Обратимые реакции

Обратимыми называются реакции, в которых ни одно из исходных веществ до конца не расходуется. Обратимые реакции с определенного момента протекают в обоих направлениях – прямом и обратном:

.

В обратимых реакциях устанавливается состояние равновесия, которое выражается в равенстве скоростей прямой и обратной реакций:

Состояние равновесия характеризуется константой равновесия (К_р):

.

Индекс "р" означает равновесные концентрации веществ.

Состояние равновесия устойчиво и может сохраняться как угодно долго, пока на систему не будет оказано какое-либо внешнее воздействие:

• изменение концентрации реагирующих веществ;
• изменение газового давления;
• зменение температуры.

Нарушение состояния равновесия обратимой реакции означает, что скорости прямой и обратной реакций не равны друг другу. В зависимости от этого, равновесие обратимой реакции смещается либо в прямом , либо в обратном направлении.

Направление смещения обратимой реакции подчиняется принципу Ле Шателье: "Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо внешнее воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, чтобы ослабить оказанное воздействие".

Рассмотрим примеры смещения равновесия.
Дана система:

.

Если увеличить концентрацию одного из исходных веществ (или одновременно обоих), то скорость прямой реакции превысит скорость обратной, и равновесие сместится в прямом направлении. Другими словами, система должна понижать повышенную концентрацию исходных веществ и смещаться в сторону образования продуктов реакции.

На примере этой же реакции рассмотрим смещение равновесия при изменении давления.

При увеличения давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молей.

При уменьшении давления равновесие сдвигается в сторону возрастания числа молей газообразных веществ, т. е. в сторону увеличения давления.

Следовательно, относительно рассматриваемой реакции при увеличении давления равновесие смещается в прямом направлении, в сторону образования аммиака, при понижении давления – в обратном направлении, в сторону исходных веществ.

Фактором, который определяет направление смещения равновесия при изменении температуры, является тепловой эффект реакции. Реакция является эндотермической, если протекает с поглощением тепла. Реакция, протекающая с выделением тепла, называется экзотермической.

Реакция синтеза аммиака:

является экзотермической; реакция разложения аммиака на водород и азот – эндотермическая.

При повышении температуры усиливается эндотермическая реакция, при понижении температуры - экзотермическая реакция.

В рассматриваемой реакции при повышении температуры равновесие смещается в обратном направлении, а при понижении температуры – в прямом, в сторону образования аммиака.

 

Пример решения задачи

При состоянии равновесия в системе:

вещества имели следующие концентрации:

водород – 6 моль/дм³;

азот - 5 моль/дм³;

аммиак - 2моль/дм³.

Найти константу равновесия системы и начальные концентрации исходных веществ.

Решение

.

 

Начальная концентрация исходных веществ частично расходуется (реагирует), образуя продукты реакции.

Концентрации исходных веществ, оставшаяся к моменту установления равновесия, называется равновесной.

Отсюда:

[исх. в-во] _нач = [исх. в-во]_{прореаг.} + [исх. в-во]_{равнов.},

т. е.

[Н₂] _нач = [Н₂]_{прореаг.} + [Н₂]_равнов

[N₂] _нач = [N₂]_{прореаг.} + [N₂]_{равнов.}

Из уравнения реакции

видно, что 3 моль Н₂ приводит к образованию 2 моль NH₃.

Составим пропорцию:

 

 

Переход к теме "Теория растворов"