiya qiling. Ushbu tizimlarning har birining muvozanat konstantalari uchun ifodalarni yozing.
Yechim:
a) reaksiya tenglamasi:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3.
Reaktsiya tenglamasidan kelib chiqadiki, reaktsiya tizimdagi hajmning pasayishi bilan boradi (4 mol gazsimon moddalardan 2 mol gazsimon moddalar hosil bo'ladi). Shuning uchun, tizimdagi bosim o'zgarganda, muvozanatning siljishi kuzatiladi. Agar siz ushbu tizimdagi bosimni oshirsangiz, u holda Le Chatelier printsipiga ko'ra, muvozanat o'ngga, hajmning pasayishi tomon siljiydi. Tizimdagi muvozanat o'ngga siljiganida, to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi teskari reaktsiya tezligidan katta bo'ladi:
pr > arr yoki pr = k 3 > o br = k 2.
Agar tizimdagi bosim kamaytirilsa, u holda tizimning muvozanati chapga, hajmning oshishi tomon siljiydi, keyin muvozanat chapga siljiganida, oldinga siljish reaktsiyasi tezligidan kamroq bo'ladi. oldinga reaktsiya:
va boshqalar< обр или (пр = k 3 )< (обр = k 2).
b) reaksiya tenglamasi:
N2 + O2) ↔ 2NO. .
Reaksiya tenglamasidan kelib chiqadiki, reaktsiya sodir bo'lganda, u hajmning o'zgarishi bilan birga bo'lmaydi, reaktsiya gazsimon moddalarning mollari soni o'zgarmasdan davom etadi; Shunday qilib, tizimdagi bosimning o'zgarishi muvozanatning o'zgarishiga olib kelmaydi, shuning uchun oldinga va teskari reaktsiyalarning tezligi teng bo'ladi:
pr = arr = yoki (pr k [O 2 ]) = (arr = k 2) .
140-topshiriq.
Bir hil tizimda tashqaridagi va [C1 2 ] ning dastlabki konsentratsiyasi
2NO + Cl 2 ↔ 2NOS1 mos ravishda 0,5 va 0,2 mol/l ni tashkil qiladi. Muvozanat yuzaga kelgan vaqtgacha 20% NO reaksiyaga kirsa, muvozanat konstantasini hisoblang. Javob: 0,417.
Yechim:
Reaksiya tenglamasi: 2NO + Cl 2 ↔ 2NOS1
Muammoning shartlariga ko'ra, reaktsiyaga 20% NO kirdi, bu 0,5 ni tashkil qiladi .
0,2 = 0,1 mol, 0,5 - 0,1 = 0,4 mol NO reaksiyaga kirishmadi. Reaksiya tenglamasidan kelib chiqadiki, har 2 mol NO uchun 1 mol Cl2 sarflanadi va 2 mol NOCl hosil bo'ladi. Binobarin, 0,1 mol NO bilan 0,05 mol Cl 2 reaksiyaga kirishdi va 0,1 mol NOCl hosil bo'ldi. 0,15 mol Cl 2 ishlatilmay qoldi (0,2 - 0,05 = 0,15). Shunday qilib, ishtirok etuvchi moddalarning muvozanat konsentratsiyasi teng (mol / l):
P = 0,4; p = 0,15; p = 0,1.
Ushbu reaksiyaning muvozanat konstantasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
Ushbu ifodaga moddalarning muvozanat konsentratsiyasini almashtirib, biz hosil qilamiz.
