Факторы смещения равновесия и константа
Разбор по каждому фактору: куда сместится равновесие и почему катализатор ни при чём.
3. Факторы смещения равновесия
Правило: «Где густо — оттуда течет, где пусто — туда течет».
- Увеличение концентрации реагентов (добавили вещество слева) → равновесие смещается вправо (в сторону продуктов), чтобы потратить добавленное.
- Увеличение концентрации продуктов (добавили вещество справа) → равновесие смещается влево (в сторону реагентов).
- Удаление вещества (вывод из зоны реакции) → равновесие смещается в сторону образования этого вещества.
Важно
Добавление твердых нерастворимых веществ (осадка) не
влияет на смещение равновесия, так как их концентрация (активная
поверхность)
считается постоянной (если поверхность не меняется радикально) или просто не
учитывается в
выражении константы равновесия для газов/растворов.
Например, в реакции $C_{(тв)} + CO_{2(г)} \leftrightarrows 2CO_{(г)}$
добавление
угля ($C$)
не смещает равновесие.
Для определения направления нужно знать тепловой эффект реакции:
- Экзотермическая ($+Q$): выделение тепла (горячо).
- Эндотермическая ($-Q$): поглощение тепла (холодно).
Правило:
- При нагревании ($T\uparrow$) система хочет охладиться → равновесие смещается в сторону эндотермической реакции ($-Q$).
- При охлаждении ($T\downarrow$) система хочет согреться → равновесие смещается в сторону экзотермической реакции ($+Q$).
Давление связано с объемом газов (числом моль газов).
Считаем коэффициенты перед газами слева и справа.
- Повышение давления ($P\uparrow$) (сжатие системы) → равновесие смещается в сторону меньшего объема (меньшего числа моль газов), чтобы ослабить давление.
- Понижение давления ($P\downarrow$) (расширение системы) → равновесие смещается в сторону большего объема (большего числа моль газов).
Важно
Если число моль газов слева и справа одинаково (например, $H_2 + I_2 \leftrightarrows 2HI$, 2 моль газа $\leftrightarrows$ 2 моль газа), то изменение давления не смещает равновесие.
Катализатор ускоряет как прямую, так и обратную реакцию в одинаковой степени.
Он лишь помогает системе быстрее достигнуть состояния равновесия, но не меняет соотношение продуктов и реагентов.
Вопрос 1: Влияние температуры
ПроверкаКуда сместится равновесие реакции окисления сернистого газа $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftarrows 2SO_{3(г)} + Q$ при сильном понижении температуры (охлаждении)?
Ответ: В сторону продуктов реакции (вправо).
Пояснение: Реакция экзотермическая (+Q, тепло выделяется). При охлаждении (понижении температуры) система стремится восполнить потерю тепла, поэтому равновесие смещается в сторону экзотермического процесса, то есть вправо.
Вопрос 2: Влияние давления
ПроверкаДля какой из реакций повышение давления в сосуде НЕ вызовет смещения равновесия? 1) $N_2 + O_2 \rightleftarrows 2NO$; 2) $2NO_2 \rightleftarrows N_2O_4$.
Ответ: Для первой реакции ($N_2 + O_2 \rightleftarrows 2NO$).
Пояснение: Давление влияет на смещение равновесия только тогда, когда в реакции изменяется количество молей газов. В первой реакции слева 2 моль газов и справа 2 моль (объем не меняется), поэтому давление на равновесие не влияет.
4. Константа равновесия (дополнительно)
Количественной характеристикой равновесия является константа равновесия ($K_c$).
Для реакции $aA + bB \leftrightarrows cC + dD$:
Где $[A], [B], [C], [D]$ — равновесные молярные концентрации веществ.
Константа равновесия зависит только от температуры! Она не зависит от начальных
концентраций.
Вопрос 1: Смысл константы равновесия
ПроверкаЗависит ли численное значение константы равновесия ($K$) от начальных концентраций реагирующих веществ?
Ответ: Нет, не зависит.
Пояснение: Константа химического равновесия при данной температуре — это термодинамическая константа. Она зависит исключительно от природы реагирующих веществ и температуры среды, но не зависит от начальных концентраций или давления.
Вопрос 2: Анализ значения K
ПроверкаДля реакции $A + B \rightleftarrows 2C$ константа равновесия очень мала ($K \ll 1$). Что это означает на практике для химика?
Ответ: В равновесной смеси подавляюще преобладают исходные вещества ($A$ и $B$), а продукта ($C$) образуется ничтожно мало.
Пояснение: Константа равновесия — это дробь (отношение концентраций продуктов к реагентам). Если $K$ мала, значит числитель (продукты) много меньше знаменателя (исходные). Реакция практически не идет.