Der Gleichgewichtszustand ist charakteristisch für reversible chemische Reaktionen.

• Eine reversible Reaktion ist eine chemische Reaktion, die unter gleichen Bedingungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ablaufen kann.
• Irreversibel ist eine Reaktion, die fast bis zum Ende in eine Richtung geht. Die Bedingungen für die Irreversibilität der Reaktion sind die Bildung eines Niederschlags, eines Gases oder eines schwachen Elektrolyten. Zum Beispiel: BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HClK 2 S + 2HCl = 2KCl + H 2 SHCl + NaOH = NaCl + H 2 O.

• Chemisches Gleichgewicht- der Zustand des Systems, in dem die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist.

Die Konzentrationen aller Stoffe im Gleichgewichtszustand (Gleichgewichtskonzentrationen) sind konstant. Das chemische Gleichgewicht hat einen dynamischen Charakter. Das bedeutet, dass sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion nicht im Gleichgewicht stehen bleiben. Die Verschiebung des Gleichgewichts in die gewünschte Richtung wird durch Änderung der Reaktionsbedingungen erreicht.

Das Prinzip von Le Chatelier- Eine äußere Einwirkung auf ein im Gleichgewicht befindliches System führt zu einer Verschiebung dieses Gleichgewichts in die Richtung, in der die Wirkung der erzeugten Einwirkung abgeschwächt wird.

>> Chemie: Reversible und irreversible Reaktionen

CO2 + H2O = H2CO3

Die entstandene Säurelösung in einem Stativ stehen lassen. Nach einer Weile werden wir sehen, dass die Lösung wieder lila geworden ist, da sich die Säure in ihre ursprünglichen Substanzen zersetzt hat.

Dieser Vorgang kann viel schneller durchgeführt werden, wenn ein Drittel eine Lösung von Kohlensäure ist. Folglich verläuft die Reaktion zur Gewinnung von Kohlensäure sowohl in der Vorwärts- als auch in der Gegenrichtung, dh sie ist reversibel. Die Reversibilität einer Reaktion wird durch zwei entgegengesetzt gerichtete Pfeile angezeigt:

Unter den reversiblen Reaktionen, die der Herstellung der wichtigsten chemischen Produkte zugrunde liegen, nennen wir als Beispiel die Reaktion der Synthese (Compoundierung) von Schwefeloxid (VI) aus Schwefeloxid (IV) und Sauerstoff.

1. Reversible und irreversible Reaktionen.

2. Berthollets Regel.

Schreiben Sie die Gleichungen für die Verbrennungsreaktionen auf, die im Text des Absatzes erwähnt wurden, und stellen Sie fest, dass als Ergebnis dieser Reaktionen Oxide jener Elemente gebildet werden, aus denen die Ausgangsstoffe aufgebaut sind.

Beschreiben Sie die letzten drei Reaktionen, die am Ende des Absatzes gemäß dem Plan durchgeführt wurden: a) die Art und Anzahl der Reagenzien und Produkte; b) Aggregatzustand; c) Richtung: d) Anwesenheit eines Katalysators; e) Abgabe oder Aufnahme von Wärme

Welche Ungenauigkeit wird in der im Text des Absatzes vorgeschlagenen Gleichung für die Reaktion der Kalksteinröstung gemacht?

Wie zutreffend ist die Aussage, dass die Reaktionen der Verbindung in der Regel exotherme Reaktionen sein werden? Begründen Sie Ihren Standpunkt anhand der im Text des Lehrbuchs angegebenen Fakten.

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Präsentationsplan.

1. Reaktionen sind reversibel und irreversibel. Zeichen der Unumkehrbarkeit.

2. Chemisches Gleichgewicht. Konstante des chemischen Gleichgewichts.

3. Faktoren, die eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts verursachen. Das Prinzip von Le Chatelier. Experiment.

4. Anwendung des Prinzips von Le Chatelier.

5. Lösen der Prüfungsaufgaben.

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Vorschau:

Während des Unterrichts

I. Organisatorischer Moment.

II Aktualisierung des Wissens der Schüler(Folie 4).

1 . Bestimmung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion.

2 . Geschwindigkeitsformeln und Geschwindigkeitseinheiten: a) homogene Reaktion; b) heterogene Reaktion.

3 . Nennen Sie die Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen.

4. Wie hängt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Konzentration ab?

5 . Welche Stoffe nennt man Katalysatoren? Inhibitoren? Was ist der Unterschied zwischen ihrer Wirkung auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion? Der Wert von Katalysatoren und Inhibitoren in der Produktion, im Leben lebender Organismen.

6. Was muss man über eine chemische Reaktion wissen, um ihre Geschwindigkeit zu bestimmen?

III. Neues Material lernen(Folie 5).

Präsentationsplan.

1. Reaktionen sind reversibel und irreversibel. Zeichen der Unumkehrbarkeit.

2. chemisches Gleichgewicht. Konstante des chemischen Gleichgewichts.

3. Faktoren, die eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts verursachen. Das Prinzip von Le Chatelier. Experiment.

4. Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips.

5. Lösen von USE-Aufgaben.

Alle chemische Reaktionen unterteilt in reversibel und irreversibel.

(Folie 6).

1. Irreversible chemische Reaktionen sind Reaktionen, die in eine Richtung ablaufen, bis die Reaktanden vollständig in Reaktionsprodukte umgewandelt sind.

Zum Beispiel:

Na 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 ↓ + 2NaCl

Eine irreversible Reaktion endet, wenn mindestens einer der Ausgangsstoffe vollständig verbraucht ist. Irreversibel sind Verbrennungsreaktionen; viele thermische Zersetzungsreaktionen komplexe Substanzen; die meisten Reaktionen führen zur Bildung von Niederschlägen oder zur Freisetzung gasförmiger Stoffe usw. ( Folie 7).

CuCl 2 + 2 KOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ +2 KOH – ausgefällt

Na 2 CO 3 + 2 HCl \u003d 2 NaCl + H 2 O + CO 2 - Es hat sich ein schwacher Elektrolyt gebildet, der sich in Wasser und Kohlendioxid zersetzt.

H 2 SO 4 + 2 KOH \u003d K 2 SO 4 + 2 H 2 O - gebildetes Wasser - ein sehr schwacher Elektrolyt.