Kimyoviy muvozanat konstantasi
Barcha kimyoviy reaktsiyalarni 2 guruhga bo'lish mumkin: qaytarilmas reaktsiyalar, ya'ni. reaksiyaga kirishuvchi moddalardan biri to'liq iste'mol qilinmaguncha davom etadi va reaksiyaga kirishuvchi moddalardan hech biri to'liq iste'mol qilinmaydigan qaytar reaktsiyalar. Buning sababi shundaki qaytarilmas reaktsiya faqat bitta yo'nalishda oqadi. Qaytariladigan reaktsiya ham oldinga, ham teskari yo'nalishda sodir bo'lishi mumkin. Masalan, reaktsiya
Zn + H 2 SO 4 ® ZnSO 4 + H 2
sulfat kislota yoki rux butunlay yo'qolguncha oqadi va teskari yo'nalishda oqmaydi: metall sink va sulfat kislota vodorodni o'tkazish orqali olish mumkin emas suv eritmasi sink sulfat. Shuning uchun bu reaktsiya qaytarilmasdir.
Qaytariladigan reaksiyaning klassik misoli ammiakning azot va vodoroddan sintezi: N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 .
Agar da yuqori harorat 1 mol azot va 3 mol vodorodni aralashtirib yuboring, keyin reaksiya etarlicha uzoq vaqtdan keyin ham nafaqat reaksiya mahsuloti (NH 3), balki reaksiyaga kirishmagan boshlang'ich moddalar (N 2 va H 2) ham mavjud bo'ladi. reaktorda. Agar xuddi shu sharoitda reaktorga azot va vodorod aralashmasi emas, balki sof ammiak kiritilsa, bir muncha vaqt o'tgach, ammiakning bir qismi azot va vodorodga parchalanganligi ma'lum bo'ladi, ya'ni. reaktsiya teskari yo'nalishda davom etadi.
Kimyoviy muvozanatning mohiyatini tushunish uchun to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligini hisobga olish kerak. Kimyoviy reaksiya tezligi - vaqt birligida boshlang'ich modda yoki reaksiya mahsuloti konsentratsiyasining o'zgarishi. Kimyoviy muvozanat masalalarini o'rganishda moddalarning konsentratsiyasi mol/l bilan ifodalanadi; bu konsentratsiyalar 1 litr idishda berilgan reaktivning qancha mol borligini ko'rsatadi. Misol uchun, "ammiak konsentratsiyasi 3 mol / l" iborasi ko'rib chiqilayotgan hajmning har bir litrida 3 mol ammiak borligini anglatadi.
Kimyoviy reaksiyalar molekulalar orasidagi to'qnashuvlar natijasida amalga oshiriladi, shuning uchun, nisbatan ko'proq molekulalar birlik hajmda joylashgan bo'lsa, ular o'rtasida qanchalik tez-tez to'qnashuvlar sodir bo'ladi va reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Shunday qilib, reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi.
tizimda muvozanat kuzatilmaydi
Ko'rinadigan o'zgarishlar yo'q.
Misol uchun, agar tizimga tashqi ta'sir bo'lmasa, barcha moddalarning konsentratsiyasi cheksiz uzoq vaqt davomida o'zgarishsiz qolishi mumkin. Kimyoviy muvozanat holatidagi tizimdagi konsentratsiyalarning bunday doimiyligi umuman o'zaro ta'sirning yo'qligini anglatmaydi va to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning bir xil tezlikda borishi bilan izohlanadi. Bu holat haqiqiy kimyoviy muvozanat deb ham ataladi. Shunday qilib, haqiqiy kimyoviy muvozanat dinamik muvozanatdir.
Soxta muvozanatni haqiqiy muvozanatdan farqlash kerak. Tizim parametrlarining doimiyligi (moddalar kontsentratsiyasi, bosim, harorat) haqiqiy kimyoviy muvozanatning zaruriy, ammo etarli bo'lmagan belgisidir. Buni quyidagi misol bilan ko'rsatish mumkin. Azot va vodorodning ammiak hosil bo'lishi bilan o'zaro ta'siri, shuningdek ammiakning parchalanishi yuqori haroratda (taxminan 500 ° C) sezilarli tezlikda sodir bo'ladi. Agar xona haroratida vodorod, azot va ammiakni istalgan nisbatda aralashtirsangiz, reaksiya N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3
oqmaydi va barcha tizim parametrlari doimiy qiymatni saqlaydi. Biroq, ichida Ushbu holatda muvozanat noto'g'ri, to'g'ri emas, chunki bu dinamik emas; tizimda emas kimyoviy reaksiya: To'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi nolga teng.
