Одним з найбільш загальних законів гетерогенних (в тому числі і фазових) рівноваг є правило фаз: в рівноважній системі число фаз (Ф), число незалежних компонентів (К), число ступенів волі (С) зв’язано співвідношенням: С+Ф = К+2, де 2 – число зовнішніх факторів (температура і тиск), що впливають на рівновагу.
Компонент – яка-небудь речовина, що входить до складу системи і може бути виділена з неї у вільному стані. Якщо в системі між речовинами відбувається хімічна взаємодія, то число компонентів в ній рівне числу речовин в системі мінус число хімічних реакцій, що відбуваються між ними.
| Каталіз |
Каталіз – метод прискорення хімічних реакцій за допомогою каталізатора. Каталізатор – це речовина, що прискорює хімічну реакцію, але сама не входить в кінцеві продукти реакції. Якщо каталізатор і взаємодіючі речовини перебувають в одній фазі, то каталіз називається гомогенним; якщо каталізатор і реагуючі речовини в різних фазах, то каталіз називається гетерогенним. У присутності каталізатора змінюється механізм хімічної реакції, вона проходить через нові стадії, кожна з яких характеризується невисокими значеннями енергії активації. При каталізі не змінюється тепловий ефект реакції, каталізатор не впливає на зміщення хімічної рівноваги, не змінює константу рівноваги і рівноважні концентрації компонентів системи. Каталізатори як правило діють вибірково (селективно). Речовини, що підвищують активність каталізатору, називають промоторами. Механізм гомогенного каталізу: реакція без каталізатору (К): А+В ® АВ
реакція в присутності каталізатору (К): А+К ® АК (перша стадія)
АК+В ® АВ+К (друга стадія).
Наприклад, у випадку коли А – O2; В – SO2; АВ – SO3; K – NO реакція O2+SO2 
SO3 відбувається в дві стадії: 1) O2+2NO Þ 2NO2;
2) NO2+SO2 Þ SO3+NO.
Гетерогенний каталіз завжди починається з адсорбції молекул вихідних речовин на поверхні каталізатору. При оборотній адсорбції молекул вихідних речовин поверхнею твердого каталізатора проходить послаблення хімічних зв’язків між атомами в молекулах реагуючих речовин, що приводить до пониження енергії активації каталітичної реакції і в результаті до прискорення хімічної взаємодії між речовинами.
Тестові завдання:
1. Коли числове значення швидкостi i константи швидкостi збiгаються?
2. Що можна сказати про хімічний процес, для якого: а) DG<0; б) DG>0; в) DG=0.
3. Енергетичні ефекти яких процесів можна вирахувати за допомогою табличних значень DН298?
4. Визначте знак зміни ентропії в кожній із приведених реакцій:
1) 2KClO3(кр.) = 2KCl(кр.) +3O2(газ)
2) N2(г) + 2O2(г) = 2NO2(г)
3) 3C2H2(г) = C6H6(р)
4) FeO(кр.) + H2(г) = Fe(кр.) + H2O(г)
5. Швидкість яких реакцій (екзотермічних чи ендотермічних) збільшується із підвищенням температури?
6. Написати вираз закону діючих мас для реакцій:
а) 2NO(г) + Cl2(г) ® 2NOCl(г)
б) CaCO3(кр.) ® CaO(кр.) + CO2(г)
7. В якому напрямку зміниться рівновага в системах:
а) СО(г) + Cl2(г) Û COCl2(г)
б) НІ(г) + І2(г) Û 2НІ(г) у випадку збільшення концентрації галогену?
8. Що з перерахованих факторів приведе до зміни константи швидкості хімічної реакції: а) збільшення енергії активації; б) зростання числа зіткнень реагуючих молекул; в) зміна тиску; г) зміна температури; г) введення в систему каталізатора; д) зміна концентрації реагуючих речовин.
9. Які з перерахованих факторів приведуть до зміни значення константи рівноваги хімічної реакції: а) зміна тиску; б) зміна температури; в) зміна концентрації реагуючих речовин?
