So lösen Sie Gleichungen mithilfe des Funktionsgraphen. Zusammenfassung: Grafische Lösung von Gleichungen. Grafische Lösung quadratischer Ungleichungen

Alle chemischen Reaktionen sind grundsätzlich reversibel.
Dies bedeutet, dass im Reaktionsgemisch sowohl die Wechselwirkung von Reagenzien als auch die Wechselwirkung von Produkten stattfindet. In diesem Sinne ist die Unterscheidung zwischen Reaktanten und Produkten bedingt. Durchflussrichtung chemische Reaktion bestimmt durch die Bedingungen seiner Umsetzung (Temperatur, Druck, Stoffkonzentration).
Viele Reaktionen haben eine Vorzugsrichtung und führen solche Reaktionen in derselben aus entgegengesetzten Richtung erforderlich extreme Bedingungen. Bei solchen Reaktionen kommt es zu einer nahezu vollständigen Umwandlung der Reaktanten in Produkte.

Beispiel. Eisen und Schwefel reagieren bei mäßigem Erhitzen miteinander zu Eisen(II)-sulfid; FeS ist unter solchen Bedingungen stabil und zerfällt praktisch nicht in Eisen und Schwefel:

Bei 200 atm und 400 °C wird der maximale NH3-Gehalt in der Reaktionsmischung erreicht, der 36 % (Volumen) entspricht. Mit einem weiteren Temperaturanstieg aufgrund des vermehrten Auftretens der Rückreaktion Volumenanteil Ammoniak in der Mischung nimmt ab.
Vorwärts- und Rückreaktionen erfolgen gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung.

Bei allen reversiblen Reaktionen nimmt die Geschwindigkeit der Hinreaktion ab und die Geschwindigkeit der Rückreaktion zu, bis beide Geschwindigkeiten gleich sind und sich ein Gleichgewicht einstellt.

Im Gleichgewichtszustand sind die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich.

DAS PRINZIP VON LE CHATELIER. VERSCHIEBUNG DES CHEMISCHEN GLEICHGEWICHTS.

Position chemisches Gleichgewicht hängt von folgenden Reaktionsparametern ab: Temperatur, Druck und Konzentration. Der Einfluss dieser Faktoren auf eine chemische Reaktion unterliegt dem Muster, das in ausgedrückt wurde Gesamtansicht 1884 vom französischen Wissenschaftler Le Chatelier. Die moderne Formulierung des Prinzips von Le Chatelier lautet wie folgt:

1. Einfluss der Temperatur. In jedem reversible Reaktion Eine der Richtungen entspricht einem exothermen Prozess, die andere einem endothermen.

2. Wirkung von Druck. In allen Reaktionen beteiligt gasförmige Stoffe, begleitet von einer Volumenänderung aufgrund einer Änderung der Stoffmenge beim Übergang von Ausgangsmaterialien Bei Produkten wird die Gleichgewichtslage durch den Druck im System beeinflusst.
Der Einfluss des Drucks auf die Gleichgewichtslage unterliegt Regeln befolgen:

So wurde beim Übergang von Ausgangsstoffen zu Produkten das Gasvolumen halbiert. Dies bedeutet, dass sich das Gleichgewicht mit zunehmendem Druck in Richtung der Bildung von NH3 verschiebt, wie die folgenden Daten für die Ammoniaksynthesereaktion bei 400 °C belegen:

3. Wirkung der Konzentration. Der Einfluss der Konzentration auf den Gleichgewichtszustand unterliegt folgenden Regeln:

Chemische Reaktionen können reversibel oder irreversibel sein.

diese. Wenn eine Reaktion A + B = C + D irreversibel ist, bedeutet dies, dass die Rückreaktion C + D = A + B nicht stattfindet.

d.h. wenn beispielsweise eine bestimmte Reaktion A + B = C + D reversibel ist, bedeutet dies, dass sowohl die Reaktion A + B → C + D (direkt) als auch die Reaktion C + D → A + B (umgekehrt) gleichzeitig ablaufen ).

