Az egyensúlyi állapot a reverzibilis kémiai reakciókra jellemző.
- A reverzibilis reakció olyan kémiai reakció, amely azonos feltételek mellett előre és hátrafelé is végbemehet.
- Azt a reakciót, amely egy irányban majdnem befejeződik, irreverzibilisnek nevezzük. A reakció visszafordíthatatlanságának feltételei csapadék, gáz vagy gyenge elektrolit képződése. Például: BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HClK 2 S + 2HCl = 2KCl + H 2 SHCl + NaOH = NaCl + H 2 O.
- Kémiai egyensúly- a rendszer olyan állapota, amelyben az előrehaladó reakció sebessége megegyezik a fordított reakció sebességével.
Az egyensúlyi állapotban lévő összes anyag koncentrációja (egyensúlyi koncentrációk) állandó. A kémiai egyensúly dinamikus természetű. Ez azt jelenti, hogy mind az előre, mind a fordított reakciók nem állnak meg az egyensúlyban. Az egyensúly kívánt irányba történő eltolását a reakciókörülmények megváltoztatásával érjük el.
Le Chatelier elve— az egyensúlyi állapotban lévő rendszerre gyakorolt külső hatás ennek az egyensúlynak egy olyan irányba történő eltolódásához vezet, amelyben a hatás hatása gyengül.
>> Kémia: Reverzibilis és irreverzibilis reakciók
CO2+ H2O = H2CO3
A kapott savas oldatot állványon állni hagyjuk. Egy idő után látni fogjuk, hogy az oldat ismét lila színűvé vált, mivel a sav eredeti anyagaira bomlott.
Ez a folyamat sokkal gyorsabban végrehajtható, ha az oldat egyharmada szénsav. Következésképpen a szénsav előállítására irányuló reakció mind előre, mind ellentétes irányban megy végbe, azaz reverzibilis. A reakció megfordíthatóságát két ellentétes irányú nyíl jelzi:
A legfontosabb vegyi termékek előállításának hátterében álló reverzibilis reakciók közül említsük meg példaként a kén (VI) oxid szintézisének (vegyületének) reakcióját kén (IV) oxidból és oxigénből.
1. Reverzibilis és irreverzibilis reakciók.
2. Berthollet-szabály.
Írja le a bekezdés szövegében tárgyalt égési reakciók egyenleteit, megjegyezve, hogy e reakciók eredményeként azon elemek oxidjai keletkeznek, amelyekből az eredeti anyagok épülnek.
Jellemezze a bekezdés végén terv szerint végrehajtott utolsó három reakciót: a) a reagensek és termékek jellege és száma; b) az összesítés állapota; c) irány: d) katalizátor jelenléte; e) hőleadás vagy -elnyelés
Milyen pontatlanság történt a bekezdés szövegében javasolt mészkőégetés reakcióegyenletének megírásában?
Mennyire igaz az az állítás, hogy az összetett reakciók általában exoterm reakciók? Indokolja álláspontját a tankönyv szövegében szereplő tényekkel!
Az óra tartalma leckejegyzetek támogató keretóra prezentációgyorsítási módszerek interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélési kérdések szónoki kérdéseket diákoktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsi kiságyak tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv egy évre iránymutatásokat vitaprogramok Integrált leckékBemutató terv.
1. A reakciók reverzibilisek és visszafordíthatatlanok. A visszafordíthatatlanság jelei.
2. Kémiai egyensúly. Kémiai egyensúlyi állandó.
3. A kémiai egyensúly eltolódását okozó tényezők. Le Chatelier elve. Kísérlet.
4. Le Chatelier elvének alkalmazása.
5. Egységes államvizsga-feladatok megoldása.
Letöltés:
Előnézet:
Az órák alatt
I. Szervezési mozzanat.
II A tanulók tudásának frissítése(4. dia).
1 . A kémiai reakció sebességének meghatározása.
2 . Képletek a sebesség és a sebesség mértékegységeinek kifejezésére: a) homogén reakció; b) heterogén reakció.
3 . Sorolja fel a kémiai reakció sebességét befolyásoló tényezőket!.
4. Hogyan függ a kémiai reakció sebessége a koncentrációtól?
5 . Milyen anyagokat nevezünk katalizátoroknak? Inhibitorok? Mi a különbség a kémiai reakció sebességére gyakorolt hatásuk között? A katalizátorok és inhibitorok jelentősége a termelésben és az élő szervezetek életében.
6. Mit kell tudni egy kémiai reakcióról, hogy meghatározzuk sebességét?
III. Új anyagok tanulása(5. dia).
Bemutató terv.