1. Reversible chemische Reaktionen sind Reaktionen, die unter gleichen Bedingungen gleichzeitig in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ablaufen.

Zum Beispiel:

H2 + I2 ↔ 2HI (1)

CaCO 3 ↔ CaO + CO 2 (2)

Betrachten Sie die Reaktionsgleichung für die Synthese von Jodwasserstoff aus Wasserstoff und Jod (Gl. 1).

Einige Zeit nach Beginn einer chemischen Reaktion in einem Gasgemisch lassen sich nicht nur die Endprodukte der Reaktion nachweisen HALLO , sondern auch die Ausgangsmaterialien H 2 und I 2 . Unabhängig davon, wie lange die chemische Reaktion andauert, enthält die Reaktionsmischung bei 350 °C immer ungefähr 80 % HI, 10 % H 2 und 10% ich 2. Wenn wir HI als Ausgangsstoff nehmen und auf die gleiche Temperatur erhitzen, werden wir feststellen, dass nach einiger Zeit das Verhältnis zwischen den Mengen aller drei Stoffe gleich ist. So finden bei der Bildung von Jodwasserstoff aus Wasserstoff und Jod sowohl Hin- als auch Rückreaktionen gleichzeitig statt.

Wenn Wasserstoff und Jod als Ausgangsstoffe in Konzentrationen und genommen werden, dann war die Geschwindigkeit der direkten Reaktion zum Anfangszeitpunkt gleich:

V pr \u003d k pr . Rückreaktionsrate

V arr \u003d k arr ² zum Anfangszeitpunkt ist Null, da kein Jodwasserstoff in der Reaktionsmischung vorhanden ist. Allmählich nimmt die Geschwindigkeit der direkten Reaktion ab, weil. Wasserstoff und Jod reagieren und ihre Konzentrationen nehmen ab.In diesem Fall nimmt die Geschwindigkeit der Rückreaktion zu, da die Konzentration des entstehenden Jodwasserstoffs allmählich zunimmt. Wenn die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich werden, stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein. In einem Gleichgewichtszustand werden über einen bestimmten Zeitraum gleich viele HI-Moleküle gebildet, wie viele von ihnen aufgeteilt in und .

Der Zustand eines reversiblen Prozesses, in dem die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich sind, wird als chemisches Gleichgewicht bezeichnet.(Folie 8, 9).

dynamisch gleich - Siem. In einem Gleichgewichtszustand laufen sowohl Hin- als auch Rückreaktionen weiter ab, aber da ihre Geschwindigkeiten gleich sind, ändern sich die Konzentrationen aller Substanzen im Reaktionssystem nicht. Diese Konzentrationen werden genannt Gleichgewichtskonzentrationen.

Der Zustand des chemischen Gleichgewichts zeichnet sich durch einen besonderen Wert aus -Gleichgewichtskonstante. Für unser Beispiel hat die Gleichgewichtskonstante die Form:

Kravn \u003d² /

1. Die Gleichgewichtskonstante k ist gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion oder dem Verhältnisdas Produkt der Gleichgewichtskonzentrationen von Produkten und Reaktanten potenziert gleich den Koeffizienten in der Reaktionsgleichung.Der Wert der Gleichgewichtskonstante wird durch die Art der reagierenden Substanzen bestimmt und hängt von der Temperatur ab. (Folie 10).

Der Wert der Gleichgewichtskonstante charakterisiert die Vollständigkeit der reversiblen Reaktion. Wenn Крв1, gibt es praktisch keine Anfangsreagenzien im Gleichgewichtssystem, das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben. (Folie 11).

Das chemische Gleichgewicht ist Handy, Mobiltelefon und kann unter konstanten äußeren Bedingungen lange gelagert werden:Temperatur, Konzentration von Ausgangsstoffen oder Endprodukten, Druck(wenn Gase an der Reaktion beteiligt sind).

Werden diese Bedingungen geändert, kann das System entsprechend den neuen Bedingungen von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen überführt werden.

Ein solcher Übergang wird aufgerufen Verschiebung oder Gleichgewichtsverschiebung. (Folie 12).

Die Verdrängungssteuerung kann mit dem Prinzip vorhergesagt werden Le Chatelier, 1884

Geschichtlicher Bezug.

Henri Louis Le Chatelier (1850-1936), französischer Wissenschaftler - Chemiker, studierte die Prozesse chemischer Reaktionen.

Das Prinzip der Gleichgewichtsverschiebung ist das bekannteste, aber bei weitem nicht das einzige. wissenschaftliche Leistung Le Chatelier.

Seine Wissenschaftliche Forschung machte ihn auf der ganzen Welt berühmt. Er wurde 86 Jahre alt.(Folie 13).

1. In der ganzen Welt bekannt durch Henri Louis De Chatelier. Er war kein König und kein Prinz, aber er entdeckte ein wunderbares Prinzip, das für Chemiker nützlich ist. Für etwaige Gleichgewichtsverschiebungen.

1. Wird auf ein im chemischen Gleichgewicht befindliches System ein äußerer Einfluss ausgeübt (Änderung von Druck, Stoffkonzentration oder Temperatur), so verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der vorherrschenden Strömung des Prozesses, die die Wirkung abschwächt.

Das Prinzip von Le Chatelier ist das Prinzip der „Schädlichkeit“, das Prinzip „umgekehrt“. (Folie 14).

Die wichtigsten externen Faktoren, die zu einer Verschiebung des chemischen Gleichgewichts führen können, sind: a) die Konzentration der Reaktanten;

b) Temperatur;

c) Druck.

Einfluss der Konzentration der Reaktanten.

Wird einer der an der Reaktion beteiligten Stoffe in das Gleichgewichtssystem eingebracht, so verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der dieser Stoff verbraucht wird. Entfernt man einen Stoff aus einem Gleichgewichtssystem, so verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der dieser Stoff entsteht.

Zum Beispiel , überlegen Sie, welche Stoffe eingeführt und welche aus dem Gleichgewichtssystem entfernt werden sollten, um die reversible Reaktion der Ammoniaksynthese nach rechts zu verschieben:

N 2 (g) + H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g)

Um das Gleichgewicht nach rechts zu verschieben (in Richtung der direkten Reaktion der Ammoniakbildung), ist es notwendig, Stickstoff und Wasserstoff in das Gleichgewichtsgemisch einzuführen (d. h. ihre Konzentrationen zu erhöhen) und Ammoniak aus dem Gleichgewichtsgemisch zu entfernen (d. h. seine Konzentration zu verringern). .

