Условия химического равновесия. Закон действующих масс. Константы равновесия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Условия химического равновесия. Закон действующих масс. Константы равновесия

Химическое равновесие. При обратимых химических реакциях наряду с химическим взаимодействием между исходными веществами (прямая реакция) протекает химическое взаимодействие между продуктами реакции (обратная реакция), в результате которого снова образуются исходные вещества. По мере протекания процесса скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается. Когда обе скорости сравняются, наступает состояние химического равновесия - число молекул веществ, составляющих систему, перестает изменяться и остается постоянным во времени при неизменных внешних условиях. Химическим равновесием называется такое состояние обратимой химической реакции, при котором с течением времени не происходит изменения концентраций реагирующих веществ в реакционной смеси.

Критериями достижения равновесия могут служить:

- достижение равновесного состояния при подходе к нему с двух сторон, т.е. при использовании в одном случае в качестве исходных - вещества, записанные в левой части химического уравнения, а в другом - в правой;

- достижение равновесного состояния при различных исходных соотношениях концентраций реагирующих веществ.

Химическое равновесие является динамичным и подвижным - с изменением внешних условий равновесие сдвигается в сторону исходных веществ (влево) или в сторону продуктов реакции (вправо). Равновесие возвращается к исходному состоянию, если внешние условия достигают первоначальных значений. Бесконечно малое изменение внешних условий влечет за собой также бесконечно малое изменение состояния равновесия. Следовательно, химические реакции могут протекать как термодинамически равновесные процессы и к ним можно применять общие условия термодинамического равновесия.

Количественные характеристики химического равновесия в идеальных системах

Константа химического равновесия - характеристика химического равновесия, отражающая взаимосвязь между равновесными концентрациями (или парциальными давлениями) веществ, участвующих в химической реакции:

химический равновесие реакция газ

aA + bB = cC + dD

Константа равновесия может быть выражена через равновесные концентрации С_i , равновесные мольные доли компонентов Х_i,, равновесные парциальные давления компонентов Р_i (если реакция протекает в газовой фазе):

; ; (71)

Полученные уравнения представляют собой математическое выражение закона действия масс.

Для идеальных газов

P_i = C_iRT и P_i = X_iP,

где P - общее давление, поэтому K_P, K_C и K_X связаны следующим соотношением:

(72)

где .

, когда реакция идет без изменения числа молей веществ в газовой фазе.

Следует помнить, что вид выражения для константы равновесия и ее числовое значение зависят от того, в каком направлении и для каких количеств веществ написано стехиометрическое уравнение реакции. Например, для реакции:

3H₂ + N₂ = 2 NH₃ ;

3/2 Н₂ + Ѕ N₂ = NH₃ ; .

Пример 14. Константа равновесия реакции N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г) равна при 400^o C. Какое общее давление необходимо приложить к эквимолярной смеси N₂ и H₂, чтобы 10% N₂ превратилось в NH₃? Газы считать идеальными.

Решение. Давление газовой смеси (общее давление в реакционной смеси) входит в уравнение (80), показывающее взаимосвязь между константой равновесия реакции, выраженной через парциальные давления компонент и через мольные доли компонент. Поскольку по условию задачи известна величина константы равновесия , то решение можно получить, определив величину при условии, что к моменту равновесия 10% азота превратилось в аммиак. По условию задачи исходная смесь азота с водородом была эквимолярной. Примем, что количества их составляли по 1 моль. Пусть к моменту установления равновесия прореагировало а моль азота. Тогда в реакцию с ним вступило 3а моль водорода. При этом образовалось 2а моль аммиака.

N₂(г) H₂(г) NH₃(г)

Исходное количество, моль 1 1 0

Равновесное количество 1-а 1-3а 2а всего (2-2а)

Равновесная мольная доля

а=0,1 (10%)

; = =0,42

; = -2 ;

Р= 51 атм.

Общее давление составляет 51 атм.

Размещено на Allbest.ru