Im Wesentlichen, weil Es treten sowohl direkte als auch umgekehrte Reaktionen auf; bei reversiblen Reaktionen können sowohl die Stoffe auf der linken Seite der Gleichung als auch die Stoffe auf der rechten Seite der Gleichung als Reagenzien (Ausgangsstoffe) bezeichnet werden. Dasselbe gilt auch für Produkte.

Bei jeder reversiblen Reaktion ist eine Situation möglich, in der die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich sind. Dieser Zustand wird aufgerufen Zustand des Gleichgewichts.

Im Gleichgewicht sind die Konzentrationen aller Reaktanten und aller Produkte konstant. Die Konzentrationen von Produkten und Reaktanten im Gleichgewicht werden genannt Gleichgewichtskonzentrationen.

Verschiebung des chemischen Gleichgewichts unter dem Einfluss verschiedener Faktoren

Durch äußere Einflüsse auf das System, wie z. B. Änderungen der Temperatur, des Drucks oder der Konzentration von Ausgangsstoffen oder Produkten, kann das Gleichgewicht des Systems gestört werden. Nach dem Wegfall dieses äußeren Einflusses wird sich das System jedoch nach einiger Zeit in einen neuen Gleichgewichtszustand bewegen. Einen solchen Übergang eines Systems von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen Gleichgewichtszustand nennt man Verschiebung (Verschiebung) des chemischen Gleichgewichts .

Um bestimmen zu können, wie sich das chemische Gleichgewicht unter einer bestimmten Art von Einfluss verschiebt, ist es sinnvoll, das Prinzip von Le Chatelier zu verwenden:

Wenn auf ein System im Gleichgewichtszustand Einfluss genommen wird Äußerer Einfluss, dann fällt die Richtung der Verschiebung des chemischen Gleichgewichts mit der Richtung der Reaktion zusammen, die die Wirkung des Aufpralls abschwächt.

Der Einfluss der Temperatur auf den Gleichgewichtszustand

Wenn sich die Temperatur ändert, verschiebt sich das Gleichgewicht jeder chemischen Reaktion. Dies liegt daran, dass jede Reaktion einen thermischen Effekt hat. Darüber hinaus sind die thermischen Effekte der Hin- und Rückreaktion immer genau entgegengesetzt. Diese. Wenn die Hinreaktion exotherm ist und mit einem thermischen Effekt von +Q abläuft, ist die Rückreaktion immer endotherm und hat einen thermischen Effekt von –Q.

Wenn wir also gemäß dem Prinzip von Le Chatelier die Temperatur eines Systems erhöhen, das sich im Gleichgewichtszustand befindet, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der die Temperatur sinkt, d. h. zur Seite endotherme Reaktion. Und wenn wir die Temperatur des Systems im Gleichgewichtszustand senken, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, wodurch die Temperatur ansteigt, d. h. zu einer exothermen Reaktion.

Betrachten Sie beispielsweise die folgende reversible Reaktion und geben Sie an, wohin sich ihr Gleichgewicht mit sinkender Temperatur verschiebt:

Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, ist die Hinreaktion exotherm, d. h. Durch sein Auftreten wird Wärme freigesetzt. Folglich ist die Rückreaktion endotherm, das heißt, sie erfolgt unter Wärmeaufnahme. Je nach Bedingung sinkt die Temperatur, daher verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, d.h. hin zur direkten Reaktion.

Einfluss der Konzentration auf das chemische Gleichgewicht

Eine Erhöhung der Reagenzienkonzentration nach dem Prinzip von Le Chatelier sollte zu einer Gleichgewichtsverschiebung in Richtung der Reaktion führen, wodurch die Reagenzien verbraucht werden, d. h. hin zur direkten Reaktion.

Und umgekehrt, wenn die Konzentration der Reaktanten verringert wird, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der die Reaktanten entstehen, d.h. Seite der Rückreaktion (←).

Eine Änderung der Konzentration der Reaktionsprodukte hat einen ähnlichen Effekt. Wenn die Konzentration der Produkte erhöht wird, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der die Produkte verbraucht werden, d. h. hin zur Rückreaktion (←). Wird dagegen die Konzentration der Produkte verringert, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der direkten Reaktion (→), sodass die Konzentration der Produkte zunimmt.