Schlussfolgerungen: (Folie 15).

A) Wenn wir die Konzentration der Endprodukte erhöhen, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Bildung der Ausgangsprodukte, d.h. Rückschlag überwiegt.

B) wir erhöhen die Konzentration der Ausgangsprodukte, das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung Endproduktbildung, die direkte Reaktion überwiegt.

C) Mit abnehmender Konzentration der Endprodukte verschiebt sich die Gleichgewichtsreaktion in Richtung ihrer Bildung, die direkte Reaktion überwiegt.

D) bei abnehmender Konzentration der anfänglichen Reaktionsprodukte überwiegt die Rückreaktion.

(Experiment (Videoexperiment) „Einfluss der Konzentration von Edukten auf die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts“) ( Folie 16).

Die Wirkung der Temperatur.

Hin- und Rückreaktionen haben entgegengesetzte thermische Effekte: Wenn die direkte Reaktion exotherm ist, dann ist die Rückreaktion endotherm (und umgekehrt).

Wenn das System erwärmt wird (d. h. seine Temperatur steigt), verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion; beim Abkühlen (Absenken der Temperatur) verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer exothermen Reaktion.

Zum Beispiel , ist die Ammoniaksynthesereaktion exotherm:

N 2 (g) + H 2 (g) → 2 NH 3 (g) + 92 kJ,

und die Zersetzungsreaktion von Ammoniak ist(umkehren Reaktion) ist endotherm:

2 NH 3 (g) → N 2 (g) + H 2 (g) – 92 kJ. Daher verschiebt eine Temperaturerhöhung das Gleichgewicht in Richtung der Umkehrreaktion der Ammoniakzersetzung.

Schlussfolgerungen: (Folie 17).

A) Mit steigender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion.

B) Mit abnehmender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in Richtung einer exothermen Reaktion.

(Experiment (Videoerlebnis) "Der Einfluss der Temperatur auf die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts") ( Folie 19)).

Einfluss des Drucks.

Druck beeinflusst das Gleichgewicht von Reaktionen, an denen gasförmige Substanzen teilnehmen. Steigt der Außendruck, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, wobei die Zahl der Gasmoleküle abnimmt. Umgekehrt verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Formation mehr gasförmige Moleküle bei abnehmendem Außendruck. Wenn die Reaktion abläuft, ohne die Zahl zu ändern gasförmige Stoffe, beeinflusst der Druck das Gleichgewicht im System nicht.

Zum Beispiel: für Erhöhung des Ammoniakausstoßes(nach rechts verschieben) Druck muss erhöht werdenin einem reversiblen Reaktionssystem

N 2 (g) + H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g), weil während einer direkten Reaktion Anzahl gasförmige Moleküle

abnimmt (aus vier Molekülen Stickstoff- und Wasserstoffgas werden zwei Moleküle Ammoniakgas gebildet). Schlussfolgerungen: (Folie 17).

1. A) Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der das Volumen der gebildeten gasförmigen Produkte abnimmt.
2. B) Mit abnehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der das Volumen der gebildeten gasförmigen Produkte zunimmt.

Beispiel: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3

1. c) wenn die Volumina gasförmiger Produkte sowohl in der direkten als auch in der umgekehrten Reaktion gleich sind, verschiebt eine Druckänderung das Gleichgewicht nicht.

Beispiel: H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

2V=2V

(Experiment (Videoerlebnis) "Einfluss des Drucks auf die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts") ( Folie 18)).

Das Le-Chatelier-Prinzip gilt nicht nur für chemische Reaktionen, sondern auch für viele andere Prozesse: Verdampfen, Kondensieren, Schmelzen, Kristallisieren usw. Bei der Herstellung der wichtigsten chemischen Produkte gelten das Le-Chatelier-Prinzip und Berechnungen, die sich aus dem Gesetz ergeben Massenwirkung ermöglichen es, solche Bedingungen für die Durchführung eines chemischen Prozesses zu finden, die die maximale Ausbeute des gewünschten Stoffes liefern.(Folie 20,21).

IV. Konsolidierung (Folie 22).

1. Der Chemiker schiebt die Reaktion in den Hintergrund: „Lass mich dich ein bisschen bewegen!“ Sie antwortet: „Du kennst mich: Keine Stunde, keinen Tag kann ich ohne Feuer leben! Und um meine Laune zu verbessern, frage ich, fordere ich sogar: Der Druck ist höher! Bedenken Sie außerdem: Ich bin so eine Reaktion, dass mir die Konzentration von Reagenzien wichtig ist. Und der Chemiker dachte: „Jetzt ist mir alles klar. Du nimmst Wärme auf – und das ist wunderbar! Sobald die Brenner unter der Flasche angezündet sind, gehen Sie, Reaktion, rechts entlang des Pfeils. Das sind Blumen, aber es wird auch Früchte geben - Der Produktausstoß wird den Druck erhöhen! Mehr Konzentration ... Ja, Sie haben Recht: Ich gebe Ihnen mehr Substanzen. Die Reaktion begann gehorsam zu funktionieren und bildete ein nützliches und notwendiges Produkt. Das war der Traum des Chemikers. Welche Schlüsse wird er ziehen?

V. Verallgemeinerung und Schlussfolgerungen.

Daher haben wir in dieser Lektion das chemische Gleichgewicht, das bei reversiblen chemischen Reaktionen auftreten kann, eingehender untersucht und uns auch eine Vorstellung von den Faktoren gemacht, die dazu führen, dass sich das chemische Gleichgewicht experimentell in Richtung einer direkten oder umgekehrten Reaktion verschiebt davon überzeugt.

V‌‌‌I . Lösen von USE-Aufgaben (Teil A).(Folie 23.24).

1. Die Bedingung für die Irreversibilität einer chemischen Umwandlung.

A) die Bildung eines schwachen Elektrolyten

B) Absorption eine große Anzahl Wärme

C) die Wechselwirkung von schwachen und starken Elektrolyten

D) Schwächung der Farbe der Lösung.

