Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие.

– Необратимые реакции идут до конца, до полного израсходования одного из реагирующих веществ, только в одном направлении.

– Обратимые реакции идут как в прямом, так и в обратном направлениях, не до конца, и ни одно из реагирующих веществ не расходуется полностью.

Пример необратимой реакции:

           Zn + H₂SO_4(р) = ZnSO₄ + H₂

Пример обратимой реакции:

            Н_2(г) + I_2(г) Û 2НI_(г)

Одновременно идут и прямая и обратная реакции, значит, в реакционном сосуде присутствуют все реагирующие вещества. В определенный момент установится равновесие между водородом, кислородом и парами воды.

В состоянии химического равновесия  скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Количественной характеристикой химического равновесия служит константа химического равновесия К_р, равная отношению констант прямой и обратной реакций, так, для реакции:

aA + bB + Û dD + eE

скорости прямой и обратной реакций можно записать как:

u_пр = k₁[A]^a [B]^b ;

u_обр = k₂[D]^d [E]^e.

Тогда константа химического равновесия будет равна:

К_р= k₁ / k₂ = [D]^d [E]^e / [A]^a [B]^b

Пример.             Для реакцииH_2(г) + I_2(г)Û 2HI_(г)   в соответствии с законом действия масс выражения скоростей прямой и обратной реакций можно записать как:

      u_пр = k₁[H₂] [I₂];

       u_обр = k₂[HI]² .

Константа химического равновесия будет равна:

      К_р= k₁ / k₂ = [HI]²/ [ H₂] [I₂].

Для гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газообразном состоянии или в виде разбавленных растворов. Например, для реакции

   СО_2(г) + С_(к) = 2СО_(г)

константа равновесия имеет вид

    К_р = [CO]²/[CO₂].

 

Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет это воздействие.

1. Влияние концентрации на смещение равновесия:

При увеличении концентрации одного из реагирующих веществ равновесие смещается в сторону расхода этого вещества, при уменьшении концентрации какого-либо из веществ равновесие смещается в сторону его образования.

     Например:

      H_2(г) + I_2(г)Û 2HI_(г) 

Если увеличить концентрации водорода или йода равновесие сместится вправо – в направлении течения прямой реакции.

Если же увеличить концентрацию HI или уменьшить концентрации H₂ или I₂ - то равновесие смесится влево, в направлении течения обратной реакции.

2.Влияние давления на смещение равновесия

Повышение давления смещает химическое равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением объема. При понижении давления наоборот, равновесие смещается в сторону реакции, идущей с увеличением объема системы.
Так, для равновесной системы

N₂O_4(г)  Û 2 NO_2(г)

1 объем (V) 2 объема (V)

При повышении давления равновесие сместится влево, в сторону реакции, идущей с уменьшением объема, т.е в сторону образования N₂O₄.

В том случае, когда реакция протекает без изменения объема системы, изменение давления не вызывает смещения химического равновесия:

H_2 (г) + I_2 (г)Û 2HI _(г)

                                                     1V   1V 2V

равновесие не нарушается при изменении объема системы или при изменении давления.

 

Смещение равновесия при изменении температуры.

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической, а при понижении – в сторону экзотермической реакции.

Так, синтез аммиака является экзотермической реакцией (Δ H⁰ < 0)

          3 H_{2 (г)} + N_2 (г) = 2 NH_{3 (г)}; Δ H⁰ = - 92, 4 кДж

Поэтому при повышении температуры равновесие в данной системе сдвигается влево – в сторону обратной реакции разложения аммиака, так как обратная реакция идет с поглощением теплоты.

Реакция синтеза оксида азота (II) является эндотермическим процессом (Δ H⁰ > 0)

           N_2(г) + O_2(г) = 2 NO_(г);       Δ H⁰ = 180, 5 кДж

Поэтому при повышении температуры равновесие в этой системе смещается вправо – в сторону прямой реакции образования NO.