Materialni keyingi taqdim etishda haqiqiy kimyoviy muvozanatga nisbatan "kimyoviy muvozanat" atamasi qo'llaniladi.
Miqdoriy xarakteristikalar kimyoviy muvozanat holatidagi tizimlar hisoblanadi muvozanat konstantasi K .
Qaytariladigan reaksiyaning umumiy holati uchun a A + b B + ... ⇆ p P + q Q + ...
Muvozanat konstantasi quyidagi formula bilan ifodalanadi:
5.1 formulada C(A), C(B), C(P) C(Q) reaksiyada ishtirok etuvchi barcha moddalarning muvozanat konsentrasiyalari (mol/l), yaʼni. kimyoviy muvozanat holatida tizimda o'rnatilgan konsentratsiyalar; a, b, p, q – reaksiya tenglamasida stexiometrik koeffitsientlar.
N 2 +3H 2 ⇆2NH 3 ammiak sintez reaksiyasi uchun muvozanat konstantasining ifodasi quyidagi ko rinishga ega: . (5.2)
Shunday qilib, kimyoviy muvozanat konstantasining raqamli qiymati reaktsiya mahsulotlarining muvozanat konsentratsiyalari mahsulotining boshlang'ich moddalarning muvozanat konsentrasiyalari mahsulotiga nisbatiga teng bo'lib, har bir moddaning konsentratsiyasini bir kuchga ko'tarish kerak. reaksiya tenglamasida stexiometrik koeffitsientga teng.
Buni tushunish muhimdir muvozanat konstantasi muvozanat konsentrasiyalari bilan ifodalanadi, lekin ularga bog‘liq emas. ; aksincha, reaksiyada ishtirok etuvchi moddalarning muvozanat konsentrasiyalarining nisbati muvozanat konstantasiga mos keladigan darajada bo'ladi. Muvozanat konstantasi reaktivlarning tabiatiga va haroratga bog'liq va doimiy (doimiy haroratda) qiymatdir. .
Agar K >> 1 bo'lsa, muvozanat doimiy ifodasi kasrning soni maxrajdan ko'p marta katta bo'ladi, shuning uchun muvozanat momentida tizimda reaktsiya mahsulotlari ustunlik qiladi, ya'ni. reaksiya asosan oldinga yo'nalishda boradi.
Agar K<< 1, то знаменатель во много раз превышает числитель, следовательно, в момент равновесия в системе преобладают исходные вещества, т.е. реакция лишь в незначительной степени протекает в прямом направлении.
Agar K ≈ 1 bo'lsa, unda boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarining muvozanat konsentratsiyasi taqqoslanadi; reaksiya ham oldinga, ham teskari yo'nalishda sezilarli darajada davom etadi.
Shuni yodda tutish kerakki, muvozanat konstantasi ifodasi faqat gaz fazasida yoki erigan holatda bo'lgan moddalarning konsentratsiyasini o'z ichiga oladi (agar reaktsiya eritmada sodir bo'lsa). Agar reaksiyada qattiq modda ishtirok etsa, u holda o'zaro ta'sir uning yuzasida sodir bo'ladi, shuning uchun qattiq moddaning konsentratsiyasi doimiy deb qabul qilinadi va muvozanat konstantasi ifodasiga yozilmaydi.
CO 2 (gaz) + C (qattiq) ⇆ 2 CO (gaz)
CaCO 3 (qattiq) ⇆ CaO (qattiq) + CO 2 (gaz) K = C (CO 2)
Ca 3 (PO 4) 2 (qattiq) ⇆ 3Ca 2+ (eritma) + 2PO 4 3– (eritma) K = C 3 (Ca 2+) C 2 (PO 4 3–)
