Опыт 3. Влияние температуры на химическое равновесие

Повышение температуры приводит к смещению химического равновесия в сторону эндотермического процесса, сопровождающегося поглощением тепла и наоборот.

Опыт 3а. Смещение равновесия в системе 2NO₂  N₂O₄ Диоксид азота существует в виде смеси бесцветного мономера NO₂ и димера N₂O₄, имеющего бурую окраску. При изменении температуры наблюдается изменение их количественного соотношения, сопровождающееся изменением окраски от бледно-желтого до бурого.

Выполнение опыта. Взять две сообщающиеся колбы, заполненные диоксидом азота NO₂, находящимся в равновесии с его димером N₂O₄. Одну колбу опустить в стакан с горячей водой, другую – в стакан с холодной водой. Наблюдать изменение цвета смеси газов в колбах. Отметить смещение равновесия в каждой колбе. Вынуть колбы из стаканов, отметить изменение окраски в этом случае. Объяснить результаты наблюдений, исходя из принципа Ле-Шателье.

Опыт 3б. Смещение равновесия при нагревании кристаллогидрата ацетата натрия

При нагревании кристаллогидрата ацетата натрия происходит дегидратация и взаимодействие ацетат-иона с водой (гидролиз):

CH₃COONa + 2Н₂О  СН₃СООН + NaOH + Н₂О

Раствор приобретает щелочную реакцию среды за счет образования сильного основания NaOH. Смещение равновесия можно проследить, пользуясь соответствующими индикаторами. Фенолфталеин, например, в щелочной среде имеет малиновую окраску, а в нейтральной и кислой – бесцветен.

Выполнение опыта. В пробирку поместить кристаллический ацетат натрия, прилить 5 – 6 капель воды и добавить 2 – 3 капли раствора фенолфталеина. Слегка нагреть пробирку, появляется малиновая окраска. Охладить раствор, окраска исчезает.

Опыт 4. Влияние реакции среды на смещение химического равновесия.

Введение в равновесную систему ионов Н+, обусловливающих кислую реакцию среды, или ОН–, обусловливающих щелочную реакцию среды, приводит к смещению равновесия за счет их нейтрализации и образования слабо диссоциирующих молекул воды.

Реакция превращения хромат- и бихромат- ионов в разных средах.

В растворах, содержащих шестивалентный хром, существует равновесие:

2

хромат-ион

(желтый)

Бихромат-ион (оранжевый)

CrO₄²⁻ + 2H⁺  Cr₂O₇²⁻ + H₂O

Изменение концентрации ионов водорода смещает это равновесие. Cмещение равновесия наблюдаем по изменению окраски: при добавлении кислоты равновесие смещается в сторону образования бихромата: желтая окраска хромат-иона переходит в оранжевую окраску, характерную для бихромат- иона. При добавлении щелочи происходит обратный процесс превращения бихромат-иона в хромат-ион с соответствующим изменением окраски.

Выполнение опыта. В пробирку поместить небольшое количество 10%-ного раствора K₂Cr₂O₇. К этому раствору по каплям добавить раствор щелочи и наблюдать изменение окраски. Когда раствор станет желтым, добавить по каплям раствор серной кислоты, наблюдать появление оранжевой окраски. После этого снова прибавить щелочи и получить желтую окраску.

При сдаче лабораторной работы ответить на следующие вопросы:

1. Какие реакции называются обратимыми?

2. Каков физический смысл константы равновесия и от каких факторов она зависит?

3. Напишите выражения констант равновесия для следующих реакций:

а) 2SO₂(г) + О₂(г)  2SO₃(г);

б) 3SiH₄(г) + 4NH₃(г)  Si₃N₄(тв) + 12H₂(г);

в) CaCO₃(тв)  CaO(тв) + CO₂(г);

г) SiCl₄(г) + 2H₂(г)  Si(тв) + 4HCl(г).

4. Сформулируйте принцип Ле-Шателье. Укажите, в каком направлении сместится равновесие в системе 3SiH₄(г) + 4NH₃(г)  Si₃N₄(тв) + 12H₂(г):

а) при повышении давления,

б) при увеличении концентрации NH₃,

в) при увеличении концентрации H₂,

г) при снижении концентрации SiH₄.

5. Укажите, в каком направлении сместится равновесие в системе H₂(г) + I₂(г) 2HI(г)

а) при повышении давления,

б) при увеличении концентрации HI,

в) при увеличении концентрации H₂,

г) при уменьшении объема.