 

Лекция № 4.

 Растворы

Раствором называется твердая или гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов. Раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т.е. среды, в которой равномерно распределены молекулы или ионы растворенных веществ. Растворителем обычно бывает вещество, агрегатное состояние которого не меняется при образовании раствора или вещество, которого в растворе больше.

• Насыщенный раствор образуется, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации.

• Ненасыщенные растворы содержат при данной температуре меньше растворенного вещества, чем насыщенный раствор. При этом растворы с низким содержанием растворенного вещества называются разбавленными, с высоким - концентрированными. Растворимость большинства веществ с повышением температуры уменьшается, поэтому при охлаждении насыщенных растворов растворенное вещество должно выделяться. Но, если охлаждать раствор осторожно и медленно, избегая выделения из насыщенного раствора вещества, то получится пересыщенный раствор. Пересыщенные растворы содержат гораздо больше растворенного вещества, чем насыщенные.

 

Химическая теория растворов Д.И.Менделеева

  В жидких растворах частицы растворенного вещества связаны с окружающими их частицами растворителя. Эти комплексы называются сольватами (solvere-растворять), а для водных растворов – гидратами. Д.И.Менделеев считал, что растворение – не только физический, но и химический процесс, т.к. процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла и при этом образуются химические соединения растворенного вещества с водой. Большинство кристаллических веществ растворяются с поглощением теплоты. Тепло выделяется при растворении в воде NaOH, K₂CO₃, CuSO₄, некоторых жидкостей и всех газов.

Изменение энтальпии при растворении одного моля вещества называется энтальпией растворения этого вещества.

При растворении резко возрастает энтропия системы, изменение энергии Гиббса отрицательно, поэтому процесс протекает самопроизвольно.

Часто при выделении растворенного вещества из раствора образуются кристаллогидраты – кристаллические вещества, в состав которых входит вода (кристаллизационная). Кристаллогидратами являются: CuSO₄*5H₂O, Na₂SO₄* 10H₂O, AlCl₃*6H₂O.

Тепловые эффекты при растворении

В процессе растворения происходит:

1). Разрушение кристаллической решетки растворяемого вещества, т.к. на разрыв химической связи затрачивается энергия, то этот процесс является эндотермическим, Δ H₁> 0.

2). Разрыв связи между молекулами растворителя – процесс эндотермический, Δ H₂> 0.

3). Сольватация, т.е. взаимодействие молекул растворителя и растворенного вещества, процесс экзотермический, т.к. при укрупнении частиц энергия выделяется, Δ H₃< 0.

4). Диффузия растворенного вещества в растворе, процесс эндотермический, т.к. перенос масс требует затрат энергии извне, Δ H₄> 0.

Тепловой эффект растворения складывается из тепловых эффектов отдельных стадий:

Δ H_раств.= Δ H₁ + Δ H₂ + Δ H₃ + Δ H₄.

Тепловой эффект растворения зависит в основном от значений Δ H₁  и Δ H₃, т.к. Δ H₂  и Δ H₄  незначительны по величине.

Растворимость

Растворимостью называется способность одного вещества образовывать однородную гомогенную систему с другим веществом. Мерой растворимости при данных условиях служит содержание его в насыщенном растворе. Растворимость – процесс обратимый, обратный процессу растворения процесс называется кристаллизацией.

Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества – вещество считается хорошо растворимым, если растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым, если менее 0, 01 г вещества – практически нерастворимым.

 Растворимость вещества зависит как от его природы, так и от природы растворителя. В зависимости от природы вещества возможны следующие случаи: неограниченная растворимость ( вода-спирт, жидкие K-Rb, KCl-KBr), ограниченная растворимость (вода-эфир, жидкие Pb-Zn, LiCl-KCl), нерастворимость (вода-керосин).

 Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от температуры и не зависит от давления. Растворимость жидкостей в жидкостях чаще увеличивается с повышением температуры и не зависит от давления.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: