Химическое равновесие

Цель лекции

ПРОВЕРКА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ С МЕТОДОМ «МОЗГОВОГО ШТУРМА»
Указать тип химических реакций, расставить коэффициенты.
P+O2=P2O5
H2O2= H2O +O2
Ca+O2=CaO
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
Na2O+H2O=NaOH
Al+O2= Al2O3
K2O+H2O=KOH
KNO3=KNO2+O2
FeO+НСl=FeСl2+H2O
H2SO4+Al2O3 = Al2(SO4)3+H2O

Необратимые и обратимые реакции
Необратимые реакции – реакции, проходящие только в одном направлении − до конца, т.е. до полного превращения одного или всех исходных веществ в продукты реакции
2KClO3 = 2KCl + 3O2
Обратимые реакции – реакции, идущие в противоположных направлениях, не проходят до конца, исходные вещества полностью не расходуются
H2 + I2 2HI
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Химическое равновесие -
состояние системы, характеризующееся равными
скоростями прямой и обратной реакций
Система H2 + I2 2HI при Т = const
СHI = 0
[H2], [I2], [HI] - равновесные концентрации, моль/л
0
υ
υпр= υобр
τ
τравн
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Закон действующих масс
В закрытой системе в состоянии равновесия при постоянных температуре и давлении отношение произведений концентраций продуктов реакции и исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, является постоянной величиной
В закрытой системе для обратимой реакции (T, p = const)
aA + bB cC + dD
Для реакции с участием газообразных веществ
pA, pB, pC, pD – равновесные парциальные давления
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Константы равновесий
в гомогенных и гетерогенных системах
Гомогенная система
N2(г) + 3H2(г) 2NH3(г)
Гетерогенная система
MgCO3(к) MgO(к) + CO2(г)
концентрации твердых веществ считают неизменными и в
выражение константы равновесия не включают
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Константа равновесия -
мера глубины прохождения реакции
Отсутствие
взаимодействия
Равновесие
смещено в
сторону
прямой
реакции
Равновесие
смещено в
сторону
обратной
реакции
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Константа равновесия зависит от природы веществ, образующих систему и от температуры, но не зависит от концентрации веществ

Расчет равновесных концентраций
реагентов по известным исходным концентрациям
CO(г) + H2O(г) CO2(г) + H2(г)
КС = 1 при Т=1023 К,
Исходные концентрации веществ
В начальный момент времени
Обозначаем х (моль/л) увеличение концентрации CO2 в ходе реакции
увеличение концентрации Н2
уменьшение концентрации СО = х
уменьшение концентрации Н2О
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Определение возможного направления реакции при известном значении константы равновесия
2SO2(г) + O2(г) 2SO3(г)
При Т = 950 К значение КС = 83,88
Исходные концентрации Определить направление
возможной реакции
при данном составе системы
В исходной газовой смеси В состоянии равновесия
В ходе достижения равновесия
при данном составе системы возможна прямая реакция
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Влияние температуры на константу
химического равновесия
зависимость lnK = f(T) близка к линейной При увеличении температуры
для экзотермических реакций для эндотермических реакций
К К
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Расчет ΔН0 и ∆S0 реакции
4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)
ΔН0 < 0 реакция экзотермическая
ΔS0 < 0 в ходе реакции система переходит в более
упорядоченное состояние

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Расчет и K298 реакции
4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)
Стандартная энергия Гиббса реакции
– при Т = 298 К возможна самопроизвольная
прямая реакция
Константа равновесия
K298 ≈ 1024

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Расчет и K1500 реакции
4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)
Энергия Гиббса реакции при температуре 1500 К
>> 0 – при Т = 1500 К возможна самопроизвольная
обратная реакция
Константа равновесия при температуре 1500 К
K1500 = 10-3

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
График зависимости
для реакции 4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)
Температура, при которой
(К = 1)
Т, К

Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
Температурная зависимость константы равновесия реакции 4NO(г) 2N2O(г) + O2(г)
298 К К >> 1 в системе преобладают продукты реакции
1500 К К << 1 в системе преобладают исходные
вещества, реакция практически не идет
1000 К равновероятны оба направления реакции
При повышении температуры равновесие смещается в сторону
обратной (эндотермической) реакции