2. Um das Gleichgewicht im System zu verschieben

CaCO 3 (t) ↔ CaO (t) + CO 2 (t) – Q

gegenüber den Reaktionsprodukten

a) Druck erhöhen b) Temperatur erhöhen

C) Katalysator einbringen d) Temperatur senken

3. Bei steigendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht im System nicht

A) 2H 2 S (g) + 3O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 2SO 2 (g)

B) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g)

C) H 2 (g) + I 2 (g) \u003d 2HI (g)

D) SO 2 (g) + CL 2 (g) \u003d SO 2 CL 2 (g)

4. Sind sie wahr die folgenden Urteileüber die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts im System

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) + Q?

A. Mit abnehmendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in diesem System in Richtung des Reaktionsprodukts.

B. mit zunehmender Konzentration Kohlendioxid Das chemische Gleichgewicht des Systems verschiebt sich in Richtung des Reaktionsprodukts.

a) nur A ist wahr c) beide Aussagen sind wahr

b) nur B ist wahr d) beide Urteile sind falsch

fünf . Im System

2SO 2(g) + O 2(g) ↔ 2SO 3(g) + Q

Die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts hin zu den Ausgangsstoffen wird dadurch erleichtert

a) Druckabfall

b) Temperaturabfall

c) Erhöhung der SO-Konzentration 2

d) Abnahme der SO-Konzentration 3

6. Chemisches Gleichgewicht im System

C 4 H 10 (g) ↔ C 4 H 6 (g) + 2H 2 (g) -Q

Seite der Reaktion, wenn

A) Erhöhen Sie die Temperatur

B) die Konzentration von H reduzieren 2

B) einen Katalysator hinzufügen

D) Erhöhen Sie den Druck

Überprüfen Sie nun, ob Ihre Antworten richtig sind. (Folie 25).

1 - ein

2 - b

3 - ein

4 - ein

5 - ein

6 - g

VII. § 14, ex. 1-8. (Folie 26).

Reversibilität chemischer Reaktionen.chemisches Gleichgewicht.

Klasse 11

(Profilebene)

Chemielehrer MBOU Sekundarschule s.Kadgaron Khetagurova F.A.

Studienjahr 2012-2013 Jahr.

Gebrauchte Bücher.

1. O.S.Gabrielyan, G.G.Lysova "Chemistry" - M.: "Bustbust", 2009.

2.O.S.Gabrielyan, I.G.Ostroumov " allgemeine Chemie"- Olma-Lehrbuch, 2008.

3. O. S. Gabrielyan, G. G. Lysova, A. G. Vvedenskaya " Schreibtischbuch Chemielehrer, Teil I, 11. Klasse. - M.: "Drofa", 2009.

4.T.P.Troegubov "Pourochnye-Entwicklung in der Chemie" - M .: "Vako", 2009.

5. A. S. Egorov "Tutor in Chemie" - "Phoenix", 2008.

6. S.A. Litvinova, N.V. Mankevich " Anorganische Chemie. Ganz Schulkurs in Tabellen" - Minsk: " moderne Schule: Kuzma, 2009.

7.A.N.Levkin, A.A.Kartsova, S.E.Dombrovskaya, E.D.Krutetskaya „Chemistry: USE: Educational and reference materials. (Serie "Endkontrolle: USE") - M.; St. Petersburg: Education, 2011.

8. G. P. Khomchenko "Handbuch in Chemie für Bewerber an Universitäten" - M .: "New Wave"., 2004.

9.V.N.Doronkin, A.G.Berezhnaya, T.V.Sazhneva, V.A.Fevraleva "Chemie. Thematische Tests. Vorbereitung auf die Prüfung" - Rostow am Don "Legion", 2010.

10. D. M. Dobrotin, A. A. Kaverina, M. G. Snastina „USE-2011. Chemie: typisch Prüfungsmöglichkeiten: 30 Optionen.“ -FIPI, M.; " nationale Bildung". 2011.

Reversibilität chemischer Reaktionen. chemisches Gleichgewicht.

Klasse 11

Grundbegriffe: Reversible und irreversible chemische Reaktionen, chemisches Gleichgewicht, Gleichgewichtskonzentrationen, Gleichgewichtskonstante, Reaktionsgeschwindigkeit, Prinzip von Le Chatelier. Geräte: F eCl 3 -Lösung; KNCS; KCl; Stärkepaste; Reagenzgläser, Wasser, Spirituslampe, Halter.

Während des Unterrichts. Frontale Übersicht 1. Bestimmung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. 2. Ausdrucksformeln für Geschwindigkeit und Einheiten zur Geschwindigkeitsmessung: a) homogene Reaktion; b) heterogene Reaktion. 3. Nennen Sie die Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen. 4. Wie hängt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Konzentration ab? 5. Welche Substanzen werden als Katalysatoren bezeichnet? Inhibitoren? Was ist der Unterschied zwischen ihrer Wirkung auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion? Der Wert von Katalysatoren und Inhibitoren in der Produktion, im Leben lebender Organismen. 6. Was muss man über eine chemische Reaktion wissen, um ihre Geschwindigkeit zu bestimmen?

Neues Material lernen. Präsentationsplan. 1. Reaktionen sind reversibel und irreversibel. Zeichen der Irreversibilität 2. Chemisches Gleichgewicht. Konstante des chemischen Gleichgewichts. 3. Faktoren, die eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts verursachen. Das Prinzip von Le Chatelier. Experiment. 4. Anwendung des Prinzips von Le Chatelier. 5. Lösen der Prüfungsaufgaben.