1. A reakciók reverzibilisek és visszafordíthatatlanok. A visszafordíthatatlanság jelei.
2. Kémiai egyensúly. Kémiai egyensúlyi állandó.
3. A kémiai egyensúly eltolódását okozó tényezők. Le Chatelier elve. Kísérlet.
4. Le Chatelier elvének alkalmazása.
5. Egységes államvizsga-feladatok megoldása.
Minden kémiai reakciók reverzibilisre és irreverzibilisre osztják.
(6. dia).
- Az irreverzibilis kémiai reakciók olyan reakciók, amelyek egy irányban mennek végbe, amíg a reagensek teljesen reakciótermékekké alakulnak.
Például:
Na 2 SO 4 + BaCl 2 à BaSO 4 ↓ + 2NaCl
Egy visszafordíthatatlan reakció akkor ér véget, ha legalább az egyik kiindulási anyag teljesen elfogy. Az égési reakciók visszafordíthatatlanok; számos hőbomlási reakció összetett anyagok; a legtöbb reakció, amely csapadék képződését vagy gáznemű anyagok felszabadulását eredményezi stb. 7. dia).
CuCl 2 + 2KOH= Cu(OH) 2 ↓ +2KOH – csapadék keletkezett
Na 2 CO 3 + 2HCl=2NaCl + H 2 O + CO 2 – gyenge elektrolit képződik, amely vízzé és szén-dioxiddá bomlik.
H 2 SO 4 + 2 KOH = K 2 SO 4 + 2 H 2 O – víz keletkezett – nagyon gyenge elektrolit.
- A reverzibilis kémiai reakciók olyan reakciók, amelyek egyidejűleg mennek végbe előre és hátrafelé, azonos körülmények között.
Például:
H 2 + I 2 ↔ 2HI (1)
CaCO 3 ↔ CaO + CO 2 (2)
Tekintsük a hidrogén-jodid hidrogénből és jódból történő szintézisének reakcióegyenletét (1. egyenlet).
A kémiai reakció megindulása után némi idővel nem csak a reakció végtermékei mutathatók ki a gázelegyben SZIA , hanem a kiindulási anyagok is – H 2 és I 2 . Nem számít, mennyi ideig tart a kémiai reakció, a reakcióelegy 350 °C-on mindig körülbelül 80% HI-t, 10% H-t tartalmaz. 2 és 10% I 2. Ha a HI-t választja kiindulási anyagnak, és ugyanarra a hőmérsékletre melegíti, azt fogja tapasztalni, hogy egy idő után mindhárom anyag mennyiségének aránya azonos lesz. Így a hidrogén-jodid hidrogénből és jódból történő képződése során a közvetlen és fordított reakciók egyidejűleg mennek végbe.
Ha a hidrogént és a jódot koncentrációban és kiindulási anyagnak vesszük, akkor a közvetlen reakció sebessége a kezdeti időpontban egyenlő volt:
V pr =k pr . Visszacsatolási sebesség
V arr =k arr² a kezdeti időpontban nulla, mivel a reakcióelegyben nincs hidrogén-jodid. Fokozatosan csökken a közvetlen reakció sebessége, mert A hidrogén és a jód reakcióba lép, és koncentrációjuk csökken.Ebben az esetben a fordított reakció sebessége nő, mert a képződött hidrogén-jodid koncentrációja fokozatosan növekszik. Amikor az előre és a fordított reakció sebessége egyenlővé válik, kémiai egyensúly áll be. Egyensúlyi állapotban ugyanannyi HI-molekula képződik egy bizonyos idő alatt, hányan szakadtak szét és .
Egy reverzibilis folyamat állapotát, amelyben az előre és a fordított reakciók sebessége egyenlő, kémiai egyensúlynak nevezzük.(8., 9. dia).
dinamikus egyenlő - siem. Egyensúlyi állapotban mind az előre, mind a fordított reakciók továbbra is lejátszódnak, de mivel ezek sebessége egyenlő, a reakciórendszerben lévő anyagok koncentrációja nem változik. Ezeket a koncentrációkat ún egyensúlyi koncentrációk.
A kémiai egyensúly állapotát egy speciális érték jellemzi -egyensúlyi állandó. Példánkban az egyensúlyi állandó alakja a következő:
Kravn =²/
- A k egyensúlyi állandó egyenlő az előre és fordított reakció sebességi állandóinak arányával, vagya termékek és a reagensek egyensúlyi koncentrációinak szorzata a reakcióegyenletben szereplő együtthatókkal egyenlő hatványra emelve.Az egyensúlyi állandó értékét a reagáló anyagok természete határozza meg, és függ a hőmérséklettől. (10. dia).
Az egyensúlyi állandó értéke a reverzibilis reakció teljességét jellemzi. Ha Kravn1, akkor az egyensúlyi rendszerben gyakorlatilag nem maradt kezdeti reagens, az egyensúly jobbra tolódik el. (11. dia).
A kémiai egyensúly az Mobil és hosszú ideig tárolható állandó külső körülmények között:hőmérséklet, kiindulási anyagok vagy végtermékek koncentrációja, nyomás(ha gázok vesznek részt a reakcióban).
Ha megváltoztatja ezeket a feltételeket, átviheti a rendszert az egyik egyensúlyi állapotból egy másikba, amely megfelel az új feltételeknek.
Ezt az átmenetet ún az egyensúly elmozdulása vagy eltolódása. (12. dia).
Az elmozdulás szabályozása az elv alapján megjósolható Le Chatelier, 1884
Történelmi hivatkozás.
Henri Louis Le Chatelier (1850-1936) francia kémikus a kémiai reakciók folyamatait tanulmányozta.
Az egyensúlyok eltolásának elve a leghíresebb, de messze nem az egyetlen tudományos teljesítmény Le Chatelier.
Övé Tudományos kutatás széles körben ismertté tette az egész világon. 86 évet élt.(13. dia).
- Henri Louis De Chatelier az egész világon ismert. Nem volt király vagy herceg, de felfedezett egy csodálatos elvet, amely hasznos a vegyészek számára Mert minden egyensúly eltolódása.
- Ha egy kémiai egyensúlyi állapotban lévő rendszert külső hatás éri (változó nyomás, anyagkoncentráció vagy hőmérséklet), akkor az egyensúly eltolódik a kiváltott hatást gyengítő folyamat preferált előfordulása felé.
Le Chatelier elve a „károsság” elve, a „fordított” elve. (14. dia).
A legfontosabb külső tényezők, amelyek a kémiai egyensúly eltolódásához vezethetnek: a) a reagáló anyagok koncentrációja;
b) hőmérséklet;
c) nyomás.
A reagensek koncentrációjának hatása.
Ha a reakcióban részt vevő anyagok bármelyike bekerül az egyensúlyi rendszerbe, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, amely során ez az anyag elfogy. Ha egy egyensúlyi rendszerből bármely anyagot eltávolítunk, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelynek során ez az anyag keletkezik.
Például , nézzük meg, mely anyagokat érdemes bevinni és melyeket kivenni az egyensúlyi rendszerből, hogy az ammóniaszintézis reverzibilis reakciója jobbra tolódjon el:
N 2 (g) + H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g)
Az egyensúly jobbra tolásához (az ammóniaképződés közvetlen reakciója felé) nitrogént és hidrogént kell bevinni az egyensúlyi keverékbe (azaz növelni kell koncentrációikat), és eltávolítani az ammóniát az egyensúlyi keverékből (azaz csökkenteni kell a koncentrációját). .
Következtetések: (15. dia).
A) ha növeljük a végtermékek koncentrációját, akkor az egyensúly a kiindulási termékek képződése felé tolódik el, azaz. a fordított reakció érvényesül.
B) növeljük a kiindulási termékek koncentrációját, az egyensúly a végtermékek képződése felé tolódik el, a közvetlen reakció dominál.
C) a végtermékek koncentrációjának csökkenésével az egyensúlyi reakció a kialakulásuk felé tolódik el, a közvetlen reakció dominál.
D) amikor a kiindulási reakciótermékek koncentrációja csökken, a fordított reakció dominál.
(Kísérlet (videókísérlet) „A reagensek koncentrációjának hatása a kémiai egyensúly elmozdulására”) ( 16) dia).
A hőmérséklet hatása.
A közvetlen és fordított reakciók ellentétes termikus hatást fejtenek ki: ha az előre irányuló reakció exoterm, akkor a fordított reakció endoterm (és fordítva).
Amikor a rendszert felmelegítik (azaz a hőmérséklete nő), az egyensúly az endoterm reakció felé tolódik el; lehűléskor (alacsonyabb hőmérsékleten) az egyensúly az exoterm reakció felé tolódik el.
Például , az ammónia szintézis reakciója exoterm:
N 2 (g) + H 2 (g) → 2 NH3 (g) + 92 kJ,
az ammónia bomlási reakciója pedig az(fordított reakció) endoterm:
2 NH3 (g) → N2 (g) + H2 (g) - 92 kJ. Ezért a hőmérséklet emelkedése az egyensúlyt az ammóniabomlás fordított reakciója felé tolja el.
Következtetések: (17. dia).
A) a hőmérséklet emelkedésével a kémiai egyensúly endoterm reakció felé tolódik el.
B) a hőmérséklet csökkenésével a kémiai egyensúly az exoterm reakció felé tolódik el.