Einfluss des Drucks auf das chemische Gleichgewicht

Anders als Temperatur und Konzentration haben Druckänderungen keinen Einfluss auf den Gleichgewichtszustand jeder Reaktion. Damit eine Druckänderung zu einer Verschiebung des chemischen Gleichgewichts führt, beträgt die Summe der Koeffizienten für gasförmige Stoffe links und rechts die richtigen Teile Die Gleichungen müssen unterschiedlich sein.

Diese. von zwei Reaktionen:

Eine Druckänderung kann den Gleichgewichtszustand nur bei der zweiten Reaktion beeinflussen. Da die Summe der Koeffizienten vor den Formeln gasförmiger Stoffe bei der ersten Gleichung links und rechts gleich ist (gleich 2) und bei der zweiten Gleichung unterschiedlich ist (4 auf der links und 2 rechts).

Daraus folgt insbesondere, dass eine Druckänderung keinen Einfluss hat, wenn sowohl unter den Reagenzien als auch unter den Produkten keine gasförmigen Stoffe vorhanden sind Aktuellen Zustand Gleichgewicht. Beispielsweise hat der Druck keinen Einfluss auf den Gleichgewichtszustand der Reaktion:

Wenn links und rechts die Menge der gasförmigen Stoffe unterschiedlich ist, führt ein Druckanstieg zu einer Gleichgewichtsverschiebung in Richtung der Reaktion, bei der das Gasvolumen abnimmt, und ein Druckabfall führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts Gleichgewicht, wodurch das Volumen der Gase zunimmt.

Wirkung eines Katalysators auf das chemische Gleichgewicht

Da ist der Katalysator gleichermaßen beschleunigt sowohl direkt als auch Rückschlag, dann seine Anwesenheit oder Abwesenheit hat keine Wirkung zu einem Gleichgewichtszustand.

Das Einzige, was ein Katalysator beeinflussen kann, ist die Geschwindigkeit des Übergangs des Systems von einem Nichtgleichgewichtszustand in einen Gleichgewichtszustand.

Der Einfluss aller oben genannten Faktoren auf das chemische Gleichgewicht ist nachfolgend in einem Spickzettel zusammengefasst, den Sie bei der Durchführung von Gleichgewichtsaufgaben zunächst betrachten können. Es wird jedoch nicht möglich sein, es in der Prüfung zu verwenden. Nachdem Sie mehrere Beispiele mit seiner Hilfe analysiert haben, sollten Sie es lernen und üben, Gleichgewichtsprobleme zu lösen, ohne es anzusehen:

Bezeichnungen: T - Temperatur, P - Druck, Mit – Konzentration, – Steigerung, ↓ – Abnahme

Hauptartikel: Le Chatelier-Brown-Prinzip

Die Lage des chemischen Gleichgewichts hängt von folgenden Reaktionsparametern ab: Temperatur, Druck und Konzentration. Der Einfluss, den diese Faktoren auf eine chemische Reaktion haben, unterliegt einem Muster, das 1885 vom französischen Wissenschaftler Le Chatelier allgemein ausgedrückt wurde.

Einflussfaktoren auf das chemische Gleichgewicht:

1) Temperatur

Bei steigender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in Richtung der endothermen (Absorptions-)Reaktion, bei sinkender Temperatur in Richtung der exothermen (Freisetzungs-)Reaktion.

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) Druck

Mit steigendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht hin zu einem kleineren Stoffvolumen, mit sinkendem Druck hin zu einem größeren Volumen. Dieses Prinzip gilt nur für Gase, also Sofern Feststoffe an der Reaktion beteiligt sind, werden diese nicht berücksichtigt.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1mol=1mol+1mol

3) Konzentration der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte

Bei einer Erhöhung der Konzentration eines der Ausgangsstoffe verschiebt sich das chemische Gleichgewicht hin zu den Reaktionsprodukten, bei einer Erhöhung der Konzentration der Reaktionsprodukte hin zu den Ausgangsstoffen.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←

Katalysatoren haben keinen Einfluss auf die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts!