Reversible und irreversible Reaktionen. Reversible chemische Reaktionen sind Reaktionen, die unter gleichen Bedingungen gleichzeitig in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ablaufen. Zum Beispiel: H 2 + I 2 ↔ 2HI CaCO 3 ↔ CaO + CO 2 Irreversible chemische Reaktionen sind Reaktionen, die in eine Richtung ablaufen, bis die Reaktanten vollständig in Reaktionsprodukte umgewandelt sind. Zum Beispiel: Na 2 SO 4 + BaCl 2  BaSO 4 ↓ + 2NaCl

Zeichen der Unumkehrbarkeit. CuCl 2 + 2KOH= Cu(OH) 2 ↓ +2KOH – Na 2 CO 3 + 2HCl=2NaCl + H 2 O + CO 2 fiel aus – es bildete sich ein schwacher Elektrolyt, der sich in Wasser und Kohlendioxid zersetzt. H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O - Wasser wurde gebildet - ein sehr schwacher Elektrolyt.

chemisches Gleichgewicht. Kehren wir zur reversiblen Reaktion von Wasserstoff mit Joddampf zurück. Nach dem Massenwirkungsgesetz kinetische Gleichung direkte Reaktion hat die Form: V pr \u003d k pr Mit der Zeit nimmt die Geschwindigkeit der direkten Reaktion ab, weil. Rohstoffe verbraucht werden. Gleichzeitig nimmt mit der Ansammlung von Jodwasserstoff im System die Reaktionsgeschwindigkeit seiner Zersetzung zu: V arr \u003d k arr [HI] ² Bei jeder reversiblen Reaktion wird früher oder später ein Moment kommen, in dem die Die Raten des direkten und des umgekehrten Prozesses werden gleich. Der Zustand eines reversiblen Prozesses, in dem die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich sind, wird als chemisches Gleichgewicht bezeichnet.

Konstante des chemischen Gleichgewichts. Der Zustand des chemischen Gleichgewichts ist durch einen besonderen Wert gekennzeichnet - die Gleichgewichtskonstante. Für unser Beispiel hat die Gleichgewichtskonstante die Form: K gleich = ² / Die Gleichgewichtskonstante k ist gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion oder dem Verhältnis des Produkts der Gleichgewichtskonzentrationen von Produkten und Reaktanten potenziert gleich den Koeffizienten in der Reaktionsgleichung. Der Wert der Gleichgewichtskonstante wird durch die Art der reagierenden Substanzen bestimmt und hängt von der Temperatur ab.

Der Wert der Gleichgewichtskonstante charakterisiert die Vollständigkeit der reversiblen Reaktion. Wenn K gleich 1 ist, gibt es praktisch keine anfänglichen Reagenzien im Gleichgewichtssystem, das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben.

Faktoren, die eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts verursachen. Der Zustand des chemischen Gleichgewichts kann unter konstanten äußeren Bedingungen lange aufrechterhalten werden: Temperatur, Konzentration der Ausgangsstoffe oder Endprodukte, Druck (falls Gase an der Reaktion beteiligt sind). Werden diese Bedingungen geändert, kann das System entsprechend den neuen Bedingungen von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen überführt werden. Ein solcher Übergang wird Verschiebung oder Verschiebung des Gleichgewichts genannt. Die Verschiebungskontrolle kann anhand des Prinzips von Le Chatelier, 1884, vorhergesagt werden.

Geschichtlicher Bezug. Henri Louis Le Chatelier (1850-1936), französischer Chemiker, studierte die Prozesse chemischer Reaktionen. Das Prinzip der Verschiebung des Gleichgewichts ist die berühmteste, aber bei weitem nicht die einzige wissenschaftliche Errungenschaft von Le Chatelier. Seine wissenschaftliche Forschung hat ihn weltweit bekannt gemacht. Er wurde 86 Jahre alt.

Das Prinzip von Le Chatelier. In der ganzen Welt bekannt durch Henri Louis De Chatelier. Er war kein König und kein Prinz, aber er entdeckte ein wunderbares Prinzip, das für Chemiker nützlich ist, um alle Arten von Waagen zu verschieben. Wird auf ein im chemischen Gleichgewicht befindliches System ein äußerer Einfluss ausgeübt (Änderung von Druck, Stoffkonzentration oder Temperatur), so verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der vorherrschenden Strömung des Prozesses, die die Wirkung abschwächt. Das Prinzip von Le Chatelier ist das Prinzip der „Schädlichkeit“, das Prinzip „umgekehrt“.

Konzentrationsänderung: A) Wenn wir die Konzentration der Endprodukte erhöhen, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Bildung von Ausgangsprodukten, d.h. Rückschlag überwiegt. B) wir erhöhen die Konzentration der Ausgangsprodukte, das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung Endproduktbildung, die direkte Reaktion überwiegt. C) Mit abnehmender Konzentration der Endprodukte verschiebt sich die Gleichgewichtsreaktion in Richtung ihrer Bildung, die direkte Reaktion überwiegt. D) bei abnehmender Konzentration der anfänglichen Reaktionsprodukte überwiegt die Rückreaktion.

Auswirkung der Druckänderung. A) Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der das Volumen der gebildeten gasförmigen Produkte abnimmt. B) Bei Druckabfall verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, bei der das Volumen der gebildeten gasförmigen Produkte zunimmt. Beispiel: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 c) wenn die Volumina der gasförmigen Produkte sowohl direkt als auch rückwärts gleich sind Reaktionen - ändern Druck verschiebt das Gleichgewicht nicht. Beispiel: H 2 + Cl 2 \u003d 2 HCl 2 V \u003d 2 V

Auswirkung der Temperaturänderung. A) Mit steigender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion. B) Mit abnehmender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in Richtung einer exothermen Reaktion. Beispiel: N 2 (g) + H 2 (g) → 2 NH 3 (g) +92 kJ, 2 NH 3 (g) → N 2 (g) + H 2 (g) – 92 kJ.

Die Bedeutung des Prinzips von Le Chatelier.

Produktion von Ammoniak und Methanol.

Konsolidierung. Der Chemiker schiebt die Reaktion in den Hintergrund: „Lass dich ein bisschen bewegen! Sie antwortet: „Du kennst mich: Keine Stunde, keinen Tag kann ich ohne Feuer leben! Und um meine Laune zu verbessern, frage ich, fordere ich sogar: Der Druck ist höher! Bedenken Sie außerdem: Ich bin so eine Reaktion, dass mir die Konzentration von Reagenzien wichtig ist. Und der Chemiker dachte: „Jetzt ist mir alles klar. Du nimmst Wärme auf – und das ist wunderbar! Sobald die Brenner unter der Flasche angezündet sind, gehen Sie, Reaktion, rechts entlang des Pfeils. Das sind Blumen, aber es wird auch Früchte geben - Der Produktausstoß wird den Druck erhöhen! Mehr Konzentration ... Ja, Sie haben Recht: Ich gebe Ihnen mehr Substanzen. Die Reaktion begann gehorsam zu funktionieren und bildete ein nützliches und notwendiges Produkt. Das war der Traum des Chemikers. Welche Schlüsse wird er ziehen?