(Kísérlet (videókísérlet) „A hőmérséklet hatása a kémiai egyensúly elmozdulására”) ( 19) dia).
A nyomás hatása.
A nyomás befolyásolja azon reakciók egyensúlyát, amelyekben gáznemű anyagok vesznek részt. Ha a külső nyomás nő, akkor az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelynek során a gázmolekulák száma csökken. Ezzel szemben az egyensúly az oktatás irányába tolódik el több gáznemű molekulák, amikor a külső nyomás csökken. Ha a reakció a szám megváltoztatása nélkül megy végbe gáznemű anyagok, akkor a nyomás nem befolyásolja az egyensúlyt ebben a rendszerben.
Például: for az ammónia hozamának növelése(váltó jobbra) növelni kell a nyomástreverzibilis reakciórendszerben
N 2 (g) + H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g), mert amikor közvetlen reakció lép fel szám gáznemű molekulák
csökken (négy molekula nitrogén- és hidrogéngázból két molekula ammóniagáz keletkezik). Következtetések: (17. dia).
- A) a nyomás növekedésével az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelyben a keletkező gáznemű termékek térfogata csökken.
- B) a nyomás csökkenésével az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelyben a keletkező gáznemű termékek térfogata nő.
Példa: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3
- c) ha a gáznemű termékek térfogata mind az előre, mind a fordított reakcióban azonos, a nyomásváltozás nem tolja el az egyensúlyt.
Példa: H 2 + Cl 2 = 2HCl
2V=2V
(Kísérlet (videókísérlet) „A nyomás hatása a kémiai egyensúly elmozdulására”) ( 18. dia)).
A Le Chatelier-elv nemcsak a kémiai reakciókra, hanem sok más folyamatra is alkalmazható: párolgás, kondenzáció, olvasztás, kristályosodás, stb. A legfontosabb vegyi termékek előállítása során a Le Chatelier-elv és a tömeghatás törvényéből fakadó számítások érvényesülnek. lehetővé teszik olyan feltételek megtalálását egy olyan kémiai folyamat végrehajtásához, amely a kívánt anyag maximális hozamát biztosítja.(20., 21. dia).
IV. Konszolidáció (22. dia).
- A vegyész hátba löki a reakciót: „Hadd mozgassalak egy kicsit!” Azt válaszolja: „Ismersz engem: nem tudok egy órát vagy egy napot tűz nélkül élni! A hangulatom javítására pedig kérem, sőt követelem: magasabb vérnyomást! Ezenkívül ne feledje: olyan reakciós vagyok, hogy a reagensek koncentrációja fontos számomra." És a vegyész azt gondolta: „Most már minden világos számomra. Felszívod a hőt – és ez csodálatos! Amint az égők meggyulladnak a lombik alatt, folytasd a reakciót, a nyíl mentén. Ezek virágok, de lesznek gyümölcsök is - A termék hozama növeli a nyomást! Több koncentráció… Igen, igazad van: több anyagot adok neked.” A reakció engedelmesen működött, hasznos és szükséges terméket képezve. Ez az álma a vegyésznek. Milyen következtetéseket von le?
V. Általánosítás és következtetések.
Így ezen a leckén alaposabban tanulmányoztuk a kémiai egyensúlyt - amely reverzibilis kémiai reakciókban keletkezhet, és megértettük azokat a tényezőket is, amelyek a kémiai egyensúly közvetlen vagy fordított reakció felé történő eltolódását okozzák, és erről kísérletileg meggyőződtünk. .
V I . Egységes államvizsga-feladatok megoldása (A rész).(23., 24. dia).
1. A kémiai átalakulás visszafordíthatatlanságának feltétele.
A) gyenge elektrolit képződése
B) felszívódás nagy mennyiség melegség
B) gyenge és erős elektrolitok kölcsönhatása
D) az oldat színének gyengülése.
2. A rendszer egyensúlyának eltolására
CaCO 3 (t) ↔ CaO (t) + CO 2 (t) – Q
A reakciótermékek irányában szükséges
A) növelje a nyomást b) növelje a hőmérsékletet
C) katalizátort viszünk be d) csökkentsük a hőmérsékletet
3. A nyomás növekedésével a kémiai egyensúly nem tolódik el a rendszerben
A) 2H 2S (g) + 3O 2 (g) = 2H 2O (g) + 2SO 2 (g)
B) 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g)
B) H 2 (g) + I 2 (g) = 2HI (g)
D) SO 2(g) + CL 2(g) = SO 2 CL 2(g)
4. igazak? a következő ítéleteket a rendszer kémiai egyensúlyának eltolódásáról
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) + Q ?