10.Записати вирази для констант рiвноваги оборотнiх реакцiй:
а) СО2+С = 2СО; б) Fe3O4+4H2 = Fe + 4H2O.
Вказати напрямок змiщення рiвноваги при пiдвищеннi тиску.
11.Як слiд змiнити концентрацiю СО, щоб рiвновага в системi 2C+O2 Û 2CO + Q змiстилася вправо?
12.Записати вирази для констант рiвноваги ендотермiчних оборотнiх реакцiй:
а) СО2 + С Û 2СО – Q; б) Fe3O4+4H2 Û 3Fe+4H2O – Q.
Вказати напрямок змiщення рiвноваги при пiдвищеннi температури.
13.В якому випадку швидкiсть реакцiї буде залежати вiд концентрацiї обох взаємодiючих речовин: а) 2CO + O2 = 2CO2; б) CO2 + С = 2CO; в) C + O2 = CO2.
14.Як з допомогою температури змiстити вправо хiмiчну рiвновагу в системi
Fe3O4+4СO Û 3Fe+4CO2 – 43,7 кДж
15.Як змiститься рiвновага реакцiї 2CO+O2 Û 2CO2 + Q при пiдвищеннi температури?
16.Як з допомогою температури змiстити вправо хiмiчну рiвновагу в системi
H2O+С Û CO+H2 – 132 кДж.
17.Як змiститься рiвновага реакцiї 2SO2+O2 Û 2SO3+192кДж при пониженнi температури?
Розрахункові задачі:
1. Розрахуйте тепловий ефект реакції горіння сірководню: H2S(г) + 3/2O2 ® H2O(р) + SO2(г) за наступними даними:
1) S(кр.) + H2 ® H2S(г) DH1 = –20,17 кДж
2) H2 + ЅО2 ® H2O(р) DН2 = –286 кДж
3) S(кр.) + O2 ® SO2(г) DН3 = –297 кДж
2. За допомогою термохімічного рівняння H2S(г)+3/2O2 ® H2O(р)+SO2(г)+562,8 кДж визначити об’єм спаленого сірководню, якщо в результаті реакції виділилося 281,4 кДж тепла.
3. Як зміниться швидкість реакції 2NO(г)+Cl2(г) ® 2NOCl(г), якщо об’єм реакційної посудини а) зменшити в 3 рази; б) збільшити у 2 рази?
4. В системі А(г)+2В(г) Û С(г) рівноважні концентрації складають [А] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [С] = 0,216 моль/л. Знайти константу рівноваги реакції і вихідні концентрації речовин А і В.
5. Хiмiчна реакцiя проходить вiдповiдно до рiвняння А+ 2В = АВ2. Як змiниться щвидкiсть реакцiї, якщо концентрацiю речовини В збiльшити в 3 рази, а концентрацiю речовини А зменшити вдвiчi.
6. Амiак у промисловостi одержують з H2 i N2. Нехай початкова концентрацiя [H2]поч. = 1,2 моль/л, а [N2]поч. = 0,3 моль/л. Через деякий час концентрацiя водню знизилася до 0,6 моль/л. Якою на кiнець термiну була концентрацiя азоту [N2]кiнц?
7. У скiльки разiв збiльшиться швидкiсть хiмiчної реакцiї А2+2В = 2АВ при підвищеннi температури з 40 до 70оС, якщо температурний коефiцiєнт швидкостi реакцiї – 3?
8. Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 2NO+O2 = NO2 внаслiдок збiльшення тиску втричi?
9. На скiльки градусiв слiд пiдвищити температуру, щоб швидкiсть реакцiї А+2В = АВ2 збiльшилася у 8 разiв (температурний коефiцiєнт швидкостi реакцiї – 2)?
10.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 3H2+N2 = 2NH3 внаслiдок збiльшення тиску втричi?
11.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 2H2+O2 = 2H2O внаслiдок зменшення тиску вдвiчi?
12.Обчислити, як змiниться швидкiсть реакцiї 4NH3+5O2 = 4NO+6H2O внаслiдок збiльшення концентрацiї кисню втричi?