USE-Zuweisungen. 1. Die Bedingung für die Irreversibilität einer chemischen Umwandlung. a) die Bildung eines schwachen Elektrolyten b) die Aufnahme großer Wärmemengen c) die Wechselwirkung von schwachen und starken Elektrolyten d) die Schwächung der Farbe der Lösung. 2. Um das Gleichgewicht im System CaCO 3 (t) ↔ CaO (t) + CO 2 (t) - Q in Richtung der Reaktionsprodukte zu verschieben, ist es notwendig a) den Druck zu erhöhen b) die Temperatur c) zu erhöhen einen Katalysator d) einführen, um die Temperatur zu senken 3. Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht im System nicht a) 2H 2 S (g) + 3O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 2SO 2 (g) b) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) c) H 2 (g) + I 2 (g) \u003d 2HI (g) g) SO 2 (g) + CL 2 (g) \u003d SO 2 CL 2 (g)

4. Sind die folgenden Urteile über die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts im System 2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) + Q richtig? A. Mit abnehmendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht in diesem System in Richtung des Reaktionsprodukts. B. Mit steigender Kohlendioxidkonzentration verschiebt sich das chemische Gleichgewicht des Systems in Richtung des Reaktionsprodukts. a) nur A ist richtig c) beide Urteile sind richtig b) nur B ist richtig d) beide Urteile sind falsch Substanzen tragen zu a) Druckabfall c) Anstieg der SO 2 -Konzentration b) Abfall der Temperatur d) Abfall des SO 3 bei Konzentration 6. Chemisches Gleichgewicht im System C 4 H 10 (d) ↔ C 4 H 6 (d) + 2H 2 ( d) -Q Seite der Rückreaktion, wenn a) die Temperatur erhöht wird c) ein Katalysator zugegeben wird b) Verringern Sie die Konzentration von H 2 d) Erhöhen Sie den Druck

Teste dich selbst! 1 – a 2 – b 3 – c 4 – a 5 – a 6 – d

Hausaufgaben. § 14, ex. 1-8.

Chemische Reaktionen, die in die gleiche Richtung ablaufen, werden als bezeichnet irreversibel.

Die meisten chemischen Prozesse sind reversibel. Das bedeutet, dass unter gleichen Bedingungen sowohl Hin- als auch Rückreaktionen auftreten (insbesondere wenn wir redenüber geschlossene Systeme).

Zum Beispiel:

eine Reaktion

in offenes System irreversibel;

b) die gleiche Reaktion

in einem geschlossenen System reversibel.

Chemisches Gleichgewicht

Betrachten wir die bei reversiblen Reaktionen ablaufenden Prozesse genauer, beispielsweise für eine bedingte Reaktion:

Basierend auf dem Massenwirkungsgesetz Vorwärtsreaktionsgeschwindigkeit:

Da die Konzentrationen der Stoffe A und B mit der Zeit abnehmen, nimmt auch die Geschwindigkeit der Hinreaktion ab.

Das Auftreten von Reaktionsprodukten bedeutet die Möglichkeit einer Rückreaktion, und im Laufe der Zeit nehmen die Konzentrationen der Substanzen C und D zu, was bedeutet, dass Rückreaktionsrate.

Früher oder später wird ein Zustand erreicht, in dem die Raten der Hin- und Rückreaktion gleich werden = .

Der Zustand eines Systems, in dem die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist, wird als bezeichnet chemisches Gleichgewicht.

Dabei bleiben die Konzentrationen der Edukte und Reaktionsprodukte unverändert. Sie werden Gleichgewichtskonzentrationen genannt. Auf der Makroebene scheint sich im Allgemeinen nichts zu ändern. Aber tatsächlich gehen sowohl direkte als auch umgekehrte Prozesse weiter, aber mit gleiche Geschwindigkeit. Daher wird ein solches Gleichgewicht im System als mobil und dynamisch bezeichnet.

Lassen Sie uns die Gleichgewichtskonzentrationen von Substanzen als [A], [B], [C], [D] bezeichnen. Dann ist da = , k 1 [A] α [B] β = k2 [C] γ [D] δ , wo

wobei α, β, γ, δ Exponenten sind, gleich den Koeffizienten in der reversiblen Reaktion; K gleich - chemische Gleichgewichtskonstante.

Der resultierende Ausdruck beschreibt quantitativ Zustand des Gleichgewichts und repräsentiert mathematischer Ausdruck das Gesetz der wirkenden Massen für Gleichgewichtssysteme.

Bei konstanter Temperatur ist die Gleichgewichtskonstante der Wert ist für eine gegebene reversible Reaktion konstant. Sie zeigt das Verhältnis zwischen den Konzentrationen der Reaktionsprodukte (Zähler) und Edukte (Nenner), das sich im Gleichgewicht einstellt.

Gleichgewichtskonstanten werden aus experimentellen Daten berechnet, indem die Gleichgewichtskonzentrationen der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte bei einer bestimmten Temperatur bestimmt werden.

Der Wert der Gleichgewichtskonstante charakterisiert die Ausbeute an Reaktionsprodukten, die Vollständigkeit ihres Verlaufs. Wenn Sie K » 1 erhalten, bedeutet dies, dass im Gleichgewicht [C] γ [D] δ " [EIN] α [B] β d.h. die Konzentrationen der Reaktionsprodukte überwiegen die Konzentrationen der Ausgangssubstanzen, und die Ausbeute an Reaktionsprodukten ist groß.

Bei K gleich ≈ 1 ist die Ausbeute an Reaktionsprodukten entsprechend gering. Beispielsweise für die Hydrolysereaktion von Essigsäureethylester

Gleichgewichtskonstante:

bei 20 °C hat er einen Wert von 0,28 (also kleiner als 1).

Dies bedeutet, dass ein erheblicher Teil des Esters nicht hydrolysiert wurde.

Bei heterogenen Reaktionen umfasst der Ausdruck der Gleichgewichtskonstante nur die Konzentrationen von Stoffen, die sich in der Gas- oder Flüssigphase befinden. Zum Beispiel für die Reaktion

Die Gleichgewichtskonstanten werden wie folgt ausgedrückt:

Der Wert der Gleichgewichtskonstante hängt von der Art der Reaktanten und der Temperatur ab.