Grundlegende quantitative Merkmale des chemischen Gleichgewichts: chemische Gleichgewichtskonstante, Umwandlungsgrad, Grad der Dissoziation, Gleichgewichtsausgang. Erklären Sie die Bedeutung dieser Größen am Beispiel konkreter chemischer Reaktionen.

In der chemischen Thermodynamik setzt das Massenwirkungsgesetz die Gleichgewichtsaktivitäten der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte gemäß der Beziehung in Beziehung:

Aktivität von Stoffen. Anstelle von Aktivität können Konzentration (für eine Reaktion in einer idealen Lösung), Partialdrücke (eine Reaktion in einem Gemisch idealer Gase) und Flüchtigkeit (eine Reaktion in einem Gemisch realer Gase) verwendet werden;

Stöchiometrischer Koeffizient (negativ für Ausgangsstoffe, positiv für Produkte);

Chemische Gleichgewichtskonstante. Der Index „a“ bedeutet hier die Verwendung des Aktivitätswertes in der Formel.

Die Effizienz einer Reaktion wird üblicherweise durch Berechnung der Ausbeute des Reaktionsprodukts beurteilt (Abschnitt 5.11). Gleichzeitig kann die Effizienz der Reaktion auch beurteilt werden, indem ermittelt wird, welcher Teil des wichtigsten (meist teuersten) Stoffes in das Zielreaktionsprodukt umgewandelt wurde, beispielsweise welcher Teil von SO 2 in SO 3 umgewandelt wurde bei der Herstellung von Schwefelsäure, also finden Grad der Konvertierung Originalsubstanz.

Lassen Sie ein kurzes Diagramm der laufenden Reaktion

Dann wird der Grad der Umwandlung von Stoff A in Stoff B (A) durch die folgende Gleichung bestimmt

Wo N proreact (A) – die Menge der Substanz von Reagenz A, die unter Bildung von Produkt B reagiert hat, und N initial (A) – Anfangsmenge des Reagenzes A.

Natürlich kann der Umwandlungsgrad nicht nur durch die Menge eines Stoffes ausgedrückt werden, sondern auch durch alle dazu proportionalen Größen: Anzahl der Moleküle (Formeleinheiten), Masse, Volumen.

Wenn Reagens A in knappen Mengen entnommen wird und der Verlust an Produkt B vernachlässigt werden kann, dann ist der Umsatzgrad von Reagens A in der Regel gleich der Ausbeute an Produkt B

Eine Ausnahme bilden Reaktionen, bei denen der Ausgangsstoff offensichtlich zu mehreren Produkten verbraucht wird. So zum Beispiel in der Reaktion

Cl 2 + 2KOH = KCl + KClO + H 2 O

Chlor (Reagenz) wird zu gleichen Teilen in Kaliumchlorid und Kaliumhypochlorit umgewandelt. Bei dieser Reaktion beträgt der Umwandlungsgrad von Chlor in KClO selbst bei einer Ausbeute von 100 % 50 %.

Der Wert, den Sie kennen, ist der Grad der Protolyse (Absatz 12.4) - besonderer Fall Umwandlungsgrade:

Im Rahmen von TED werden ähnliche Größen genannt Grad der Dissoziation Säuren oder Basen (auch als Protolysegrad bezeichnet). Der Dissoziationsgrad hängt gemäß dem Ostwaldschen Verdünnungsgesetz mit der Dissoziationskonstante zusammen.

Im Rahmen derselben Theorie wird das Hydrolysegleichgewicht charakterisiert durch Hydrolysegrad (H) und die folgenden Ausdrücke werden verwendet, die sie auf die Anfangskonzentration des Stoffes beziehen ( Mit) und Dissoziationskonstanten schwacher Säuren (K HA) und schwacher Basen, die während der Hydrolyse entstehen ( K MOH):

Der erste Ausdruck gilt für die Hydrolyse eines Salzes einer schwachen Säure, der zweite für das Salz schwaches Fundament und das dritte ist ein Salz einer schwachen Säure und einer schwachen Base. Alle diese Ausdrücke können nur für verdünnte Lösungen mit einem Hydrolysegrad von nicht mehr als 0,05 (5 %) verwendet werden.

