По какому признаку реакции подразделяются на простые и слож- ные, гомогенные и гетерогенные?
Какие реакции называются сложными? Какая стадия сложной ре- акции является лимитирующей?
Перечислите факторы, от которых зависит скорость реакции.
Как формулируется и как записывается в математическом виде правило Вант-Гоффа?
Какая энергия называется энергией активации? Как она влияет на скорость химической реакции? Зависит ли она от температуры?
Каков физический смысл предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса? От чего он зависит и не зависит?
В
Кинетическое уравнение реакции имеет вид V = k·CA·C 0 . Как из- менится скорость при увеличении концентраций А и В в 2 раза? Как при этом изменится константа скорости?
Работа 9. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Многие химические реакции при одной и той же температуре в за- висимости от соотношения реагентов могут самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Такие реакции называются обратимыми. В обратимых реакциях существует общий предел и пря- мой и обратной реакции, который называется состоянием химического равновесия.
В химической термодинамике состояние равновесия определяется как такое состояние, при котором реагирующая система характеризует- ся нулевым значением энергии Гиббса: GT = 0. Но переход системы в состояние химического равновесия не означает прекращения реакции, а свидетельствует лишь о том, что перестают изменяться концентрации реагирующих веществ и продуктов.
В химической кинетике состоянием химического равновесия назы- вается такое состояние, при котором скорость прямой реакции стано- вится равной скорости обратной. В состоянии равновесия сколько мо- лекул (или других частиц) продукта реакции в единицу времени образу- ется, столько их и разлагается, т.е. химическое равновесие является ди- намическим, или подвижным. Таким образом, в состоянии химического равновесия концентрации всех веществ (реагентов и продуктов) явля- ются постоянными и не изменяются до тех пор, пока не изменятся внешние условия проведения реакции.
Концентрации реагентов (исходных веществ) и продуктов в со- стоянии химического равновесия называются равновесными.
Признаки химического равновесия следующие: 1) cостояние сис- темы не зависит от того, с какой стороны она подходит к равновесию – со стороны исходных веществ или со стороны продуктов реакции;
состояние системы остается неизменным при отсутствии внешних воздействий; 3) оно изменяется при изменении внешних условий, сколь бы малы они ни были.
Частное от деления произведения равновесных концентраций в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, продуктов реак- ции на произведение равновесных концентраций исходных веществ в соответствующих степенях является величиной постоянной при данной температуре и давлении (закон действующих масс для химическоого равновесия). Эта величина называется константой равновесия и обозна- чается символом К.
Для уравнения реакции в общем виде:
аА + вВ 4 сС + dD
константа равновесия записывается так:
К С
[ C ] c
[ A ] a
[ D ] d
[ B ] b ,
где [A], [B], [C], [D] – равновесные концентрации веществ А, В, С, D; а, в, с, d – показатели степени, в которые возводятся концентрации ве- ществ и которые численно равны коэффициентам перед формулами ве- ществ в уравнении реакции.
Данное математическое уравнение является выражением закона действующих масс для химического равновесия.
Например, константа равновесия для обратимой реакции синтеза аммиака записывается так:
[ NH ]2
N2 + 3H2 4 2NH3 К =
3 ,
3
[ N 2 ] [H 2 ]
а константа равновесия для обратимой реакции конверсии водяного па- ра имеет такое выражение:
СО + Н О 4 СО + Н
К [CO 2 ] [H 2 ] .
Константа равновесия определяет полноту протекания реакции к моменту достижения равновесного состояния: чем больше значение константы равновесия, тем в большей степени в равновесной реакцион- ной смеси преобладают продукты реакции, тем больше их выход.
При изменении условий, в которых находится система (температу- ры, давления, концентрации), химическое равновесие нарушается. Через некоторое время в системе устанавливается новое химическое равнове- сие, соответствующее новым условиям. Переход из одного равновесно- го состояния в другое называется сдвигом или смещением равновесия.
Направление смещения равновесия в результате изменения внеш- них условий определяется принципом Ле Шателье: если находящаяся в равновесии система подвергается внешнему воздействию, равновесие смещается в том направлении, которое способствует ослаблению этого воздействия.
Рассмотрим, как влияет на направление смещения равновесия по- вышение или понижение давления, температуры и концентрации ве- ществ, участвующих в реакции.
Давление. Давление влияет на равновесие обратимых реакций с участием газообразных веществ. При повышении давления равновесие смещается в направлении образования веществ с меньшим объемом; при понижении давления равновесие смещается в направлении образо- вания веществ с большим объемом. Например, в реакции синтеза ам- миака
N2 + 3H2 4 2NH3
объем продукта в два раза меньше объема реагентов. Поэтому равнове- сие этого обратимого процесса при увеличении давления смещается в сторону образования NH3, а при уменьшении давления – в сторону его разложения.
Температура. При повышении температуры химическое равнове- сие смещается в направлении эндотермической реакции, а при пониже- нии температуры – в направлении экзотермической реакции. Например, та же реакция синтеза аммиака является экзотермической. Поэтому при повышении температуры её равновесие смещается в левую сторону (ам- миак разлагается), а при понижении – направо (аммиак образуется).
Концентрация. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие смещается в направлении образования продуктов реакции; при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие смещается в направлении образования реагентов.
В качестве примера рассмотрим контактный метод получения сер- ной кислоты:
2SO2 + O2 4 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4,
в котором желательно возможно более полное превращение оксида се- ры (IV) в оксид серы SO3 (VI) в первой (обратимой) реакции. Для уве- личения выхода SO3 можно увеличить концентрацию SO2 в исходной реакционной смеси. Однако это нерентабельно и экологически вредно, так как избыток SO2 будет выбрасываться в атмосферу. Поэтому реак- цию проводят при избытке воздуха, обогащенного кислородом. В ре- зультате достигается смещение равновесия вправо, то есть более полное превращение SO2 в SO3.
В ионообменных реакциях между растворенными веществами рав- новесие смещается в сторону образования осадков, газов или слабых электролитов. Если такие вещества находятся в обеих частях уравнения реакции, то вопрос о смещении равновесия решается расчетом констан- ты равновесия.
Достарыңызбен бөлісу: | 
