Смещение химического равновесия

Химическое равновесие устанавливается при определенном значении трех параметров:

• Концентрации реагирующих веществ;

• Температуры;

• Давления (для газов).

Изменение одного из этих параметров определяет характер внешнего воздействия на систему и приводит к смещению равновесия. Равновесие смещается в право или влево и зависит от того, равновесные концентрации, каких веществ увеличились – продуктов реакции или исходных веществ.

Направления смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье, согласно которому, если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе возникает противодействие, то есть ускоряется реакция, которая уменьшает внешнее воздействие, и равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

Влияние изменений условий на положение химического равновесия:

Изменение условий реакции системы, находящейся в химическом равновесии		Изменение скоростей прямой и обратной реакции	Направления смещения равновесия
Температура	повышается	Возрастает скорость эндотермической реакции	В сторону эндотермической реакции: (H>0, Q< 0);
	понижается	Понижается скорость эндотермической реакции	В сторону экзотермической реакции: (H < 0, Q> 0 );
Давление	повышается	Возрастает скорость реакции, протекающей с уменьшением объема	В сторону уменьшения объема системы, т.е в сторону образования меньшего числа газов.
	понижается	Понижается скорость реакции, протекающей с уменьшением объема	В сторону увеличения объема системы, т.е в сторону образования большего числа газов
Концентрация	повышается	Возрастает скорость реакции, по которой водимое вещество расходуется	В сторону реакции, по которой водимое вещество расходуется
	понижается	Возрастает скорость реакции, протекающей с образованием вещества, концентрация которого понижается	В сторону образования вещества, концентрация которого уменьшается
Введение катализатора		Скорость прямой и обратной реакций изменяются одинаково	Равновесие не смещается

Пример 1. Смесь, состоящую из 5,00 х 10^-3 моля Н₂ и 1,00 х 10^-2 моля I₂, поместили в сосуд объемом 5 литров при температуре 448 °С и выждали, пока не установилось равновесие. Анализ равновесной смеси показал, что концентрация HI составляет 1,87 х 10^-3 М. Вычислите константу равновесия при 448 °С для реакции

H₂(г.) + I₂(г.) ⁼ 2HI (г.).

Решение. Вычислим начальные концентрации Н₂ и I₂:

[Н₂] = 5,00 х 10^-3 моля: 5,00 л = 1,00 х 10^-3 М;

[I₂] = l,00 x 10^-3 моля: 5,00 л = 2,00 х 10^-3 М.

По начальным и равновесным концентрациям можно вычислить равновесные концентрации водорода и йода. В ходе реакции концентрация HI изменилась от 0 до 1,87 х 10^-3 М. Согласно уравнению, из каждого моля H₂ образуется 2 моля HI. Следовательно, израсходованное количество Н₂:

1 моль Н₂ 2 моля HI

х моль Н₂ 1,87 x 10³ моля HI

х = 1,87 x 10^-3 : 2 = 0,935 x 10^-3 моль/л Н₂.

Равновесная концентрация равна разности между его начальной концентрацией и израсходованным количеством.

[Н₂] = 1,00 х 10^-3 – 0,935 х 10^-3= 0,065 х 10^–3 М.

На основании аналогичных рассуждений найдем равновесную концентрацию I₂:

[I₂] = 2,00 х 10^-3 - 0,935 х 10^-3 = 0,065 х 10^-3 М.

При вычислении удобнее составлять таблицу.

	Н2	I2	2HI
Исходные концентрации	1,00 х 10-3 М	2,00 x 10-3 М	0 М
Изменение концентрации	-0,935 х 10-3 М	-0,935 х 10-3М	1,87 х 10-3 М
Равновесная концентрация	0,065 x 10-3 М	1,065 x 10-3 М	1,87 х 10-3 М

К_с = [НI]²/[Н₂][I₂] = (1,67·10^-3)² / (0,065)·10^-3·1,065·10^-3 =50,5. Ответ: константа равновесия при 448 °С равна 50,5.

Пример 2. В сосуде объемом 1 л находится 0,5 моля HI при 448 °С. Значение константы равновесия К_c реакции Н₂(газ) + I₂(газ) = 2HI (газ) при данной температуре 50,5. Каковы концентрации водорода, йода и йодистого водорода при равновесных условиях?

Решение. Составим таблицу.

	Н2	I2	2HI
Исходные концентрации, М	0	0	0,5
Изменение концентрации, М	х/2	х/2	-x
Равновесная концентрация, М	х/2	х/2	(0,5 - х)

Подставим равновесные концентрации в выражение для константы равновесия

К_с = [HI]²/[H₂][I₂] =(0,5 - х)² / х/2 · х/2 = 50,5.

После проведенных преобразований получим:

(0,5 - х) : х/2 = √50,5 = 7,11;

найдем х : 0,5-х = х/2·7,11 ; 0,5-х = 3,56х; 0,5 = х + 3,56х =

= 4,56х; х = 0,5 : 4,56 = 0,11.

Таким образом, равновесная концентрация [H₂] = х/2 = = 0,11 М : 2= = 0,055 М.