Принцип ле-шателье. Смещение химического равновесия.

Положение химического равновесия зависит от следующих парамктров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на химическую реакцию, подчиняются закономерности, которая была высказана в общем виде в 1884 году французским ученым Ле-Шателье. Современная формулировка принципа Ле-Шателье такова:

Если на систему,находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия.

1. Влияние температуры. В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое - эндотермическому.

N2 + 3H2 2NH3 + Q

Прямая реакция - экзотермическая, а обратная реакция - эндотермическая. Влияние изменения температуры на положение химического равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции.

2. Влияние давления. Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объема за счет изменения количества вещества при переоходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе.
Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом; при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объемом

Таким образом, при переходе от исходных веществ к продуктам объем газов уменьшился вдвое. Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3, о чем свидетельствуют следующие данные для реакции синтеза аммиака при 400 0С:

давление, МПа	0,1
объемная доля NH3, %	0,4

3. Влияние концентрации. Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции; при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

 

Гидролиз солей[править | править вики-текст]

Гидролиз солей — разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах (преимущественно, водных) растворимых солей-электролитов. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или (реже) молекулярном виде («связывание ионов»).

Различают обратимый и необратимый гидролиз солей^[1]:

· 1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону):

(раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)

· 2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону):

(раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)

· 3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:

(равновесие смещено в сторону продуктов, гидролиз протекает практически полностью, так как оба продукта реакции уходят из зоны реакции в виде осадка или газа).

· 4. Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален. См. также Электролитическая диссоциация.

Степень гидролиза[править | править вики-текст]

Под степенью гидролиза понимается отношение количества (концентрации) соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству (концентрации) растворенной соли. Обозначается α (или h_гидр);
α = (c _гидр/ c _общ)·100 %
где c _гидр — число молей гидролизованной соли, c _общ — общее число молей растворённой соли.
Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, её образующие.

Является количественной характеристикой гидролиза.

Константа гидролиза[править | править вики-текст]

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учетом стехиометрических коэффициентов.

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

В качестве примера ниже приводится вывод уравнения константы гидролиза соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:

Уравнение константы равновесия для данной реакции имеет вид:

или

Так как концентрация молекул воды в растворе постоянна, то произведение двух постоянных можно заменить одной новой — константой гидролиза:

Численное значение константы гидролиза получим, используя ионное произведение воды и константу диссоциации азотистой кислоты :

подставим в уравнение константы гидролиза:

В общем случае для соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:

, где — константа диссоциации слабой кислоты, образующейся при гидролизе

Для соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием:

, где — константа диссоциации слабого основания, образующегося при гидролизе

Для соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием:

24. 4.9 Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН)

Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению: H₂O ó H⁺ + OH^-. Выражение для

константы диссоциации имеет вид: К_дис = [H⁺]_рав [OH^-]_рав =1,8 10^-16

[H₂O ]_рав.

Значение К_дис воды определили экспериментально по измерению удельной электропроводности при Т = 25 ^оС. Чистая вода практически не проводит электрический ток, т.е. ά_дис(H₂O) << 1, поэтому можно принять, что

[H₂O ]_рав = [H₂O]_нач. Рассчитаем молярную концентрацию чистой воды, зная, что 1л воды весит 1 кг (ρ =1кг/л):

С_м(H₂O) = m (H₂O) = 1000 г = 55,6 моль/ л.

M (H₂O) _* V (H₂O) 18 г/моль_* 1 л

Подставим полученное значение С_м(H₂O) в уравнение для К_рав::

К_{рав *} 55,6 = К_w = [H⁺] [OH^-] = 10^-14, где К_w – ионное произведение воды.

В чистой воде [H⁺] [OH^-] = 1 10^-14 , тогда [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л_.

В водных растворах кислот [H⁺] > [OH^-] или [H⁺] > 7 моль/л, среда кислая.

В водных растворах щелочей и оснований [H⁺] < [OH^-], [H⁺] < 7 моль/л, среда основная или щелочная.

При растворении в воде любых по природе веществ остается неизменным - [H⁺] [OH^-] = 1 10^-14 .

Для удобства выражения реакции среды водных растворов был введен специальный термин, который назвали водородным показателем (рН). рН – отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода:

рН = - lg [H⁺].