Typischerweise wird die Gleichgewichtsausbeute durch eine bekannte Gleichgewichtskonstante bestimmt, mit der sie jeweils in einem bestimmten Verhältnis in Beziehung steht.

Die Produktausbeute kann durch Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts in reversiblen Prozessen unter dem Einfluss von Faktoren wie Temperatur, Druck, Konzentration verändert werden.

Gemäß dem Prinzip von Le Chatelier steigt bei einfachen Reaktionen der Gleichgewichtsgrad der Umwandlung mit steigendem Druck, in anderen Fällen ändert sich das Volumen der Reaktionsmischung nicht und die Produktausbeute hängt nicht vom Druck ab.

Der Einfluss der Temperatur auf die Gleichgewichtsausbeute sowie auf die Gleichgewichtskonstante wird durch das Vorzeichen bestimmt thermischer Effekt Reaktionen.

Für eine vollständigere Bewertung reversibler Prozesse wird die sogenannte Ausbeute aus der Theorie (Ausbeute aus dem Gleichgewicht) verwendet, die dem Verhältnis des tatsächlich erhaltenen Produkts zu der Menge entspricht, die im Gleichgewichtszustand erhalten würde.

Chemische thermische Dissoziation

eine Reaktion der reversiblen Zersetzung einer Substanz, die durch einen Temperaturanstieg verursacht wird.

Mit Etc. werden aus einem Stoff mehrere (2H2H+ OCaO + CO) oder ein einfacherer Stoff gebildet

Gleichgewicht etc. stellt sich nach dem Massenwirkungsgesetz ein. Es

kann entweder durch eine Gleichgewichtskonstante oder durch den Grad der Dissoziation charakterisiert werden

(das Verhältnis der Anzahl der zerfallenen Moleküle zur Gesamtzahl der Moleküle). IN

In den meisten Fällen geht damit eine Wärmeaufnahme (Erhöhung etc.) einher

Enthalpie

DN>0); daher gemäß dem Le Chatelier-Brown-Prinzip

Durch Erhitzen wird es verstärkt, der Grad der Verschiebung usw. mit der Temperatur wird bestimmt

absoluter Wert von DN. Der Druck stört usw., je stärker, desto größer

Änderung (Zunahme) der Molzahl (Di) gasförmiger Stoffe

Der Grad der Dissoziation hängt nicht vom Druck ab. Wenn Feststoffe Nicht

feste Lösungen bilden und nicht in einem hochdispersen Zustand vorliegen,

dann wird der Druck usw. eindeutig durch die Temperatur bestimmt. Um T umzusetzen.

d. Feststoffe (Oxide, kristalline Hydrate usw.)

Es ist wichtig zu wissen

Temperatur, bei der der Dissoziationsdruck dem äußeren Druck entspricht (insbesondere

Luftdruck. Da kann das freigesetzte Gas überwinden

Umgebungsdruck, dann erfolgt bei Erreichen dieser Temperatur der Zersetzungsprozess

wird sofort intensiver.

Abhängigkeit des Dissoziationsgrads von der Temperatur: Der Dissoziationsgrad nimmt mit steigender Temperatur zu (steigende Temperatur führt zu einem Anstieg der kinetischen Energie gelöster Teilchen, was den Zerfall von Molekülen in Ionen fördert)

Der Umwandlungsgrad der Ausgangsstoffe und die Gleichgewichtsausbeute des Produkts. Methoden zu ihrer Berechnung bei einer bestimmten Temperatur. Welche Daten werden hierfür benötigt? Geben Sie anhand eines willkürlichen Beispiels ein Schema zur Berechnung einer dieser quantitativen Eigenschaften des chemischen Gleichgewichts an.

