Обратимость химических реакций. Химическое равновесие

Обратимые и необратимые реакции.
Обратимые химические реакции – это реакции, одновременно протекающие в прямом и обратном направлениях в одних и тех же условиях.
Например: H2 + I2 ↔ 2HI CaCO3 ↔ CaO + CO2
Необратимые химические реакции –это реакции, протекающие в одном направлении до полного превращения реагирующих веществ в продукты реакции.
Например :
Na2SO4 +BaCl2 ? BaSO4 ↓+ 2NaCl

Признаки необратимости.
CuCl2 + 2KOH=Cu(OH)2↓ +2KOH – выпал осадок
Na2CO3 + 2HCl=2NaCl + H2O + CO2↑ – образовался слабый электролит , который разлагается на воду и углекислый газ.
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O – образовалась вода – очень слабый электролит.

Химическое равновесие.
H2 + I2 ↔ 2HI
Вернемся к обратимой реакции водорода с парами йода. В соответствии с законом действующих масс кинетическое уравнение прямой реакции имеет вид:
Vпр =kпр[H2] [I2] С течением времени скорость прямой реакции уменьшается, т.к. исходные вещества расходуются. В то же время с накоплением в системе йодоводорода увеличивается скорость реакции его разложения:
Vобр=kобр [HI] ² В любой обратимой реакции рано или поздно наступит такой момент, когда скорости прямого и обратного процессов становятся равными. Состояние обратимого процесса, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, называют химическим равновесием.
Vпр = Vобр
kпр[H2] [I2]= kобр [HI] ²

Константа химического равновесия.
H2 + I2 ↔ 2HI
Состояние химического равновесия характеризуется особой величиной – константой равновесия. Для нашего примера константа равновесия имеет вид:
Кравн = kпр / kобр = [HI]²/[H2] [I2]
Константа равновесия k равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакции, или отношению произведению равновесных концентраций продуктов и реагентов, возведенных в степени, равные коэффициентам в уравнении реакции. Величина константы равновесия определяется природой реагирующих веществ, и зависит от температуры.

Величина константы равновесия характеризует полноту протекания
обратимой реакции. Если Кравн<<1, числитель в выражении константы намного меньше знаменателя, прямая реакция практически не протекает, равновесие смещено влево. Если для какого-либо обратимого процесса Кравн>>1, исходных реагентов в равновесной системе практически не остается, равновесие смещено вправо.
Кравн = kпр / kобр = [HI]²/[H2] [I2]

Факторы, вызывающие смещение химического равновесия.
Состояние химического равновесия может сохраняться долго при неизменных внешних условиях: температуры, концентрации исходных веществ или конечных продуктов, давления (если в реакции участвуют газы).
Если изменить эти условия, можно перевести систему из одного равновесного состояния в другое, отвечающее новым условиям.
Такой переход называется смещением или сдвигом равновесия. Управление смещения можно предсказать, пользуясь принципом Ле Шателье, 1884г.

Историческая справка.
Французский ученый- химик, занимался исследованиями процессов протекания химических реакций.
Принцип смещения равновесий- самое известное, но далеко не единственное научное достижение Ле Шателье.
Его научные исследования обеспечили ему широкую известность во всем мире. Он дожил до 86 лет.
Анри Луи Ле Шателье (1850- 1936)

Принцип Ле Шателье.
Известен всюду на Земле Анри Луи Де Шателье.
Он не был королем и принцем, Зато открыл прекрасный принцип, Который химикам полезен
Для сдвигов всяких равновесий.
Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывать внешнее воздействие (изменить давление, концентрацию веществ или температуру), то равновесие сместится в сторону преимущественного протекания того процесса который ослабляет произведенное воздействие.
Принцип Ле Шателье- это принцип «вредности», принцип «наоборот».

Изменение концентрации:
3H2 + N2 ↔ 2NH3
А) если увеличиваем концентрацию конечных продуктов, рав- новесие смещается в сторону образования исходных продуктов, т.е. преобладает обратная реакция.
Б) увеличиваем концентрацию исходных продуктов, равновесие смещается в сторону образования конечных продуктов, преоб-ладает прямая реакция.
В) при уменьшении концентрации конечных продуктов реакция равновесия смещается в сторону их образования, преобладает прямая реакция.
Г) при уменьшении концентрации исходных продуктов реакции, преобладает обратная реакция.

