Смещение равновесия при изменении некоторых параметров

Концентрация. Увеличение концентрации одного из реагирующих веществ сначала приводит к увеличению числа молекул этого вещества. Поскольку число столкновений с участием этих молекул увеличивается, реакция, для которой они являются реагентами, ускоряется. Это приводит к увеличению концентраций реагентов у противоположной реакции и т. д. В результате изменяется концентрация всех веществ, участвующих в химической реакции и вновь наступает состояние химического равновесия.

Можно сделать вывод, что при увеличении концентрации одного из реагирующих веществ равновесие смещается в сторону расхода этого вещества, при уменьшении концентрации равновесие смещается в сторону образования этого вещества.

Давление. Влияние давления очень напоминает эффект изменения концентраций реагирующих веществ, но сказывается оно практически только на газовых системах. При повышении давления увеличивается число молекул в единице объема газовой системы. Прямая или обратная реакция, в которой участвует большее количество газообразных веществ, протекает при этом с большей скоростью. В результате этой реакции образуется больше молекул тех веществ, которые участвуют в обратной реакции. Произойдет изменение скорости обратной реакции, и в конце концов будет достигнуто новое состояние равновесия.

При увеличении давления(уменьшении объёма) равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газообразных веществ, т. е. в сторону понижения давления; при уменьшении давления (увеличении объёма) равновесие смещается в сторону возрастания числа молекул газообразных веществ, т. е. в сторону увеличения давления. Если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на положение равновесия в этой системе.

Температура. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию всех молекул, участвующих в реакции. Но молекулы, вступающие в реакцию, при которой происходит поглощение энергии (эндотермическая реакция), начинают взаимодействовать между собой быстрее. Это увеличивает концентрацию молекул, участвующих в обратной реакции, и ускоряет ее. В результате достигается новое состояние равновесия с повышенным содержанием продуктов реакции, протекающей с поглощением энергии.

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры — в сторону экзотермической реакции.

 

Примеры решения задач

 

Задачи с использованием константы химического равновесия

Пример 1

При некоторой температуре равновесие в гомогенной системе 2A+B«2G+4E установилось при следующих концентрациях [A]=0,16 моль/л, [B]=0, 05 моль/л и [Е]= =0, 08 моль/л Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации [А] и [B

Решение

Запишем формулу константы равновесия, учитывая концентрации всех веществ, т. к. система является гомогенной: .

Но нам не известна концентрация G. Её мы можем найти на основании закона объёмных отношений:

, отсюда х = 0,04 моль.

Подставим данные в формулу и рассчитаем значение константы: .

Чтобы найти исходные концентрации веществ А и В, нужно определить, какое количество этих веществ израсходовалось в ходе химической реакции:

, но в любом случае, х = 0,04 моль/л;

 

,

отсюда х = 0,02 моль/л.

Поскольку в этой реакции А и В относятся к исходным веществам, концентрация которых с течением времени уменьшается по мере того, как эти вещества расходуются, то их исходная (начальная) концентрация будет больше равновесной.

Отсюда [A]_нач = [A]_р + [A]_изр = 0,16 + 0,04 = 0,2 моль/л;

[В]_нач = [В]_р + [В]_изр = 0,05 + 0,02 = 0,07 моль/л.

 

Пример 2

Найдите равновесные концентрации всех реагирующих веществ в гетерогенной системе: 2W_(г) + S_(к) «R _(г)+ P_(г), если известно, что константа химического взаимодействия равна 1, а исходные концентрации [W]=0,5 моль/л и [P]=0,2 моль/л.

Решение

Учитывая, что система гетерогенная (опускаем концентрации кристаллических веществ), записываем формулу константы химического равновесия:

.

В эту формулу мы можем подставить только значение константы, т. к. данные концентрации являются начальными, а в константу входят равновесные концентрации, которые мы сейчас найдём. Пусть в ходе реакции образуется х молей вещества Р, следовательно, по закону объёмных отношений с учётом стехиометрических коэффициентов расходуется 2х моля вещества W. Значит, равновесные концентрации этих веществ будут равны:

[P]_p=[P]_нач + [P]_обр = 0,2 + x (+ ставим, т. к. это продукт реакции и его концентрация с течением времени увеличивается);

[W]_p=[W]_нач - [W]_изр = 0,5 – 2х (- ставим, т. к. это исходное вещество и его

концентрация с течением времени уменьшается.).

Что касается концентрации вещества R, то его концентрация по тому же закону будет равна: [P]_p =[R]_p =0,2 + х (соотношение между концентрациями 1:1).

Подставляем эти данные в формулу и находим х:

0,04 + 0,4х + х² = 0,25 – 2х + 4х²

3х² – 2,4х + 0,21 = 0

х = 0,1.

Значит равновесные концентрации веществ в системе будут равны: [P]_p = [R]_p = 0,2 + 0,1 = 0,3 моль/л, а [W]_p = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль/л

Совет: помните, что в константу химического равновесия входят равновесные концентрации веществ, т. е. Для продуктов – то, что получилось, а для исходных – то, что осталось.