Хімія. Поглиблений рівень. 9 клас. Бутенко

§ 46. Вплив різних чинників на стан хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• що станеться з рівноважною системою, якщо зрушити її рівновагу;
• як, знаючи вплив різних чинників на перебіг оборотної реакції, збільшити її швидкість у потрібному напрямку.

Зміна умов (температури, концентрації, тиску), за яких система перебуває в стані хімічної рівноваги (V_пр = V_зв), спричиняє порушення стану хімічної рівноваги.

Розглянемо вплив зазначених чинників на процес зміщення хімічної рівноваги під час реакції утворення амоніаку внаслідок взаємодії водню з азотом:

3Н₂(г) + N₂(г) ⇄ 2NH₃(г), ΔΗ⁰₂₉₈ = -92 кДж

Вплив концентрації. Зі збільшенням у рівноважній системі концентрації вихідних речовин, у цьому випадку водню й азоту, збільшується швидкість прямої реакції, тому рівновага зміщується вправо, тобто в напрямку утворення амоніаку. У тому самому напрямку зміщується рівновага і в разі зменшення концентрації амоніаку.

Зі зменшенням у рівноважній системі концентрації водню або азоту або зі збільшенням концентрації амоніаку прискорюється зворотна реакція, тобто рівновага зміщується вліво.

Вплив температури. Термохімічне рівняння реакції утворення амоніаку свідчить, що в прямому напрямку вона відбувається з виділенням тепла, тобто є екзотермічною. Зворотна реакція в такому разі буде ендотермічною.

Для збільшення виходу амоніаку, тобто зміщення рівноваги вправо, а отже, у напрямку утворення амоніаку, систему реагуючих речовин необхідно охолоджувати. І навпаки, для зміщення рівноваги вліво, у бік термічного розкладання амоніаку, температуру в системі реагуючих речовин треба підвищувати.

Вплив тиску. Тиск впливає на зміщення хімічної рівноваги в системі реагуючих речовин якщо хоча б один із вихідних реагентів або продуктів реакції є газоподібною речовиною. Коли всі речовини, як вихідні, так і кінцеві, є газами, зміна тиску впливає на рівновагу системи, оскільки є різниця між об'ємами речовин, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції.

У нашому випадку в реакцію вступають чотири умовні об'єми речовин — один об'єм азоту та три об'єми водню, а утворюються лише два умовні об'єми амоніаку, згідно з коефіцієнтами в рівнянні реакції. Отже, пряма реакція відбувається зі зменшенням об'єму, а зворотна — зі збільшенням, тобто за стандартних умов:

Таким чином, підвищення тиску в замкненій реакційній системі спричиняє прискорення прямої реакції: рівновага зміщується зліва направо, тобто в бік утворення амоніаку, і навпаки.

Аналізуючи закономірність впливу зміни зовнішніх умов на перебіг оборотних хімічних реакцій, французький учений А. Л. Ле Шательє у 1884 р. сформулював принцип зміщення рівно ва ги хімічних процесів:

якщо на систему реагуючих речовин, що перебуває в стані хімічної рівноваги, впливати ззовні, то рівновага зміщується в тому напрямку, що послаблює ефект зовнішнього впливу.

Основні поняття. Принцип Ле Шательє.

Анрі Луї Ле Шательє (1850-1936)

Французький фізико-хімік. У 1884 р. Ле Шательє сформулював загальний принцип зміщення хімічної рівноваги, який тепер називають його ім'ям. У 1907 р. став членом Паризької академії наук. Найвидатніші його роботи присвячені дослідженню впливу тиску й температури на зміщення хімічної рівноваги.

Запитання та завдання

• 1. Як впливає на стан хімічної рівноваги зміна: а) концентрацій вихідних речовин і продуктів реакції; б) температури процесу та тиску в системі реагуючих речовин?
• 2. У чому полягає суть принципу Ле Шательє? Як його формулюють?
• 3. Гомогенну реакцію за участі газоподібних речовин можна описати рівнянням 2А + B ⇄ 2C + ΔH. У який бік зміститься рівновага, якщо тиск підвищити; температуру підвищити?

а) Вправо, вліво;

б) вправо, вправо;

в) вліво, вправо;

г) вліво, вліво.

• 4. У який бік зміститься рівновага реакції

2A (тв) + B (р) ⇄ 2C (г) + D (р) + ΔΗ,

якщо тиск підвищити; температуру знизити?

а) Вліво, вліво;

б) вліво, вправо;

в) вправо, вліво;

г) вправо, вправо.

• 5. Як каталізатори впливають на зміщення рівноваги?

а) Впливають, проте слабко;

б) збільшують вихід продукту реакції;

в) не впливають;

г) позитивні каталізатори зміщують рівновагу вправо, а негативні (інгібітори) — вліво.

• 6. Щоб швидкість хімічної реакції 2H₂S (г) + SO₂ (г) = 3S (тв) + 2H₂O (р) зросла в 4 рази, концентрацію гідроген сульфіду треба збільшити:

а) у 4 рази;

б) 6 разів;

в) 2 рази;

г) 3 рази?

• *7. Швидкість хімічної реакції H₂ (г) + Cl₂ (г) = 2HCl (г) зі збільшенням концентрації вихідних речовин у 5 разів зросте:

а) у 16 разів;

б) 9 разів;

в) 25 разів;

г) 36 разів?

• *8. Швидкість хімічної реакції 4Fe (тв) + 3O₂ (г) = 2Fe₂O₃ (тв) зі збільшенням тиску в системі в 6 разів зросте:

а) у 118 разів;

б) 169 разів;

в) 240 разів;

г) 216 разів?