двлвлвд. Лекция_равновесие (1). Лекция 5 Химическое равновесие Условия химического равновесия реакция химически обратимая
 Скачать 1 Mb.
|
Физическая химияХимическое равновесие, константа равновесия, равновесие в гетерогенных системах. Уравнение изотермы Вант-Гоффа. Принцип Ле Шателье-Брауна.Лекция 5 Химическое равновесиеУсловия химического равновесия:
Система, состояние которой отвечает этим двум условиям называется равновесной системой, а ее состав — равновесным составом. Химическое равновесие не является статическим, т.е. состоянием покоя. Бесконечно малое изменение внешних условий влечет за собой также бесконечно малое изменение состояния равновесия. Где, C(A), C(B) – равновесные концентрации исходных веществ C(D), C(C) - равновесные концентрации продуктов k1, k2 – константы скорости прямой и обратной реакций Закон действующих масс: скорость простой гомогенной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. аА+bB=dD+cC 1=k1C(A)a C(B)b 2=k2C(D)d C(C)c k1C(A)a C(B)b= k2C(D)d C(C)c При химическом равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Константа равновесия химической реакции равна отношению произведений равновесных концентраций продуктов реакции в степени их стехиометрических коэффициентов к произведению равновесных концентраций исходных веществ в степени их стехиометрических коэффициентов. При T=const k1=const k2=const =Кс Для идеальных газов Р(A), Р(B) – равновесное парциальное давление исходных веществ Р(D), Р(C) – равновесное парциальное давление продуктов CaCO3(тв)= CaO(тв)+CO2 Равновесие в гетерогенных системах Р(CaCO3)=const Р(CaO)=const =Р(СО2) Парциальное давление твердых веществ в газовой фазе очень мало и остается практически постоянным. =Р(Газа) Константа равновесия в гетерогенных системах зависит от парциального давления только газообразных веществ. аА+bB=dD +cC аА+bB=dD +cC аА+bB=dD +cC Кр- константа химического равновесия при P=const, Кс- константа химического равновесия V=const, Р(A), Р(B), Р(D), Р(C) – неравновесное (текущее) парциальное давление исходных веществ и продуктов. С(A), С(B), С(D), С(C) – неравновесное (текущие) концентрации исходных веществ и продуктов. В каком направлении пойдёт химическая реакция, если парциальное давление исходных веществ и продуктов реакции отличаются от равновесных? Вант-Гофф показал, что При T=const, V=const При T=const, P=const Назначение: расчёт энергии Гиббса (∆G) или энергии Гельмгольца (∆F) обратимый реакции для заданного состава реакционной смеси с целью и определения направления и предела реакции. Уравнения изотермы Вант-Гоффа Если Кр˃Кр’, то ∆G˂0 - реакция идет в прямом направлении. Если Кр˂Кр’, то ∆G˃0 - реакция идет в обратном направлении. Если Кр=Кр’, то ∆G=0 - равновесие. Если все реагенты взяты в стандартных состояниях, т.е. их парциальные давления равны атмосферному давлению PA’=PB’=PC’=PD’=1 а.т.м Kp’=1 lnKp’=0 Константы химического равновесия можно рассчитать если известны стандартное изменение энергии Гиббса или Гельмгольца: Состояние равновесия для обратимой реакции без вмешательства извне может длиться неограниченно долгое время. Если на такую систему оказать внешнее воздействие, например, изменить температуру, то состояние равновесия нарушится. Скорость одной из реакций станет больше по сравнению со скоростью другой. С течением времени система вновь займет равновесное состояние, но новые равновесные концентрации исходных и конечных веществ будут отличаться от первоначальных. Смещение химического равновесия Принцип Ле Шателье-Брауна Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию одного или нескольких веществ, участвующих в реакции), то это приведет к увеличению скорости той реакции, протекание которой будет уменьшать оказанное воздействие. Равновесие можно изменить тремя способами: а) изменить концентрации одного или нескольких участников, б) изменить общее давление (для системы газов), в) изменить энергию системы — например, путем изменения температуры. При увеличении концентрации исходных веществ возрастает скорость прямой реакции и равновесие смещается вправо. При уменьшении концентрации исходных веществ, наоборот, возрастает скорость обратной реакции, а химическое равновесие смещается влево. Состояние равновесия Вправо Повышение концентрации исходных веществ Влево Повышение концентрации продуктов реакции Изменение давления влияет на смещение химического равновесия только при выполнении двух условий: 1. необходимо, чтобы хоть одно из веществ, участвующих в реакции, находилось в газообразном состоянии, например: Р влияет на смещение равновесия Не влияет
Не влияет Влияет Увеличение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, протекание которой уменьшает число молекул газа в системе. Уменьшение давления, наоборот, смещает равновесие в сторону реакции, идущей с образованием большего числа молекул газа. Число молекул в системе меньше Число молекул в системе больше Изменение давления вызывает изменение объема системы, а значит, и молярных концентраций газообразных веществ. В результате скорость прямой и обратной реакций изменяется, но не в одинаковой степени. Константа равновесия в определенной точке системы для данной реакции: При увеличении давления парциальные давления всех газов будут изменяться в одинаковой степени. Поэтому Кр будет зависеть только от суммы стехиометрических коэффициентов, т.е от Δν=Σ(νi)прод – Σ(νi)исх Вспомним уравнение изотермы Вант-Гоффа: т.к. константа равновесия зависит только от температуры и природы реагирующих веществ. Если Δν>0 (увеличение продуктов), то ΔG > 0; равновесие смещается влево. Если Δν<0 (уменьшением продуктов), то ΔG<0; равновесие смещается вправо. Изменение температуры При увеличении температуры равновесие смещается в сторону протекания эндотермической реакции, а при ее уменьшении (т.е. при охлаждении системы) – в сторону протекания экзотермической реакции. (Если прямая реакция является экзотермической, то обратная обязательно будет эндотермической, и наоборот). Экзотермическая реакция Н= - 91,84 кДж Понижение температуры (отводим тепло с правой чаши) Повышение температуры (добавляем тепло на правую чашу) В эндотермической реакции – все наоборот |