Die Konstante hängt nicht von der Anwesenheit eines Katalysators ab, da es die Aktivierungsenergie sowohl der Hin- als auch der Rückreaktion um den gleichen Betrag ändert. Der Katalysator kann nur den Beginn des Gleichgewichts beschleunigen, ohne den Wert der Gleichgewichtskonstante zu beeinflussen.

Der Gleichgewichtszustand wird unter konstanten äußeren Bedingungen beliebig lange aufrechterhalten: Temperatur, Ausgangsstoffkonzentration, Druck (falls bei der Reaktion Gase beteiligt sind oder entstehen).

Durch Veränderung dieser Bedingungen ist es möglich, das System entsprechend den neuen Bedingungen von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen zu überführen. Ein solcher Übergang wird aufgerufen Verschiebung oder Gleichgewichtsverschiebung.

Betrachten Sie verschiedene Möglichkeiten, das Gleichgewicht am Beispiel der Reaktion der Wechselwirkung von Stickstoff und Wasserstoff unter Bildung von Ammoniak zu verschieben:

Die Wirkung der Änderung der Konzentration von Substanzen

Wenn dem Reaktionsgemisch Stickstoff N 2 und Wasserstoff H 2 zugesetzt werden, steigt die Konzentration dieser Gase, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit der Hinreaktion nimmt zu. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts zum Reaktionsprodukt, also zu Ammoniak NH 3.

N2 + 3H2 → 2NH3

Die gleiche Schlussfolgerung kann durch Analysieren des Ausdrucks für die Gleichgewichtskonstante gezogen werden. Mit zunehmender Konzentration von Stickstoff und Wasserstoff steigt der Nenner, und da K gleich ist. - der Wert konstant ist, der Zähler muss steigen. Somit wird die Menge des Reaktionsprodukts NH 3 in der Reaktionsmischung zunehmen.

Eine Erhöhung der Konzentration des Reaktionsprodukts von Ammoniak NH 3 führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts nach links in Richtung der Bildung von Ausgangsmaterialien. Diese Schlussfolgerung kann auf der Grundlage ähnlicher Überlegungen gezogen werden.

Auswirkung der Druckänderung

Eine Druckänderung wirkt sich nur auf Systeme aus, in denen mindestens einer der Stoffe gasförmig ist. Mit zunehmendem Druck nimmt das Volumen von Gasen ab, was bedeutet, dass ihre Konzentration zunimmt.

Angenommen, der Druck in einem geschlossenen System wird beispielsweise um das Zweifache erhöht. Dies bedeutet, dass sich die Konzentrationen aller gasförmigen Substanzen (N 2, H 2, NH 3) in der betrachteten Reaktion um das 2-fache erhöhen. In diesem Fall erhöht sich der Zähler im Ausdruck für K gleich um das 4-fache und der Nenner um das 16-fache, d. H. Das Gleichgewicht wird gestört. Um ihn wiederherzustellen, muss die Ammoniakkonzentration steigen und die Stickstoff- und Wasserstoffkonzentration sinken. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts. Eine Druckänderung hat praktisch keinen Einfluss auf das Flüssigkeitsvolumen und Feststoffe, d. h. ändert ihre Konzentration nicht. Folglich, der Zustand des chemischen Gleichgewichts von Reaktionen, an denen Gase nicht teilnehmen, hängt nicht vom Druck ab.

Auswirkung der Temperaturänderung

Mit steigender Temperatur nehmen die Geschwindigkeiten aller Reaktionen (exo- und endotherm) zu. Darüber hinaus wirkt sich eine Temperaturerhöhung stärker auf die Geschwindigkeit der Reaktionen aus, die eine höhere Aktivierungsenergie haben, was bedeutet, dass endothermisch.

Somit steigt die Geschwindigkeit der Rückreaktion (endotherm) stärker als die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion. Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung des Prozesses, begleitet von der Aufnahme von Energie.

Die Richtung der Gleichgewichtsverschiebung kann mit vorhergesagt werden Das Prinzip von Le Chatelier:

Wird auf ein im Gleichgewicht befindliches System ein äußerer Einfluss ausgeübt (Konzentrations-, Druck-, Temperaturänderungen), so verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung, die diesen Einfluss abschwächt.

Auf diese Weise:

Mit zunehmender Konzentration der Reaktanden verschiebt sich das chemische Gleichgewicht des Systems hin zur Bildung von Reaktionsprodukten;

Mit zunehmender Konzentration an Reaktionsprodukten verschiebt sich das chemische Gleichgewicht des Systems hin zur Bildung der Ausgangsstoffe;

Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht des Systems in Richtung der Reaktion, bei der die Menge an gebildeten gasförmigen Stoffen geringer ist;

Mit steigender Temperatur verschiebt sich das chemische Gleichgewicht des Systems in Richtung einer endothermen Reaktion;

Mit abnehmender Temperatur - in Richtung des exothermen Prozesses.

Das Le-Chatelier-Prinzip gilt nicht nur für chemische Reaktionen, sondern auch für viele andere Prozesse: Verdampfen, Kondensieren, Schmelzen, Kristallisieren usw. Bei der Herstellung der wichtigsten chemischen Produkte gelten das Le-Chatelier-Prinzip und Berechnungen, die sich aus dem Gesetz ergeben Massenwirkung ermöglichen es, solche Bedingungen für die Durchführung chemischer Prozesse zu finden, die die maximale Ausbeute der gewünschten Substanz liefern.

Referenzmaterial zum Bestehen der Prüfung:

Periodensystem

Löslichkeitstabelle

Alle chemischen Reaktionen können in zwei Gruppen eingeteilt werden: irreversible und reversible Reaktionen. Irreversible Reaktionen laufen bis zum Ende ab - bis einer der Reaktanten vollständig verbraucht ist. Reversible Reaktionen laufen nicht bis zum Ende ab: Bei einer reversiblen Reaktion wird keiner der Reaktanten vollständig verbraucht. Dieser Unterschied beruht darauf, dass eine irreversible Reaktion nur in eine Richtung ablaufen kann. Eine reversible Reaktion kann sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung ablaufen.

Betrachten wir zwei Beispiele.