Der Umwandlungsgrad ist die Menge des umgesetzten Reagens dividiert durch seine ursprüngliche Menge. Für einfachste Reaktion, wobei die Konzentration am Einlass des Reaktors oder zu Beginn des periodischen Prozesses die Konzentration am Auslass des Reaktors oder der aktuelle Zeitpunkt des periodischen Prozesses ist. Für eine freiwillige Antwort, z.B. Gemäß der Definition ist die Berechnungsformel dieselbe: . Wenn in einer Reaktion mehrere Reagenzien beteiligt sind, kann beispielsweise für die Reaktion der Umsetzungsgrad für jedes dieser Reagenzien berechnet werden Die Abhängigkeit des Umwandlungsgrades von der Reaktionszeit wird durch die zeitliche Änderung der Konzentration des Reagens bestimmt. Im ersten Moment der Zeit, wenn sich nichts verändert hat, ist der Transformationsgrad Null. Wenn dann das Reagens umgewandelt wird, erhöht sich der Grad der Umwandlung. Wenn bei einer irreversiblen Reaktion nichts den vollständigen Verbrauch des Reagens verhindert, tendiert sein Wert (Abb. 1) gegen Eins (100 %). Abb. 1 Je höher der Reagenzienverbrauch ist, der durch den Wert der Geschwindigkeitskonstante bestimmt wird, desto schneller steigt der Umwandlungsgrad, wie in der Abbildung dargestellt. Wenn die Reaktion reversibel ist, tendiert der Umwandlungsgrad zu einem Gleichgewichtswert, wenn die Reaktion zum Gleichgewicht tendiert, dessen Wert vom Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion (von der Gleichgewichtskonstante) abhängt (Abb . 2). Abb. 2 Ausbeute des Zielprodukts Die Ausbeute des Produkts ist die Menge des tatsächlich erhaltenen Zielprodukts geteilt durch die Menge dieses Produkts, die erhalten worden wäre, wenn das gesamte Reagenz in dieses Produkt übergegangen wäre (bis zur maximal möglichen Menge). das resultierende Produkt). Oder (durch das Reagenz): die Menge des Reagenzes, die tatsächlich in das Zielprodukt umgewandelt wurde, geteilt durch die anfängliche Menge des Reagenzes. Für die einfachste Reaktion beträgt die Ausbeute, und wenn man bedenkt, dass für diese Reaktion , d.h. Bei der einfachsten Reaktion sind Ausbeute und Umsatzgrad gleich groß. Erfolgt die Umwandlung beispielsweise mit einer Änderung der Stoffmenge, so muss laut Definition der stöchiometrische Koeffizient in den berechneten Ausdruck einbezogen werden. Gemäß der ersten Definition ist die imaginäre Produktmenge, die aus der gesamten Anfangsmenge des Reagenzes erhalten wird, für diese Reaktion doppelt so groß wie die Anfangsmenge des Reagenzes, d.h. , Und Berechnungsformel. Gemäß der zweiten Definition wird die Menge des tatsächlich in das Zielprodukt überführten Reagens doppelt so groß sein, wie dieses Produkt gebildet wurde, d. h. , dann lautet die Berechnungsformel. Natürlich sind beide Ausdrücke gleich. Für mehr komplexe Reaktion Die Berechnungsformeln werden gemäß der Definition genauso geschrieben, die Ausgabe erfolgt in diesem Fall jedoch nicht mehr gleich der Leistung Transformationen. Für die Reaktion gilt beispielsweise: . Wenn in einer Reaktion mehrere Reagenzien vorhanden sind, kann die Ausbeute für jedes dieser Reagenzien berechnet werden. Wenn es auch mehrere Zielprodukte gibt, kann die Ausbeute für jedes Zielprodukt für jedes Reagenz berechnet werden. Wie aus der Struktur der Berechnungsformel ersichtlich ist (der Nenner enthält einen konstanten Wert), wird die Abhängigkeit der Ausbeute von der Reaktionszeit durch die Zeitabhängigkeit der Konzentration des Zielprodukts bestimmt. So zum Beispiel für die Reaktion diese Abhängigkeit sieht wie in Abb. 3 aus. Abb. 3

Der Umwandlungsgrad als quantitatives Merkmal des chemischen Gleichgewichts. Wie wird sich die Erhöhung auswirken? Gesamtdruck und Temperatur vom Umwandlungsgrad des Reagens... in einer Gasphasenreaktion: ( die Gleichung ist gegeben)? Geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort und geeignete mathematische Ausdrücke an.

