Давайте рассмотрим с вами интересную тему химического равновесия. Этой теме отведено 24 задание ЕГЭ по химии. Мы не будем в даваться в сложные расчеты и приводить законы термодинамики, кинетические схемы, функции распределения Планка. Будем отталкиваться от самых классических понятий и методов.
Химические реакции можно разделить на обратимые и необратимые. Первые протекают в одном направлении, вторые могут проходит в двух противоположных направлениях. От чистых продуктов и от чистых реагентов. Обратимая реакция протекает не до конца, достигая некоторого равновесия, которое при неизменности внешних условий не изменяется во времени.
Однако сама по себе неизменность химической системы во времени не означает наличия в ней равновесия. Бывает, что скорость перехода химической системы от неравновесного состояния к равновесному практически равна нулю.
Но если при заданной температуре прямая и обратная реакции протекают с высокой скоростью, то смешав при этой температуре исходные вещества А и В можно увидеть, что при реакции
А+В=C+D концентрация вещества А и В будет уменьшатся, а концентрация веществ C и D напротив увеличиваться, но не до полного превращения исходных продуктов в конечные, а только до определенного предела, отвечающего равновесии при заданной температуре.
Если в начальный момент времени взять вещества C и D и задать ту же температуру-то начнется реакция с образованием продуктов А и В. Тут у нас будет концентрация C и D уменьшатся, а концентрация А и В увеличиваться. Этот процесс также не дойдет до конца и застынет на точке отвечающей равновесию системы при данной температуре.
Таким образом по истечении определенного времени в обоих случаях будет достигнуто равновесное состояние, при котором концентрации веществ перестанут изменяться.
Отсюда можем сделать вывод, что химическое равновесие –это состояние химической системы, не изменяющееся во времени и достигаемое с двух противоположных сторон. То есть это предел прямой и обратной реакций.
Равновесный состав =состав реакционной смеси, соответствующий состоянию равновесия.
Равновесные концентрации- концентрации веществ, находящихся в состоянии равновесия.
Равновесный состав зависит от:
- Природы веществ, принимающих участие в равновесной реакции;
- Природы веществ, принимающих участие в равновесной реакции;
- Природы веществ, принимающих участие в равновесной реакции;
Изменение любого пункта приводит к смещению равновесия.
В состоянии равновесия скорости прямой и обратной реакции равны, то есть оно является динамическим. Одновременно протекают прямая и обратная реакция. Мерой выражения зависимости между равновесными системами принято считать константу равновесия. Отметим, что концентрация твердых веществ, а также концентрации растворителей (при протекании реакции в растворе) не учитывается при определении константы.
Численная величина константы равновесия не зависит от концентрации веществ в равновесной системе, но зависит от температуры.
Принцип Ле Шателье
Смещение химического равновесия в системе при изменении условий, в которых она находится можно описать принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии оказали внешнее воздействие, то происходит сдвиг равновесия и изменение равновесного состава в направлении, ослабляющем это воздействие. Под внешним воздействием подразумевается изменение давления, температуры или введение/выведение определённого количества веществ, принимающих участие в равновесии.
Повышение температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, а при понижении наоборот в сторону эндотермической.
Повышение давления смещает равновесие в сторону уменьшения числа молей газов. При понижении давления равновесие смещается в сторону увеличения молей газов
Увеличение концентрации любого реагирующего вещества смещает равновесие в сторону прямой реакции, а повышение концентрации любого продукта реакции в сторону обратной реакции.
Уменьшение концентрации одного из исходных веществ ведет к смещению процесса в сторону обратной реакции, уменьшение концентрации одного из продуктов реакции смещает равновесие в сторону прямой реакции.
Естественные и неестественные процессы
Естественные процессы – процессы, протекающие самопроизвольно. Например, смешение газов при помощи самопроизвольно протекающей диффузии.
Неестественные процессы-процессы обратные по направлению. Такой процесс не может самопроизвольно произойти. Возможен только в сочетании с естественным и за счет его. К примеру, разделить смесь газов без вмешательства невозможно. Процесс неестественный. Смесь возможно разделить путем возгонки, а для этого потребуется энергия, полученная при помощи естественного процесса, к примеру, полученная в процессе горения топлива.
Для более фундаментального понимания сущности химического равновесия, можно рассмотреть некоторые физические процессы им управляющие. Например, на землю падает камень- потенциальная энергия системы камень-Земля уменьшается. Механический процесс, сопровождающийся возрастанием потенциальной энергии не может произойти самопроизвольно, камень вверх сам не полетит. Значит потребуется энергия извне (поднятие камня).
Так и в химии самопроизвольный процесс-это протекание экзотермической реакции (реакция с уменьшением запаса энергии). Однако практика показывает, что очень много и эндотермических реакций, особенно при высоких температурах.
То есть несмотря на тенденцию к минимуму энергии существует противоположная ей тенденция.
При любой температуре отличной от нуля, частицы пребывают в состоянии теплового движения, приводящего к максимально хаотичному распределению в пространстве.
Результатом конкуренции этих двух тенденций и является установление в системе состояния равновесия.
Мы не будем рассматривать в этой статье энтальпию и энтропию, энергию Гиббса. Приведенных постулатов достаточно для решения 24 задания егэ по химии. Ниже будут традиционно приведены примеры егэ по химии по обратимым и необратимым химическим реакциям. Смещению равновесия под действием различных внешних факторов.
Задачи для самостоятельного решения
Установите соответствие между уравнением химической реакции и направлением смещения химического равновесия при увеличении давления в системе: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой
| Уравнение реакции | Направление смещения равновесия |
| А) H2+I2=2HI-Q | 1) в сторону продуктов реакции |
| Б) N2+3H2=2NH3+Q | 2) в сторону исходных веществ |
| В) N2+O2=2NO-Q | 3) практически не смещается |
| Г) 2H2+3O2=2H2O+Q |
Ответы