V. Amikor a nyomás csökken, a kémiai egyensúly ebben a rendszerben a reakciótermék felé tolódik el.
B. Növekvő koncentrációval szén-dioxid a rendszer kémiai egyensúlya a reakciótermék felé tolódik el.
a) csak A igaz c) mindkét ítélet igaz
b) csak B igaz d) mindkét ítélet helytelen
5. Rendszerben
2SO 2 (g) + O 2 (g) ↔ 2SO 3 (g) + Q
A kémiai egyensúly eltolódását a kiindulási anyagok felé elősegíti
a) nyomáscsökkenés
b) a hőmérséklet csökkenése
c) a SO-koncentráció növekedése 2
d) a SO-koncentráció csökkenése 3
6. Kémiai egyensúly a rendszerben
C 4 H 10 (g) ↔ C 4 H 6 (g) + 2H 2 (g) -Q
a fordított reakció oldala, ha
A) növelje a hőmérsékletet
B) csökkentse a H koncentrációját 2
B) Adjunk hozzá katalizátort
D) növeli a vérnyomást
Most ellenőrizze a válaszok helyességét. (25. dia).
1 – a
2 – b
3 – be
4 – a
5 – a
6 – g
VII. 14. §, pl. 1-8. (26. dia).
A kémiai reakciók megfordíthatósága.Kémiai egyensúly.
11. évfolyam
(profilszint)
Kémia tanár, MBOU Középiskola, Kadgaron falu Khetagurova F.A.
2012-2013 tanév év.
Használt könyvek.
1. O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova „Kémia” - M.: „Drofa”, 2009.
2. O. S. Gabrielyan, I. G. Ostroumov " Általános kémia" - Olma tankönyv, 2008.
3. O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya Asztali könyv Kémia tanár", I. rész, 11. osztály. - M.: Drofa, 2009.
4.T.P. Troegubov „Lecke-alapú fejlesztések a kémiában” - M.: „Vako”, 2009.
5. A.S. Egorov „kémiatanár” - „Phoenix”, 2008.
6. S. A. Litvinova, N. V. Mankevich " Szervetlen kémia. Minden iskolai tanfolyam táblázatokban" - Minszk: " Modern iskola: Kuzma", 2009.
7. A.N. Levkin, A.A., Dombrovskaya, E.D. „Kémia: Egységes államvizsga: oktatási és referenciaanyagok. ("Záróellenőrzés: Egységes államvizsga" sorozat) - M.: Oktatás, 2011.
8. G.P. Khomchenko „Kézikönyv a kémiáról az egyetemre belépőknek” - M.: „Új hullám”, 2004.
9.V.N.Doronkin, A.G.Berezhnaya, T.V.Sazhneva, V.A.Fevraleva „Kémiai tesztek az egységes állami vizsgára” - Rostov-on-Don „Légió”, 2010.
10. D. M. Dobrotin, A. A. Kaverina, M. G. Snastina „Egységes államvizsga-2011. Kémia: jellemző vizsgalehetőségek: 30 lehetőség." - FIPI, M.; " Nemzeti nevelés" 2011.
A kémiai reakciók megfordíthatósága. Kémiai egyensúly.
11. évfolyam
Alapfogalmak: Reverzibilis és irreverzibilis kémiai reakciók, kémiai egyensúly, egyensúlyi koncentrációk, egyensúlyi állandó, reakciósebesség, Le Chatelier-elv. Felszerelés: F eCl 3 oldat; KNCS; KCl; keményítő paszta; kémcsövek, víz, alkohollámpa, tartó.
Az órák alatt. Frontális felmérés 1. Kémiai reakció sebességének meghatározása. 2. A sebesség és a sebesség mértékegységeinek kifejezésére szolgáló képletek: a) homogén reakció; b) heterogén reakció. 3. Sorolja fel a kémiai reakció sebességét befolyásoló tényezőket! 4. Hogyan függ a kémiai reakció sebessége a koncentrációtól? 5. Milyen anyagokat nevezünk katalizátoroknak? Inhibitorok? Mi a különbség a kémiai reakció sebességére gyakorolt hatásuk között? A katalizátorok és inhibitorok jelentősége a termelésben és az élő szervezetek életében. 6. Mit kell tudni egy kémiai reakcióról a sebességének meghatározásához?
Új anyagok tanulása. Bemutató terv. 1. A reakciók reverzibilisek és visszafordíthatatlanok. Az irreverzibilitás jelei 2. Kémiai egyensúly. Kémiai egyensúlyi állandó. 3. A kémiai egyensúly eltolódását okozó tényezők. Le Chatelier elve. Kísérlet. 4. Le Chatelier elvének alkalmazása. 5. Egységes államvizsga-feladatok megoldása.
