Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ
Шрифт:
12.3. Обратимость реакций
Химическая реакция называется обратимой,если в данных условиях протекает не только прямая реакция (->), но также и обратная реакция т. е. из исходных веществ образуются продукты и одновременно из продуктов получаются реагенты:
Обратимые реакции не доходят до конца. Концентрации реагентов уменьшаются, что приводит к уменьшению скорости прямой реакции
. Скорость же обратной реакции
постоянно возрастает, поскольку увеличиваются концентрации продуктов.
Когда скорости прямой и обратной реакций станут одинаковыми (
=
), наступит состояние химического равновесия, при котором не происходит дальнейшего изменения концентраций реагентов и продуктов.
В состоянии равновесия концентрации реагентов и продуктов постоянны, их называют равновесными концентрациями и обозначают [А], [В], [D] и [Е], в отличие от концентраций с А, с в, c Dи с Ев любой другой момент времени. Установлено, что:
Такое соотношение обозначают К си называют константой равновесияданной реакции:
Это выражение носит название равновесный закон действующих масс(К. Гулльберг, П. Воге, 1867).
Значение К схарактеризует состояние равновесия в данной реакции и определяется соотношением концентраций, т. е. величина К сне зависит от каждой в отдельности равновесной концентрации – [А], [В], [D] или [Е].
Химическое равновесие не означает, что наступило состояние покоя. Прямая и обратная реакции протекают и в состоянии равновесия, но с одинаковой скоростью. Поэтому оно называется подвижным (динамическим)равновесием.
Подвижное химическое равновесие можно нарушить, оказывая на систему внешнеевоздействие и тем самым изменяя условия протекания реакции – температуру, давление, концентрацию. При любом нарушении (сдвиге)химического равновесия система перейдет ( сместится) в другое состояние равновесия.
Влияние условий на смещение химического равновесия определяется принципом, который установлен французским ученым A.-Л. Ле-Шателье (1884).
Современная формулировка принципа смещения равновесия, называемого принципом Ле-Шателье:
Рассмотрим подробнее влияние таких факторов, как температура, давление, концентрация, на смещение равновесия.
1. Температура.Повышениетемпературы смещает равновесие обратимой реакции в сторону процесса, идущего с поглощениемтеплоты ( эндотермическоенаправление), а понижениетемпературы – в сторону процесса, идущего с выделениемтеплоты ( экзотермическоенаправление).
Дляэкзотермической реакции:
Дляэндотермической реакции:
Значение К собязательно изменится при повышении и понижении температуры, так как значения констант скорости k прямой (->) и обратной (<-) реакций по-разному зависят от температуры, ведь это реакции между разными реагентами (соответственно А и В или D и Е). Следовательно, константа равновесия – функция температуры:
Примеры:
а) повышениетемпературы (нагревание):
б) понижениетемпературы (охлаждение):
2. Давление. Изменение давления оказывает влияние только на те системы, где хотя бы одно вещество находится в газообразном состоянии (твердые и жидкие вещества не учитываются, так как их собственный объем весьма мал по сравнению с объемом газов и паров).
Увеличениедавления в обратимой реакции смещает равновесие с сторону процесса, идущего с уменьшением количества газообразных веществ, т. е. с уменьшениемобъема, а уменьшение давления – в сторону увеличения количества газообразных веществ, т. е. с увеличениемобъема:
а)
б)
При n реаг= n продизменение не вызовет смещения равновесия.
Примеры гомогенныхреакций:
а) увеличениедавления (сжатие):
б) уменьшениедавления (расширение):
Примеры гетерогенныхреакций (коэффициенты перед формулами конденсированных веществ не учитываются):
а) увеличениедавления (сжатие):