Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

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

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

  • що станеться з рівноважною системою, якщо змістити 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 (vпр = vзв), спричиняє зміщення хімічної рівноваги.

Розглянемо вплив зазначених чинників на зміщення рівноваги на прикладі синтезу амоніаку з водню і азоту:

2 (г) + Ν2 (г) ⇄ 2NH3 (г), ΔН2980 = -92 кДж

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

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

Вплив температури. Реакція одержання амоніаку — екзотермічний процес. Пряма реакція відбувається з виділенням теплоти, тобто є екзотермічною. Зворотна реакція є ендотермічною.

Для збільшення виходу амоніаку, тобто зміщення рівноваги праворуч, систему реагуючих речовин необхідно охолоджувати. І навпаки, для зміщення рівноваги ліворуч, у бік термічного розкладання амоніаку, температуру в системі реагуючих речовин треба підвищувати.

Вплив тиску. Зміна тиску сприятиме зміщенню рівноваги системи, якщо реакція відбувається між газами та водночас змінюються об'єми газуватих речовин. Пряма реакція синтезу амоніаку відбувається зі зменшенням об’єму газів, тобто, тиск у замкненому реакторі також зменшується. Зворотна реакція відбувається зі збільшенням об’єму газів, а отже, з підвищенням тиску в замкненій системі. Тому за підвищення тиску рівновага зміститься в бік прямої реакції. Зворотна реакція за таких умов не відбуватиметься.

Таким чином, збільшення тиску сприяє зміщенню рівноваги системи в бік утворення менших об’ємів газів, а зменшення — у бік утворення більших об’ємів газів. Якщо в процесі оборотної реакції об’єми газів не змінюються, то зміна тиску на стан рівноваги не впливає. Наприклад, хімічна рівновага оборотної реакції Н2 + І2 ⇄ 2НІ за умови підвищення тиску не зміщується.

Закономірність впливу зовнішніх факторів на рівновагу оборотних хімічних реакцій виявив французький учений А. Л. Ле Шательє у 1884 р. і сформулював принцип зміщення рівноваги 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.

Для допитливих

Всеосяжний принцип

Принцип Ле Шательє можна застосувати для опису рівноваги не лише хімічної системи. Проілюструємо його дію таким прикладом. В економіці має існувати рівновага між загальною сумою грошей, які є в обігу, і товарами, які на ці гроші можна купити. Як зміститься рівновага в економічній системі, якщо в обігу виявиться більше грошей, що їх уряд розраховує спрямувати, скажімо, на погашення державного боргу? Рівновага між товаром і грошима зміщуватиметься в такий бік, щоб зменшити кількість грошей у громадян, а саме: ціни на товари та послуги зростуть, і тим самим буде досягнуто нової рівноваги.

Запитання та завдання

1. Як впливає на стан хімічної рівноваги зміна: а) концентрацій реагентів 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 газуватих речовин описують рівнянням 2А + В ⇄ 2С, < 0. У який бік зміститься рівновага, якщо підвищити тиск? якщо підвищити температуру?

  • а) Праворуч, ліворуч;
  • б) праворуч, праворуч;
  • в) ліворуч, праворуч;
  • г) ліворуч, ліворуч.

4. У який бік зміститься рівновага реакції

2А (тв) + В (р) ⇄ 2С (г) + D (р), > 0,

якщо підвищити тиск? якщо зменшити температуру?

  • а) Ліворуч, ліворуч;
  • б) ліворуч, праворуч;
  • в) праворуч, ліворуч;
  • г) праворуч, праворуч.

5. Як каталізатори впливають на зміщення рівноваги?

  • а) Зміщують рівновагу в бік утворення реагентів;
  • б) зміщують рівновагу в бік утворення продуктів реакції;
  • в) не впливають;
  • г) каталізатори зміщують рівновагу в бік утворення реагентів, а інгібітори — в бік утворення продуктів реакції.

6. Щоб швидкість хімічної реакції 2H2S (г) + SO2 (г) = 3S (тв) + 2Н2О (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 Н2(г) + Сl2 (г) = 2НСl (г) зі збільшенням концентрації реагентів у 5 разів зросте:

  • а) у 16 разів;
  • б) 9 разів;
  • в) 25 разів;
  • г) 36 разів?

8. Швидкість хімічної реакції 4Fe (тв) + 3О2 (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?