Reverzibilis és visszafordíthatatlan reakciók. A reverzibilis kémiai reakciók olyan reakciók, amelyek egyidejűleg mennek végbe előre és hátrafelé, azonos körülmények között. Például: H 2 + I 2 ↔ 2HI CaCO 3 ↔ CaO + CO 2 Az irreverzibilis kémiai reakciók olyan reakciók, amelyek egy irányban haladnak addig, amíg a reagensek teljesen átalakulnak reakciótermékekké. Például: Na 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 ↓ + 2NaCl
A visszafordíthatatlanság jelei. CuCl 2 + 2KOH= Cu(OH) 2 ↓ +2KOH – csapadék képződött Na 2 CO 3 + 2HCl=2NaCl + H 2 O + CO 2 – gyenge elektrolit keletkezett, amely vízzé és szén-dioxiddá bomlik. H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O - víz képződik - nagyon gyenge elektrolit.
Kémiai egyensúly. Térjünk vissza a hidrogén és a jódgőz reverzibilis reakciójához. A tömeghatás törvényének megfelelően kinetikai egyenlet a közvetlen reakció a következő formában van: V pr = k pr Idővel a direkt reakció sebessége csökken, mert a kiindulási anyagok elfogynak. Ugyanakkor a hidrogén-jodid felhalmozódásával a rendszerben bomlási reakciójának sebessége megnő: V arr = k arr [HI] ² Bármilyen reverzibilis reakcióban előbb-utóbb eljön az a pillanat, amikor a közvetlen és a fordított folyamatok egyenlővé válnak. Egy reverzibilis folyamat állapotát, amelyben az előre és fordított reakciók sebessége egyenlő, kémiai egyensúlynak nevezzük.
Kémiai egyensúlyi állandó. A kémiai egyensúly állapotát egy speciális érték jellemzi - az egyensúlyi állandó. Példánkban az egyensúlyi állandó alakja: K egyenlő = ² / A k egyensúlyi állandó egyenlő az előre és a fordított reakció sebességi állandóinak arányával, vagy a termékek és a reagensek egyensúlyi koncentrációinak szorzatával. a reakcióegyenletben szereplő együtthatókkal egyenlő hatványokra emeljük. Az egyensúlyi állandó értékét a reagáló anyagok természete határozza meg, és függ a hőmérséklettől.
Az egyensúlyi állandó értéke a reverzibilis reakció teljességét jellemzi. Ha K 1, akkor az egyensúlyi rendszerben gyakorlatilag nem maradnak kezdeti reagensek, és az egyensúly jobbra tolódik el.
A kémiai egyensúly eltolódását okozó tényezők. A kémiai egyensúly állapota hosszú ideig fenntartható állandó külső körülmények között: hőmérséklet, kiindulási anyagok vagy végtermékek koncentrációja, nyomás (ha gázok vesznek részt a reakcióban). Ha megváltoztatja ezeket a feltételeket, átviheti a rendszert az egyik egyensúlyi állapotból egy másikba, amely megfelel az új feltételeknek. Ezt az átmenetet eltolásnak vagy egyensúlyi eltolódásnak nevezzük. Az elmozdulás szabályozását Le Chatelier 1884-es elve alapján lehet megjósolni.
Történelmi hivatkozás. Henri Louis Le Chatelier (1850-1936) francia kémikus a kémiai reakciók folyamatait tanulmányozta. Az egyensúly elmozdulásának elve Le Chatelier leghíresebb, de messze nem az egyetlen tudományos eredménye. Tudományos kutatásai széles körben ismertté tették az egész világon. 86 évet élt.
Le Chatelier elve. Henri Louis De Chatelier az egész világon ismert. Nem volt király vagy herceg, de felfedezett egy csodálatos elvet, amely hasznos a kémikusoknak Mindenféle egyensúly megváltoztatására. Ha egy kémiai egyensúlyi állapotban lévő rendszert külső hatás éri (változó nyomás, anyagkoncentráció vagy hőmérséklet), akkor az egyensúly eltolódik a kiváltott hatást gyengítő folyamat preferált előfordulása felé. Le Chatelier elve a „károsság” elve, a „fordított” elve.
Koncentráció változás: A) ha növeljük a végtermékek koncentrációját, akkor az egyensúly a kiindulási termékek képződése felé tolódik el, i.e. a fordított reakció érvényesül. B) növeljük a kiindulási termékek koncentrációját, az egyensúly a végtermékek képződése felé tolódik el, a közvetlen reakció dominál. C) a végtermékek koncentrációjának csökkenésével az egyensúlyi reakció a kialakulásuk felé tolódik el, a közvetlen reakció dominál. D) amikor a kiindulási reakciótermékek koncentrációja csökken, a fordított reakció dominál.