Beispiel 1. Die Wechselwirkung zwischen Zink und konzentrierter Salpetersäure verläuft nach der Gleichung:

Bei einer ausreichenden Menge Salpetersäure endet die Reaktion erst, wenn sich alles Zink gelöst hat. Wenn Sie außerdem versuchen, diese Reaktion in die entgegengesetzte Richtung durchzuführen - Stickstoffdioxid durch eine Lösung von Zinknitrat zu leiten, dann funktionieren metallisches Zink und Salpetersäure nicht - kann diese Reaktion nicht in die entgegengesetzte Richtung ablaufen. Somit ist die Wechselwirkung von Zink mit Salpetersäure eine irreversible Reaktion.

Beispiel 2. Die Synthese von Ammoniak verläuft nach der Gleichung:

Mischt man ein Mol Stickstoff mit drei Mol Wasserstoff, was für die Reaktion im System günstig ist, und analysiert nach ausreichender Zeit das Gasgemisch, zeigt das Analyseergebnis, dass nicht nur das Reaktionsprodukt (Ammoniak ) im System vorhanden sein, aber auch die Ausgangsstoffe (Stickstoff und Wasserstoff). Setzt man nun unter gleichen Bedingungen nicht ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch, sondern Ammoniak als Ausgangsstoff ein, so lässt sich feststellen, dass sich ein Teil des Ammoniaks in Stickstoff und Wasserstoff zersetzt, und das endgültige Mengenverhältnis aller drei Stoffe gleich sein wie in diesem Fall, wenn man von einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff ausgeht. Somit ist die Synthese von Ammoniak eine reversible Reaktion.

In den Gleichungen reversibler Reaktionen können anstelle des Gleichheitszeichens Pfeile verwendet werden; sie symbolisieren den Ablauf der Reaktion sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung.

Auf Abb. 68 zeigt die Änderung der Raten von Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen über die Zeit. Wenn die Ausgangsmaterialien gemischt werden, ist die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion anfänglich hoch und die Geschwindigkeit der Rückreaktion 0. Mit fortschreitender Reaktion werden die Ausgangsmaterialien verbraucht und ihre Konzentrationen fallen.

Reis. 63. Änderung der Rate von Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen im Laufe der Zeit.

Dadurch nimmt die Geschwindigkeit der Hinreaktion ab. Gleichzeitig treten Reaktionsprodukte auf und ihre Konzentration steigt. Als Ergebnis beginnt eine Rückreaktion stattzufinden, und ihre Geschwindigkeit nimmt allmählich zu. Wenn die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktionen gleich werden, tritt ein chemisches Gleichgewicht ein. So stellt sich im letzten Beispiel ein Gleichgewicht zwischen Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak ein.

Das chemische Gleichgewicht wird als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet. Dies betont, dass im Gleichgewicht sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsreaktionen auftreten, aber ihre Geschwindigkeiten gleich sind, wodurch Änderungen im System nicht wahrnehmbar sind.

Ein quantitatives Merkmal des chemischen Gleichgewichts ist eine Größe, die als Konstante des chemischen Gleichgewichts bezeichnet wird. Betrachten Sie es am Beispiel der Iod-Wasserstoff-Synthesereaktion:

Nach dem Massenwirkungsgesetz werden die Geschwindigkeiten der Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen durch die Gleichungen ausgedrückt:

Im Gleichgewicht sind die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion einander gleich, daher

Das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion ist ebenfalls eine Konstante. Sie wird als Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion (K) bezeichnet:

Daher endlich

Auf der linken Seite dieser Gleichung stehen jene Konzentrationen von wechselwirkenden Substanzen, die sich im Gleichgewicht befinden - Gleichgewichtskonzentrationen. Die rechte Seite der Gleichung ist ein konstanter Wert (bei konstanter Temperatur).

Es kann gezeigt werden, dass in Allgemeiner Fall reversible Reaktion

Die Gleichgewichtskonstante wird durch die Gleichung ausgedrückt:

Dabei bezeichnen Großbuchstaben die Formeln von Stoffen und Kleinbuchstaben die Koeffizienten in der Reaktionsgleichung.

Somit ist bei konstanter Temperatur die Gleichgewichtskonstante einer reversiblen Reaktion konstanter Wert, die das Verhältnis zwischen den Konzentrationen der Reaktionsprodukte (Zähler) und Ausgangsstoffe (Nenner) darstellt, das sich im Gleichgewicht einstellt.

Die Gzeigt, dass unter Gleichgewichtsbedingungen die Konzentrationen aller an der Reaktion beteiligten Stoffe miteinander verbunden sind. Eine Änderung der Konzentration eines dieser Stoffe zieht eine Änderung der Konzentrationen aller anderen Stoffe nach sich; dadurch stellen sich neue Konzentrationen ein, deren Verhältnis aber wieder der Gleichgewichtskonstante entspricht.

Der Zahlenwert der Gleichgewichtskonstante charakterisiert in erster Näherung die Ausbeute dieser Reaktion. Beispielsweise ist die Reaktionsausbeute groß, weil gleichzeitig

d.h. im Gleichgewicht sind die Konzentrationen der Reaktionsprodukte viel höher als die Konzentrationen der Ausgangsmaterialien, und dies bedeutet, dass die Reaktionsausbeute hoch ist. Bei (aus einem ähnlichen Grund) ist die Ausbeute der Reaktion gering.

Bei heterogenen Reaktionen umfasst der Ausdruck der Gleichgewichtskonstanten sowie der Ausdruck des Massenwirkungsgesetzes (siehe § 58) nur die Konzentrationen von Stoffen, die sich in der Gas- oder Flüssigphase befinden. Zum Beispiel für die Reaktion

Die Gleichgewichtskonstante hat die Form:

Der Wert der Gleichgewichtskonstante hängt von der Art der Reaktanten und von der Temperatur ab. Es kommt nicht auf die Anwesenheit von Katalysatoren an. Wie bereits erwähnt, ist die Gleichgewichtskonstante gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion. Da der Katalysator die Aktivierungsenergie sowohl der Hin- als auch der Rückreaktion um denselben Betrag ändert (siehe § 60), beeinflußt er nicht das Verhältnis ihrer Geschwindigkeitskonstanten.

Daher beeinflußt der Katalysator den Wert der Gleichgewichtskonstante nicht und kann daher die Reaktionsausbeute weder erhöhen noch verringern. Es kann das Einsetzen des Gleichgewichts nur beschleunigen oder verlangsamen.