Das chemische Gleichgewicht ist inhärent reversibel Reaktionen und ist nicht typisch für irreversibel chemische Reaktionen.

Bei der Durchführung eines chemischen Prozesses werden die Ausgangsreaktanten häufig vollständig in Reaktionsprodukte umgewandelt. Zum Beispiel:

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Es ist unmöglich, metallisches Kupfer zu erhalten, indem man die Reaktion in umgekehrter Richtung durchführt, weil gegeben Die Reaktion ist irreversibel. Bei solchen Prozessen werden Reaktanten vollständig in Produkte umgewandelt, d. h. die Reaktion verläuft vollständig.

Aber der Großteil sind chemische Reaktionen reversibel, d.h. wahrscheinlich parallele Reaktion in direktem und umgekehrte Richtungen. Mit anderen Worten, die Reaktanten werden nur teilweise in Produkte umgewandelt und Reaktionssystem wird sowohl aus Reaktanten als auch aus Produkten bestehen. System ein in diesem Fall ist in einem Zustand chemisches Gleichgewicht.

Bei reversiblen Prozessen findet zunächst die direkte Reaktion statt maximale Geschwindigkeit, die aufgrund einer Verringerung der Anzahl der Reagenzien allmählich abnimmt. Die Rückreaktion hingegen weist zunächst eine minimale Geschwindigkeit auf, die mit zunehmender Produktanhäufung zunimmt. Irgendwann kommt ein Moment, in dem die Geschwindigkeiten beider Reaktionen gleich werden – das System erreicht einen Gleichgewichtszustand. Wenn ein Gleichgewichtszustand eintritt, bleiben die Konzentrationen der Komponenten unverändert, die chemische Reaktion kommt jedoch nicht zum Stillstand. Das. – es handelt sich um einen dynamischen (bewegten) Zustand. Zur Verdeutlichung hier die folgende Abbildung:

Nehmen wir an, es gibt ein bestimmtes reversible chemische Reaktion:

a A + b B = c C + d D

dann, basierend auf dem Gesetz aktive Massen, schreiben wir Ausdrücke für geradeυ 1 und umkehrenυ 2 Reaktionen:

v1 = k 1 ·[A] a ·[B] b

υ2 = k 2 ·[C] c ·[D] d

Fähig chemisches Gleichgewicht, die Geschwindigkeiten der Vorwärts- und Rückreaktionen sind gleich, d. h.:

k 1 ·[A] a ·[B] b = k 2 ·[C] c ·[D] d

wir bekommen

ZU= k 1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b

Wo K =k 1 / k 2 – Gleichgewichtskonstante.

Für jeden reversibler Prozess, bei gegebenen Bedingungen k ist ein konstanter Wert. Es kommt nicht auf die Stoffkonzentrationen an, denn Wenn sich die Menge einer der Substanzen ändert, ändern sich auch die Mengen anderer Komponenten.

Wenn sich die Bedingungen eines chemischen Prozesses ändern, kann sich das Gleichgewicht verschieben.

Einflussfaktoren auf die Gleichgewichtsverschiebung:

• Änderungen der Konzentrationen von Reagenzien oder Produkten,
• Druckänderung,
• Temperaturänderung,
• Zugabe eines Katalysators zum Reaktionsmedium.

Das Prinzip von Le Chatelier

Alle die oben genannten Faktoren beeinflussen die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts, der unterliegt Das Prinzip von Le Chatelier: Ändert man eine der Bedingungen, unter denen sich das System im Gleichgewichtszustand befindet – Konzentration, Druck oder Temperatur –, dann verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung der Reaktion, die dieser Änderung entgegenwirkt. Diese. Das Gleichgewicht verschiebt sich tendenziell in eine Richtung, die zu einer Verringerung des Einflusses führt, der zu einer Verletzung des Gleichgewichtszustands geführt hat.