Nyomásváltozások hatása. A) a nyomás növekedésével az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelyben a keletkező gáznemű termékek térfogata csökken. B) a nyomás csökkenésével az egyensúly a reakció felé tolódik el, amelyben a keletkező gáznemű termékek térfogata nő. Példa: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 c) ha a gáz halmazállapotú termékek térfogata mind közvetlen, mind fordított irányban azonos reakciók – változás a nyomás nem tolja el az egyensúlyt. Példa: H 2 + Cl 2 =2HCl 2V=2V
A hőmérséklet változás hatása. A) a hőmérséklet emelkedésével a kémiai egyensúly endoterm reakció felé tolódik el. B) a hőmérséklet csökkenésével a kémiai egyensúly az exoterm reakció felé tolódik el. Példa: N 2 (g) + H 2 (g) → 2 NH 3 (g) +92 kJ, 2 NH3 (g) → N 2 (g) + H 2 (g) - 92 kJ.
Le Chatelier elvének jelentése.
Ammónia és metanol előállítása.
Konszolidáció. A vegyész hátba löki a reakciót: „Hadd mozgassalak egy kicsit!” „Azt válaszolja: „Ismersz engem: nem tudok egy órát vagy egy napot tűz nélkül élni!” A hangulatom javítására pedig kérem, sőt követelem: magasabb vérnyomást! Ezenkívül ne feledje: olyan reakciós vagyok, hogy a reagensek koncentrációja fontos számomra." És a vegyész azt gondolta: „Most már minden világos számomra. Felszívod a hőt – és ez csodálatos! Amint az égők meggyulladnak a lombik alatt, folytasd a reakciót, a nyíl mentén. Ezek virágok, de lesznek gyümölcsök is - A termék hozama növeli a nyomást! Több koncentráció... Igen, igazad van: több anyagot adok neked.” A reakció engedelmesen működött, hasznos és szükséges terméket képezve. Ez az álma a vegyésznek. Milyen következtetéseket von le?
Egységes államvizsga-feladatok. 1. A kémiai átalakulás irreverzibilitásának feltétele. a) gyenge elektrolit képződése b) nagy mennyiségű hő felvétele c) gyenge és erős elektrolitok kölcsönhatása d) az oldat színének gyengülése. 2. Ahhoz, hogy a CaCO 3(s) ↔ CaO(s) + CO 2(s) – Q rendszerben az egyensúlyt a reakciótermékek felé toljuk, a) növelni kell a nyomást b) növelni kell a hőmérsékletet c) be kell vezetni egy katalizátor d) csökkenti a hőmérsékletet 3. Nyomásnöveléssel a kémiai egyensúly nem tolódik el a rendszerben a) 2H 2 S (g) + 3O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 2SO 2 (g) b ) 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) c) H 2 (g) + I 2 (g) = 2HI (g) g) SO 2 (g) + CL 2 (g) = SO 2 CL 2 (g)
4. Helyesek-e a következő ítéletek a 2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) + Q rendszerben a kémiai egyensúly eltolódásáról? V. Amikor a nyomás csökken, a kémiai egyensúly ebben a rendszerben a reakciótermék felé tolódik el. B. A szén-dioxid koncentrációjának növekedésével a rendszer kémiai egyensúlya a reakciótermék felé tolódik el. a) csak A igaz c) mindkét ítélet helyes b) csak B igaz d) mindkét ítélet helytelen 5. A 2 SO 2 (g) + O 2 (g) ↔ 2SO 3 (g) + Q rendszerben a a kémiai egyensúly eltolódása az eredeti anyagok irányába hozzájárul a) a nyomás csökkenéséhez c) a SO 2 koncentráció növekedéséhez b) a hőmérséklet csökkenéséhez d) a SO 3 koncentráció csökkenéséhez 6. A kémiai egyensúly a C rendszerben 4 H 10 (g) ↔ C 4 H 6 (g) + 2H 2 ( d) -Q oldal a fordított reakcióban, ha a) növeli a hőmérsékletet c) ad hozzá katalizátort b) csökkenti a H 2 koncentrációját d) növeli a nyomás
Ellenőrizd le magadat! 1 – a 2 – b 3 – c 4 – a 5 – a 6 – d
Házi feladat. 14. §, pl. 1-8.
Az egy irányban lezajló kémiai reakciókat nevezzük visszafordíthatatlan.
A legtöbb kémiai folyamat az megfordítható. Ez azt jelenti, hogy azonos feltételek mellett mind az előre, mind a fordított reakciók történnek (különösen, ha arról beszélünk zárt rendszerekről). 
Például:
a) reakció
V nyitott rendszer visszafordíthatatlan;
b) ugyanaz a reakció
zárt rendszerben megfordítható.