Изменение давления
А) при увеличения давления равновесие смещается в сторону той реакции, при которой объем образовавшихся газообразных продуктов уменьшается.
Б) при уменьшении давления равновесие смещается в сторону той реакции, при которой объем образовавшихся газообразных продуктов увеличивается.
Пример: 3H2 + N2 ↔ 2NH3
в) если объемы газообразных продуктов одинаковы как в прямой, так и в обратной реакции- изменение давления не оказывает смещения равновесия.
Пример: Н2 + Cl2=2HCl
2V=2V

Изменение температуры
А) при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции.
Б) при понижении температуры химическое равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.
Пример:
N2(г)+H2(г)→2NH3(г)+92 кДж ,
2NH3(г) → N2(г) + H2(г) - 92 кДж.

Значение принципа Ле Шателье.

Закрепление.
Химик толкает реакцию в спину: «Давай-ка тебя я немного подвину!» Она отвечает: «Ты знаешь меня: Ни часа, ни дня не могу без огня! И чтобы улучшить мое настроение, Прошу, даже требую: выше давление! К тому же учти : я – такая реакция, Что мне реагентов важна концентрация». И химик подумал: «Теперь мне все ясно. Тепло поглощаешь – и это прекрасно! Как только под колбой зажгутся горелки, Ступай-ка, реакция, прямо по стрелке. Вот это цветочки, но будут и фрукты - Повысит давление выход продукта! Еще концентрация … Да, ты права: Побольше я выдам тебе вещества». Реакция стала работать послушно, Продукт образуя полезный и нужный. Такой вот привиделся химику сон. Какие же выводы сделает он ?

ВОПРОС 1( все вопросы письменно)
При повышении температуры равновесие системы смещается в какую сторону
2SO3 2SO2 + O2 - Q

ВОПРОС 2.
Каким образом можно сместить равновесие реакции в сторону исходных веществ (все в-ва – газы):
SO3 + H2O H2SO4 + Q

ВОПРОС 3.
При повышении давления равновесие реакции смещается в какую сторону
2SO3 2SO2 + O2 - Q

ВОПРОС 4.
Каким образом можно сместить равновесие в сторону продуктов реакции
SO2 + 2H2S 3S + 2H2O + Q г г т г

ВОПРОС 5.
При уменьшении концентрации SO2 равновесие реакции смещается H2SO3 SO2 + H2O -Q

ВОПРОС 6.
При повышении температуры равновесие реакции сместится
2ZnS + O2 2ZnO + H2O + Q
(в сторону исх. в-тв)

Задача 1.
Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомогенной системы PCl5 ↔ PCl3 + Cl2 – Q , чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl5 (→)
PCl5(тв.) ↔ PCl3(тв.) + Cl2(газ) – Q
→
1V

ВОПРОС 7.
В какой системе увеличение давления приведет к смещению химического равновесия в сторону прямой реакции?
1)N2+O2<->2NO
2)2O3<->3O2
3)2H2O <-> 2H2+O2
4)2CO+O2 <->2CO2

Задача 2.
Как сместиться химическое равновесие реакции
2СО + О2 ↔ 2СО2 + Q при
а) повышении температуры;
б) повышении давлении
Закрепление

ВОПРОС 8.
В какой системе увеличение давления приведет к смещению химического равновесия в сторону прямой реакции?
1)N2+O2<->2NO
2)2O3<->3O2
3)2H2O <-> 2H2+O2
4)2CO+O2 <->2CO2

ВОПРОС 9.
В какой системе увеличение давления приведет к смещению химического равновесия в сторону прямой реакции?
1)N2+O2<->2NO
2)2O3<->3O2
3)2H2O <-> 2H2+O2
4)2CO+O2 <->2CO2

Задания на пятерку .
1. Условие необратимости химического превращения.
а) образование слабого электролита
б) поглощение большого количества теплоты
в) взаимодействие слабого и сильного электролитов
г) ослабление окраски раствора.
2. Для смещения равновесия в системе
CaCO3(т) ↔ CaO(т)+CO2(т) – Q
в сторону продуктов реакции необходимо
а) увеличить давление б) увеличить температуру
в) ввести катализатор г) уменьшить температуру
3. При увеличении давления химическое равновесие не смещается в системе
а) 2H2S(г) + 3O2(г) = 2H2O(г) + 2SO2(г)
б) 2H2(г) + O2(г) = 2H2O (г)
в) H2(г) + I2(г) = 2HI (г)
г) SO2(г) + CL2(г) = SO2CL2(г)