Иногда пользуются также показателем рОН – отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов гидроксила. рОН = - lg [ОH^-]

В нейтральной среде рН = 7; рОН = 7, рН + рОН = 14

В кислой среде рН < 7; рОН < 7, рН + рОН = 14

В щелочной среде pH > 7; рОН < 7, рН + рОН = 14

 

 

ШКАЛА рН

0―――――――――――――――――――7―――――――――――――――――――14

←―― кислая среды нейтральная среда щелочная среда ――→

растворы кислот чистая вода растворы оснований, щелочей

Кислотность и щелочность (рН) является важнейшей характеристикой всех водных растворов и естественных водных объектов (реки, озера, моря, океаны). рН контролирует скорость многих химических, биологических и биохимических процессов, играет важную роль в медицине, в технологии пищевой и перерабатывающей промышленности.

Пример 1 Рассчитайте рН раствора, в 500 мл которого содержится 0,245 г серной кислоты. Степень диссоциации кислоты равна 1.

Решение: Уравнение диссоциации кислоты: H₂SO₄ <=> 2H⁺ + SO₄^-2

Выражение для расчета рН: рН = -lg C_M (H⁺), где C_M (H⁺) = n (H⁺) _* άдис _* C_M (кислоты).

Рассчитаем C_M (кислоты) = 0,245 / 98 _* 0,5 = 0,05 моль/л

Тогда рН = -lg (1 _* 2 _* 0,05) = -lg 0,1 = 1.

Пример 2 Рассчитайте рН 5,6% раствора КОН, степеньдиссоциации щелочи в растворе составляет 0,9. Плотность раствора равна 1,02 мл/л.

Решение: Уравнение диссоциации щелочи: КОН <=> К⁺ + ОН^-

Выражение для расчета рН в растворах щелочей: рН = 14 – рОН = 14 – (-lg (ОH^-) _* άдис _*C_M (КОН)).

Рассчитаем C_M (КОН) = 12 _* 1,02 / 56 _* 0,1 = 1,02 моль/л

Тогда рН = 14 -lg (0,9 _* 1 _* 1,02) = 13.

23. 4.3 РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

4.3.1 Электролитическая диссоциация

Электролиты – вещества, которые при растворении подвергаются диссоциации на ионы. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Например, при растворении в воде уксусная кислота диссоциирует на ион водорода и ацетат-ион:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^–

Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществеионных * или полярных связей *, а также достаточная полярность * самого растворителя *. Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами: степенью диссоциации α и константой диссоциации K.

Степенью диссоциации (α) электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе, т. е. . Так, если C =0,1 моль/л, а концентрация диссоциированной части вещества С _д=0,001 моль/л, то для растворенного вещества α=0,001/0,1=0,01, или α=1%. Степень электролитической диссоциации зависит как от природы растворенного вещества, так и от концентрации раствора, увеличиваясь с его разбавлением.

Электролиты можно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. К сильным электролитам относятся, например, H₂SO₄, HCl, HNO₃, H₃PO₄, HClO₃, HClO₄, KOH, а также хорошо растворимые соли: NaCl, KBr, NH₄NO₃и др. Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. К слабым электролитам относятся плохо растворимые соли (см. таблицу растворимости), вода и большинство органических кислот (например, уксусная CH₃COOH, муравьинаяHCOOH), а также неорганические соединения: H₂CO₃, H₂S, HCN, H₂SiO₃, H₂SO₃, HNO₂, HClO, HCNO, NH₄OH и др.

Константа равновесия для процесса диссоциации называется константой диссоциации (K). В общем случае для электролита,диссоциирующего на два иона:

АВ А⁺ + В^–

Для приведенного выше процесса диссоциации уксусной кислоты:

Если обозначить концентрацию электролита, распадающегося на два иона, через C, то

[A⁺] = [B^–] = α C; [AB] = C(1–α);

Это уравнение соответствует закону разбавления Оствальда. Если электролит слабый, и диссоциация очень мала (α<<1), то закон разбавленияОствальда упрощается:

K =α² C; .

Таким образом, степень диссоциации возрастает с разбавлением раствора.

Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например:

H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^–

HCO₃^– H⁺ + CO₃^2–

Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой

Для диссоциации по второй ступени:

В случае угольной кислоты константы диссоциации имеют следующие значения: K _I = 4,3·10^–7, K _II = 5,6·10^–11. Для ступенчатой диссоциации всегда K _I> K _II> K _III>..., т.к. энергия, которую необходимо затратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы.

К с