Влияние различных факторов
на состояние химического равновесия. Принцип Ле Шателье
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, равновесие сместится в направлении, ослабляющем это воздействие
смещение равновесия в сторону прямой реакции
означает увеличение равновесных концентраций продуктов реакции
смещение равновесия в сторону обратной реакции означает увеличение равновесных концентраций
исходных веществ
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Изменение концентраций
(парциальных давлений) веществ
Влияние концентраций (парциальных давлений) компонентов системы
увеличение концентрации продуктов реакции
или
уменьшение концентрации исходных веществ
смещение равновесия
в сторону прямой реакции
увеличение концентрации исходных веществ
или
уменьшение концентрации продуктов реакции
смещение равновесия
в сторону обратной реакции
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Влияние концентраций веществ
на состояние равновесия системы
CH4(г) + 2H2O(г) CO2(г) + 4H2(г)
Увеличение концентрации
CH4 или H2O
Увеличение концентрации
CO2 или H2
Уменьшение концентрации
CH4 или H2O
Уменьшение концентрации
CO2 или H2
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Влияние общего давления в системе
Давление оказывает влияние на равновесие реакций, сопровождающихся изменением количеств газообразных веществ
увеличение общего давления
смещение равновесия в сторону уменьшения количества газообразных веществ
понижение общего
давления
смещение равновесия в сторону увеличения количества газообразных веществ
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
CH4(г) + 2H2O(г) CO2(г ) + 4H2(г)
3 моль 5 моль

Влияние температуры
на состояние равновесия
Нагревание
смещение равновесия в сторону эндотермических реакций Охлаждение
смещение равновесия в сторону экзотермических реакций
CH4(г) + 2H2O(г) CO2(г) + 4H2(г), ΔH>0
прямая реакция эндотермическая
обратная реакция экзотермическая
нагревание охлаждение
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Выбор оптимального режима
синтеза аммиака
3Н2(г) + N2(г) 2NH3(г), ΔH<0
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
р = 30-80 МПа Т = 450-5500С катализатор – Fe(к)

Заключение
Все самопроизвольные реакции можно разделить на необратимые (идущие в одном направлении) и обратимые (идущие в противоположных направлениях)
В ходе обратимых реакций наступает состояние химического равновесия, характеризующееся равными скоростями прямой и обратной реакций
Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия (КС или КР), величина которой зависит от природы реагирующих веществ и от температуры
Константа равновесия экзотермических реакций уменьшается с повышением температуры; эндотермических - увеличивается.
Химическое равновесие при изменении внешних условий (р, Т, С) может смещаться. Согласно принципу Ле Шателье при внешнем воздействии на систему равновесие смещается в направлении, ослабляющем это воздействие
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие

Решение задач методом «Вычислений»
Задача-1. Запишите выражения для констант равновесия следующих реакций:
а) 2NO(г.) + O2(г.) →2NO2(г.);
б) MgCO3(к.) + 2HCl(р.) → MgCl2(р.) + H2O(ж.) + CO2(г.); в) CO2(г.) + H2O(ж.) → H+ (р.) + HCO3 – (р.).
Задача-2. Вычислите константу равновесия реакции: CaCO3(к.) + H+ (р.) = Ca2+(р.) + HCO3 – (р.), если известны константы равновесия реакций:
CaCO3(к.) = Ca2+(р.) + CO3 2–(р.), K1 = 3,36·10–9 ,
(2) HCO3 – (р.) = H+ (р.) + CO3 2–(р.), K2 = 4,84·10–11 .

Подведение итогов урока методом «INSERT»
1. Химическое равновесие в системе 2NO(г) + O2 (г) = 2NO2 (г) + Q смещается в сторону образования продукта реакции при
1) повышении давления
2) повышении температуры
3) понижении давления
4) применении катализатора
2. Состояние химического равновесия характеризуется
1) прекращением протекания прямой и обратной химической реакций
2) равенством скоростей прямой и обратной реакций
3) равенством суммарной массы продуктов суммарной массе реагентов
4) равенства суммарного количества вещества продуктов суммарному количеству вещества реагентов
3. При изменении давления химическое равновесие не смещается в реакции
1) СО(г) + Сl2 (г) ↔ СОСl2 (г)
2) СО2(г) + С↔ 2СО(г)
3) 2СО(г) + О2(г) ↔2СО2(г)
4) С + О2 (г) ↔СО2(г)
4. Введение катализатора в систему, находящуюся в состоянии динамического равновесия
1) увеличит скорость только прямой реакции
2) увеличит скорость только обратной реакции
3) увеличит скорость как прямой, так и обратной реакции
4) не оказывает влияние на скорость ни прямой, ни обратной реакции
5. Давление не влияет на состояние химического равновесия следующей химической реакции
1) 2SO2 + O2 ↔ 2SO3
2) 3Н2 + N2 ↔ 2NH3
3) CO + Cl2 ↔ COCl2
4) Н2 + Cl2 ↔ 2HCl

Домашняя работа
Метод «LEVEL TASKS»
Отвечайте на вопросы:
Вопрос 1. Что такое гетерогенное реакция?
Вопрос 2. Что такое константа химического равновесие?
Решите 6 задачу на 102 страницах электронного учебника.

Рефлексия
Если считать, что весь отрезок это 100 %,
то покажите точкой ваше местонахождение
1.Усвоение учебного материала
А______________________________________________Б
2. Мне это пригодится в жизни
А______________________________________________Б
3. Урок был интересным и познавательным
А______________________________________________Б

Подведение итогов урока : ___ оценка знаний
Критерии оценки: Всего 100 баллов