Betrachten wir also separat den Einfluss jedes ihrer Faktoren auf den Gleichgewichtszustand.

Beeinflussen Änderungen der Konzentrationen von Reaktanten oder Produkten Lassen Sie es uns anhand eines Beispiels zeigen Haber-Prozess:

N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)

Wenn beispielsweise Stickstoff zu einem Gleichgewichtssystem bestehend aus N 2 (g), H 2 (g) und NH 3 (g) hinzugefügt wird, dann sollte sich das Gleichgewicht in eine Richtung verschieben, die zu einer Verringerung der Menge an Stickstoff beitragen würde Wasserstoff zu seinem Originalwert, d.h. in Richtung der Bildung von zusätzlichem Ammoniak (nach rechts). Gleichzeitig wird die Menge an Wasserstoff abnehmen. Wenn dem System Wasserstoff hinzugefügt wird, verschiebt sich das Gleichgewicht ebenfalls in Richtung der Bildung einer neuen Menge Ammoniak (nach rechts). Während die Einführung von Ammoniak in das Gleichgewichtssystem gem Das Prinzip von Le Chatelier bewirkt eine Gleichgewichtsverschiebung hin zu dem für die Ausgangsstoffbildung günstigen Prozess (nach links), d.h. Die Ammoniakkonzentration soll durch die Zersetzung eines Teils davon in Stickstoff und Wasserstoff sinken.

Eine Abnahme der Konzentration einer der Komponenten verschiebt den Gleichgewichtszustand des Systems in Richtung der Bildung dieser Komponente.

Beeinflussen Druckänderungen ist sinnvoll, wenn am untersuchten Prozess gasförmige Komponenten beteiligt sind und sich die Gesamtzahl der Moleküle ändert. Wenn Gesamtzahl Moleküle bleiben im System dauerhaft, dann die Druckänderung betrifft nicht zu seiner Bilanz, zum Beispiel:

I 2(g) + H 2(g) = 2HI (g)

Wenn der Gesamtdruck eines Gleichgewichtssystems durch eine Volumenverringerung erhöht wird, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Volumenverringerung. Diese. hin zu einer Verringerung der Zahl Gas im System. Als Reaktion:

N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)

aus 4 Gasmolekülen (1 N 2 (g) und 3 H 2 (g)) entstehen 2 Gasmoleküle (2 NH 3 (g)), d.h. der Druck im System nimmt ab. Infolgedessen trägt ein Druckanstieg zur Bildung einer zusätzlichen Menge Ammoniak bei, d.h. das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung seiner Bildung (nach rechts).

Wenn die Temperatur des Systems konstant ist, führt eine Änderung des Gesamtdrucks des Systems nicht zu einer Änderung der Gleichgewichtskonstante ZU.

Temperaturänderung Das System beeinflusst nicht nur die Verschiebung seines Gleichgewichts, sondern auch die Gleichgewichtskonstante ZU. Wird einem Gleichgewichtssystem bei konstantem Druck zusätzliche Wärme zugeführt, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Wärmeaufnahme. Halten:

N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g) + 22 kcal

Wie Sie sehen, verläuft die direkte Reaktion unter Wärmeabgabe und die Rückreaktion unter Absorption. Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht dieser Reaktion in Richtung der Zersetzungsreaktion von Ammoniak (nach links), weil es erscheint und schwächt den äußeren Einfluss - einen Temperaturanstieg. Im Gegenteil führt die Abkühlung zu einer Gleichgewichtsverschiebung in Richtung Ammoniaksynthese (nach rechts), denn Die Reaktion ist exotherm und widersteht einer Abkühlung.

Somit begünstigt eine Temperaturerhöhung eine Verschiebung chemisches Gleichgewicht hin zur endothermen Reaktion und der Temperaturabfall hin zum exothermen Prozess . Gleichgewichtskonstanten Alle exothermen Prozesse nehmen mit steigender Temperatur ab und endotherme Prozesse nehmen zu.