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.

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.

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.

Химическое равновесие

1.Определите равновесную концентрацию оксида азота (II) в реакции 2NO + Cl₂ ↔2NOCl, если константа равновесия К_с равна 2, а равновесные концентрации NOCl и Cl₂ равны 0,4 моль/л.

2.Исходные концентрации оксида углерода (II) и паров воды равны и составляют 0,03 моль/л. Вычислить равновесные концентрации СО, Н₂О и Н₂ в системе СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂, если равновесная концентрация СО₂ оказалась равной 0,01 моль/л. Вычислить константу равновесия.

3.Константа равновесия К_с процесса С + Н₂О ↔ СО + Н₂ равна 0,2. Начальные концентрации Н₂О, СО, Н₂ составили 0,4; 0,1 и 0,2 моль/л соответственно. Определите равновесные концентрации реагентов.

4.В растворе установилось равновесие: 3А + 2В ↔ С. Исходная концентрация А равна 0,1 моль/л. Равновесная концентрация С равна 0,02 моль/л. Определите количество вещества А (в процентах), не прореагировавшего к моменту установления равновесия.

5.В сосуде смешали 4,4 г СО₂ и 0,4 г Н₂. Смесь нагрели. В системе установилось равновесие: СО₂ + Н₂ ↔ СО + Н₂О. К моменту установления прореагировало 25% водорода. Определите выход (в процентах) СО.

6.При некоторой температуре равновесные концентрации в системе 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ составляли соответственно [SO₂] = 0,04 моль/л, [O₂] = 0,06 моль/л, [SO₃] = 0,02 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации оксида серы (IV) и кислорода.

7.Определить равновесную концентрацию водороды в системе 2HI ↔ H₂ + I₂, если исходная концентрация HI составляла 0,05 моль/л, а константа равновесия К = 0,02.

8.Из двух молей СО и двух молей Сl₂ образовалось при некоторой температуре 0,45 моля СОСl₂. Вычислить константу равновесия системы СО + Сl₂ ↔ СОСl₂.

9.После смешивания газов А и В в системе А(г) + В(г) ↔ С(г) + D(г) устанавливается равновесие при следующих концентрациях: [B] = 0,05 моль/л; [C] = 0,02 моль/л . Константа равновесия реакции равна 4 ∙ 10^-2. Найти исходные концентрации веществ А и В.

10.В каком направлении сместятся равновесия 2СО(г) + О₂(г) ↔ 2СО₂(г); ∆Н⁰ = -566 кДж; N₂(г) + О₂(г) ↔ 2NО(г); ∆Н⁰ = 180 кДж а) при понижении температуры?; б) при повышении давления?

11.Как повлияет на равновесие следующих реакций 2Н₂(г) + О₂(г) ↔ 2Н₂О(г) ∆Н⁰ = -483,6 кДж; СаСО₃(к) ↔ СаО(к) + СО₂(г); ∆Н⁰ = 179 кДж

12.Исходные концентрации оксида азота (II) и хлора в системе 2NO + Cl₂ ↔2NOCl составляют соответственно 0,5 моль/л и 0,2 моль/л. Вычислить константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20 % оксида азота (II).

13.В каком направлении произойдет смещение равновесия при повышении давления в системах: а) 2NO + O₂ ↔ 2NO₂; б) 4НСl + О₂ ↔ 2Н₂О + 2Сl₂; в) Н₂ + S_тв. ↔ Н₂S

14.Через некоторое время после начала реакции 2А + 3В ↔ 2С + D концентрации веществ составляли: [А] = 0,03 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [С] = 0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

15.Равновесие в системе Н₂ (газ) + I₂ (газ) ↔ 2HI(газ) установилось при концентрациях: [Н₂]_равн = 0,025 моль/л; [I₂]_равн = 0,005 моль/л и [НI]_равн = 0,09 моль/л. Определите исходные концентрации йода и водорода.

16.Константа равновесия гомогенной системы N₂ + 3Н₂ ↔ 2NH₃ при некоторой температуре равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и
0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концентрации азота.

17.Через некоторое время после начала реакции 3А + В ↔ 2С + D концентрации веществ составляли: [А] = 0,03 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [С] = 0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

18.Равновесие в системе Cl₂ (газ) + Н₂ (газ) ↔ 2HCl(газ) установилось при концентрациях:
[Н₂]_равн = 0,005 моль/л; [Сl₂]_равн = 0,01 моль/л и [НCl]_равн = 0,03 моль/л. Определите исходные концентрации хлора и водорода.

19.Константа равновесия реакции: FeO(тв) + СO(газ) ↔ Fe(тв) + СO₂(газ) при некоторой температуре равна 0,5. Найдите равновесные концентрации [СO]_равн и [СO₂]_равн, если их исходные концентрации составляли [СО]_исх = 0,05 моль/л; [CO₂]_иcx = 0,01 моль/л.

20.В системе установилось равновесие: 2СО + О₂ ↔ 2СО₂. Количества СО, О₂, СО₂ в системе равны 1, 2 и 3 моль соответственно. Определите исходные количества СО₂ и кислорода.

21.Через некоторое время после начала реакции А + 3В ↔ С + D концентрации веществ составляли: [А] = 0,003 моль/л; [В] = 0,02 моль/л; [С] = 0,009 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

22.Найдите константу равновесия реакции N₂O₄ ↔ 2NO₂, если исходная концентрация N₂O₄ составляла 0,08 моль/л, и к моменту наступления равновесия продиссоциировало 50 % N₂O₄.

23.В системе установилось равновесие: 2NО + О₂ ↔ 2NО₂. Количества NО, О₂, NО₂ в системе равны 2, 1,5 и 2,5 моль соответственно. Определите исходные количества оксида азота (II) и кислорода.

24.При состоянии равновесия в системе: N_2(г) + 3H_2(г)↔2NH_3(г) ΔH⁰ = -92,4 кДж концентрации участвующих веществ равны: [N₂] = 4 моль/л; [Н₂] = 9 моль/л; [NH₃] = 4 моль/л. Определить исходные концентрации Н₂ и N₂

Тема №9.