Хімія. Поглиблений рівень. 9 клас. Бутенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 45. Хімічна рівновага. Оборотні та необоротні реакції

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

  • що таке хімічна рівновага;
  • як виражають закон діючих мас в оборотних системах;
  • від чого залежить константа хімічної рівноваги.

Необоротні хімічні реакції за даних умов (температури, концентрації реагуючих речовин, тиску) відбуваються практично до кінця, тобто до повного витрачення будь-якої з реагуючих речовин:

Zn (тв) + 2HCl (р) = ZnCl2 (р) + H2↑ (г)

Ця реакція відбувається лише в прямому напрямку, оскільки внаслідок пропускання водню крізь розчин цинк хлориду металічний цинк і хлоридна кислота не утворюються.

Оборотні хімічні реакції за даних умов одночасно відбуваються як у прямому, так і у зворотному напрямку. Прикладом оборотної реакції є взаємодія водню з газоподібним йодом за кімнатної температури в закритій посудині:

H2 (г) +I2 (г) ⇄ 2HI (г)

Але якщо закриту посудину заповнити газоподібним гідроген йодидом, то незабаром у ньому з'явиться фіолетова пара I2. Це є свідченням оборотної реакції:

2HI (г) → І2 (г) + H2 (г)

Записуючи рівняння оборотних реакцій, знак рівності замінюють стрілками, що направлені в протилежних напрямках:

Н2 (г) + І2 (г) ⇄ 2НІ (г),

і, як правило, указують агрегатний стан речовини.

У разі оборотних реакцій швидкість прямої реакції спочатку перевищує швидкість оборотної реакції:

Vпр = kпр · C(H2) · C(I2)

Однак із часом швидкість прямої реакції зменшується, а зворотної — збільшується:

Vзв = kзвC2(HI)

Стан системи реагуючих речовин, за якого швидкості прямої та зворотної реакції стають однаковими, називають станом хімічної рівноваги:

kпрC(Н2) · С(I2) = kзвC2(HI)

Демонстраційний дослід

Визначення оборотності хімічних реакцій

У чотири пробірки вносять по 5-10 крапель розведених розчинів ферум(ІІІ) хлориду FeCl3 і калій тіоціанату KNCS або амоній тіоціанату NH4NCS. Перемішують розчини скляною паличкою. Усі пробірки ставлять у штатив. Одну з пробірок з розчином зберігають як контрольну, для порівняння.

У розчині відбувається оборотна реакція:

Унаслідок утворення ферум(ІІІ) тіоціанату розчин набуває червоного забарвлення.

В одну із пробірок мікрошпателем додають маленький кришталик ферум(ІІІ) хлориду, у другу — кришталик калій тіоціанату, а в третю — декілька кришталиків (2-3 мікрошпателі) калій хлориду. Порівняно з першою пробіркою інтенсивність забарвлення розчину в другій та третій пробірках зростає, а в четвертій слабшає.

У зв'язку із цим зрозуміло, у якому напрямку зміщується рівновага досліджуваної реакції і як змінюється концентрація Fe(NCS)3 у 2, 3 і 4-й пробірках порівняно з його концентрацією в першій (контрольній) пробірці в разі додавання: а) ферум(ІІІ) хлориду; б) калій тіоціанату; в) калій хлориду.

Хімічна рівновага — це рівновага динамічна, оскільки в цьому стані реакція не припиняється, але співвідношення концентрацій реагуючих речовин залишається незмінним, тобто постійним. Тоді на основі рівності швидкостей прямої та зворотної реакцій можна записати:

де Кс — константа хімічної рівноваги, виражена через рівноважні концентрації реагуючих речовин (учасників реакції).

Рівноважні концентрації часто позначають у вигляді формул речовин, поміщених у квадратні дужки:

Одержане рівняння являє собою математичний вираз закону діючих мас відповідно до оборотних систем. Воно означає, що за умови встановлення рівноваги відношення добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентрацій вихідних речовин є величиною постійною. Ця величина залежить від температури та природи реагуючих речовин і не залежить від їхніх концентрацій.

А як впливають на хімічну рівновагу каталізатори — речовини, що змінюють швидкість хімічної реакції? Каталізатори не зміщують хімічну рівновагу, тому що вони однаково впливають на швидкість як прямої, так і зворотної реакції. За наявності каталізатора хімічна рівновага встановлюється швидше.

Основні поняття. Хімічна рівновага. Константа хімічної рівноваги.

Запитання та завдання

  • 1. Які хімічні реакції називають оборотними, а які — необоротними? Наведіть приклади.
  • 2. Який стан системи реагуючих речовин називають хімічною рівновагою?
  • 3. Що таке константа хімічної рівноваги? Як її позначають? Від яких факторів вона залежить?
  • 4. Як каталізатор впливає на стан хімічної рівноваги?
  • 5. Вихідна концентрація амоніаку становила 2 моль/л, а кисню — 2,5 моль/л. Через 30 хв за певної температури реакції:

4NH3 (г) + 5O2 (г) = 4NO (г) + 6H2O (г)

концентрація амоніаку зменшилася до 1,28 моль/л. Обчисліть швидкість і константу швидкості цієї реакції за законом діючих мас.

  • 6. Вихідна концентрація нітроген(ІІ) оксиду становила 9,6 моль/л, а водню — 9,8 моль/л. Через 36 хв за певної температури реакції:

2NO (г) + 2H2 (г) = N2 (г) + 2H2O (г)

концентрація нітроген(ІІ) оксиду зменшилася до 4,8 моль/л. Обчисліть швидкість і константу швидкості цієї реакції за законом діючих мас.



Підтримати сайт і наші Збройні Сили можна за посиланням на Buy Me a Coffee.