Химическое равновесие

Все химические реакции можно разделить на необратимые и обратимые

В обратимом химическом процессе в момент смешивания исходных веществ скорость прямой реакции максимальна, почему? Ну потому что максимальна концентрация исходных реагентов. Затем эти исходные вещества начинают расходоваться и превращаться во что? Правильно в продукты. Следовательно концентрация исходных веществ падает и скорость прямой реакции уменьшается. Концентрация же продуктов, напротив, увеличивается, а значит скорость обратной реакции растёт.

В любой обратимой реакции наступает такой момент времени, когда скорости прямой и обратной реакции становятся равными. При этом и прямая и обратная реакции продолжаются, но концентрация веществ не изменяются.

Так вот!

Состояние обратимого химического процесса, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, называют химическим равновесием.

Если не изменять условия (температура, давления) реакции, то равновесие обратимой реакции может сохраняться сколь угодно долго.

Но! На химическое равновесие можно повлиять (сместить его).

Сместить химическое равновесие можно путём изменения условий его протекания: повышением или понижением температуры, давления, добавлением или удалением из сферы реакции участвующих в нём веществ.

Ну и в каком направлении будет смещаться химическое равновесие, если мы применим выше перечисленные условия? В сторону прямой, аль обратной реакции? Аааа, отвечай!

А. Ле Шателье ответил)

Знакомьтесь, принцип Ле Шателье (или принцип "вредности")

Если изменить одно из условий — температуру, давление или концентрацию веществ, при которых данная система находится в состоянии химического равновесия, то равновесие сместится в направлении, которое препятствует этому изменению.

Чё?

Давайте разберём на примере реакции синтеза аммиака. Как видите эта реакция и обратимая и экзотермическая и каталитическая.

Играем с температурой

Реакция соединения водорода и азота происходит с выделением тепла, то есть экзотермическая. Естественно, что разложение аммиака (обратная реакция) будет эндотермическая.

Если в состоянии равновесия увеличить температуру реакционной смеси, то это вызовет ускорение разложения аммиака. Следовательно равновесие сместится влево. Так как реакция эндотермическая, идёт с поглощением тепла, и, следовательно система препятствует повышению температуры.

Можно запомнить частное правило: увеличение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.

Играем с давлением

Если хотя бы один из участников реакции является газом, то на состояние равновесия можно влиять давлением.

Посмотрите на реакцию синтеза аммиака (выше). Что мы имеем? 4 объёма исходных газов из которых получается 2 объёма газообразного продукта.

Если в состоянии равновесия увеличить давление в системе, то равновесие сместится вправо, при этом объём смеси уменьшится.

Можно запомнить частное правило: увеличение давления смещает равновесие в сторону той реакции, которая сопровождается уменьшением суммарного объёма газообразных веществ.

Смотрите: CO₂(г.) + C(тв.) ⇄ 2CO(г.)

Здесь в левой части уравнения только одно газообразное вещество, а в правой части два! Поэтому увлечение давления в этой равновесной системе приведёт у смещению равновесия влево.

Если и слева и справа количество моль газообразных веществ равно, как, например, тут:

то давление не оказывает влияния на состояние равновесия.

Играем с концентрацией

Допустим, что в равновесную смесь мы добавили дополнительное количество азота, т.е. увеличили его концентрацию. Тогда согласно принципу "вредности" равновесие будет смещаться таким образом, чтобы азота стало меньше. То есть будет смещаться вправо.

Но! Запомните↓

Играем с катализатором

Итоги

Зная принцип Ле Шателье мы можем увеличить выход продукта в синтезе аммиака, т.е. сместить равновесие вправо.

1. Уменьшением температуры
2. Повышением давления
3. Увлечением концентрации азота или водорода, а также уменьшением концентрации аммиака

Закрепи прочитанное на практике, ответив на вопрос (ответ пиши в коmmентах под постом с этой записью).

Как нужно изменить концентрацию веществ, температуру и давление в реакции конверсии метана, чтобы сместить равновесие вправо:

CH4(г) + H2O(г) ⇄ CO(г) + 3H2(г) - Q