Равновесие в газовой фазе и в растворах
Как принцип работает на конкретных системах: от синтеза аммиака до гидролиза.
5.1 Равновесие в газовой фазе
Реакция: $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \leftrightarrows 2SO_{3(г)} + Q$
| Воздействие | Направление смещения | Пояснение |
|---|---|---|
| Добавление $O_2$ | Вправо ($\rightarrow$) | Увеличили концентрацию реагента. |
| Удаление $SO_3$ | Вправо ($\rightarrow$) | Система стремится восполнить убыль продукта. |
| Повышение температуры | Влево ($\leftarrow$) | Реакция экзотермическая ($+Q$). Система "убегает" в $-Q$ (обратную). |
| Повышение давления | Вправо ($\rightarrow$) | Слева 3 моль газа ($2+1$), справа 2 моль. Идем к меньшему объему. |
| Введение катализатора ($V_2O_5$) | Не смещается | Катализатор не влияет на положение равновесия. |
Вопрос 1: Гетерогенное равновесие
ПроверкаКак повлияет добавление твердой соли $NaCl$ на равновесие малорастворимого осадка $AgCl_{(тв)} \rightleftarrows Ag^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}$?
Ответ: Равновесие сместится влево, количество осадка на дне увеличится.
Пояснение: Добавление $NaCl$ сильно увеличивает концентрацию хлорид-ионов ($Cl^-$) в растворе. По принципу Ле Шателье система стремится израсходовать их избыток, связывая с ионами серебра и смещая равновесие в сторону твердого осадка $AgCl$.
Вопрос 2: Многофакторное воздействие
ПроверкаДана реакция: $CO_{(г)} + 2H_{2(г)} \rightleftarrows CH_3OH_{(г)} + Q$. Выберите идеальные условия для максимального выхода продукта (метанола).
Ответ: Охлаждение (низкая $t$) и высокое давление.
Пояснение: Прямая реакция — экзотермическая (+Q), поэтому для ее смещения нужно охлаждать. Слева 3 моль газов, справа 1 моль (газов становится меньше), поэтому повышение давления сместит равновесие в сторону меньшего объема газов (вправо).
5.2 Равновесие в растворах электролитов (ионные реакции)
Важно
Для реакций в растворах важно учитывать не только добавление реагентов, но и взаимодействие ионов (связывание в осадок, газ или слабый электролит).
Пример: Роданидное равновесие
Максимальное количество воздействий на систему:
| Воздействие | Что происходит? | Смещение |
|---|---|---|
| Добавление $FeCl_3$ (или $Fe(NO_3)_3$) | Увеличивается концентрация $Fe^{3+}$ (реагента). | Вправо ($\rightarrow$) (раствор краснеет) |
| Добавление $KSCN$ | Увеличивается концентрация $SCN^-$ (реагента). | Вправо ($\rightarrow$) (раствор краснеет) |
| Добавление $NaOH$ (щёлочи) | Связывание $Fe^{3+}$ в осадок: $Fe^{3+} + 3OH^- \to
Fe(OH)_3\downarrow$. Концентрация $Fe^{3+}$ падает. |
Влево ($\leftarrow$) (раствор светлеет) |
| Добавление $AgNO_3$ | Связывание $SCN^-$ в осадок: $Ag^+ + SCN^- \to AgSCN\downarrow$. Концентрация $SCN^-$ падает. |
Влево ($\leftarrow$) (раствор светлеет) |
| Добавление твердого $KCl$ | Ионы $K^+$ и $Cl^-$ не участвуют в реакции. (Если не учитывать ионную силу). |
Не смещается |
| Разбавление водой | Концентрация всех частиц падает. Система стремится туда, где частиц
больше. Слева $1+3=4$ иона, справа 1 молекула. |
Влево ($\leftarrow$) |
Вопрос 1: Равновесие электролитов
ПроверкаКуда сместится равновесие диссоциации слабой уксусной кислоты $CH_3COOH \rightleftarrows CH_3COO^- + H^+$ при добавлении в раствор нескольких капель щелочи ($NaOH$)?
Ответ: В сторону продуктов диссоциации (вправо).
Пояснение: Щелочь содержит ионы $OH^-$, которые связывают ионы $H^+$ в прочную малодиссоциирующую молекулу воды ($H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$). Концентрация $H^+$ в растворе резко падает, и равновесие смещается вправо для его восполнения.
Вопрос 2: Уловка ЕГЭ (Инертный газ)
ПроверкаКак повлияет введение инертного газа (аргона) в закрытый стальной сосуд постоянного объема на равновесие реакции $N_2O_{4(г)} \rightleftarrows 2NO_{2(г)}$?
Ответ: Никак не повлияет (не сместит).
Пояснение: При добавлении инертного газа при постоянном объеме (V=const) парциальные давления и молярные концентрации самих реагирующих газов остаются абсолютно неизменными. Следовательно, положение равновесия не нарушается.