Kémiai egyensúly
Tekintsük részletesebben a reverzibilis reakciók során fellépő folyamatokat, például egy feltételes reakció esetében:
A tömegcselekvés törvénye alapján előre irányuló reakció sebessége:
Mivel az A és B anyagok koncentrációja idővel csökken, a közvetlen reakció sebessége is csökken.
A reakciótermékek megjelenése fordított reakció lehetőségét jelenti, és idővel a C és D anyagok koncentrációja nő, ami azt jelenti, hogy a fordított reakciósebesség.
Előbb-utóbb olyan állapotot érünk el, amelyben az előre és a visszirányú reakciók sebessége egyenlő lesz = .
A rendszernek azt az állapotát, amelyben az előrehaladó reakció sebessége megegyezik a fordított reakció sebességével, nevezzük Kémiai egyensúly.
Ebben az esetben a reaktánsok és reakciótermékek koncentrációja változatlan marad. Ezeket egyensúlyi koncentrációknak nevezzük. Makroszinten úgy tűnik, hogy összességében semmi sem változik. Valójában azonban mind a közvetlen, mind a fordított folyamatok továbbra is előfordulnak, de ezzel együtt egyenlő sebességgel. Ezért az ilyen egyensúlyt a rendszerben mobilnak és dinamikusnak nevezzük.
Jelöljük az [A], [B], [C], [D] anyagok egyensúlyi koncentrációit. Ekkor mivel = , k 1 [A] α [B] β = k 2 [C] γ [D] δ , ahol
ahol α, β, γ, δ kitevők, egyenlő a reverzibilis reakció együtthatóival; K egyenlő - kémiai egyensúlyi állandó.
Az eredményül kapott kifejezés mennyiségileg leírja egyensúlyi állapotés képviseli matematikai kifejezés a tömeghatás törvénye egyensúlyi rendszerekre.
Állandó hőmérsékleten az egyensúlyi állandó az egy adott reverzibilis reakció állandó értéke. Megmutatja a reakciótermékek (számláló) és a kiindulási anyagok (nevező) koncentrációja közötti összefüggést, amely egyensúlyi állapotban jön létre.
Az egyensúlyi állandók kiszámítása kísérleti adatokból történik, meghatározva a kiindulási anyagok és reakciótermékek egyensúlyi koncentrációját egy adott hőmérsékleten.
Az egyensúlyi állandó értéke a reakciótermékek hozamát és lefutásának teljességét jellemzi. Ha K » 1-et kapunk, ez azt jelenti, hogy egyensúlyban [C] γ [D] δ "[A] α [B] β , azaz a reakciótermékek koncentrációja érvényesül a kiindulási anyagok koncentrációinál, és a reakciótermékek hozama magas.
Ha K egyenlő «1-gyel, akkor a reakciótermékek hozama ennek megfelelően alacsony. Például ecetsav-etil-észter hidrolízisreakciójához
egyensúlyi állandó:
20 °C-on értéke 0,28 (azaz 1-nél kisebb).
Ez azt jelenti, hogy az észter jelentős része nem hidrolizálódott.
Heterogén reakciók esetén az egyensúlyi állandó kifejezése csak azoknak az anyagoknak a koncentrációját tartalmazza, amelyek gáz- vagy folyadékfázisban vannak. Például a reakcióhoz
Az egyensúlyi állandót a következőképpen fejezzük ki:
Az egyensúlyi állandó értéke a reaktánsok természetétől és a hőmérséklettől függ.
Az állandó nem függ a katalizátor jelenlététől, mivel mind az előre, mind a visszirányú reakció aktiválási energiáját azonos mértékben változtatja meg. A katalizátor csak felgyorsíthatja az egyensúly létrejöttét anélkül, hogy az egyensúlyi állandó értékét befolyásolná.
Az egyensúlyi állapot korlátlanul fennmarad állandó külső körülmények között: hőmérséklet, kiindulási anyagok koncentrációja, nyomás (ha gázok vesznek részt a reakcióban vagy képződnek).
Ezeknek a feltételeknek a megváltoztatásával lehetőség nyílik a rendszer átvitele egyik egyensúlyi állapotból egy másik, az új feltételeknek megfelelő állapotba. Ezt az átmenetet ún elmozdulás vagy egyensúly eltolódása.
Tekintsük az egyensúly eltolásának különböző módjait a nitrogén és hidrogén közötti reakció példáján keresztül ammónia képzésére:
Az anyagok koncentrációjának változásának hatása
Ha a reakcióelegyhez nitrogén N2 és hidrogén H2 adunk, ezeknek a gázoknak a koncentrációja megnő, ami azt jelenti, az előre irányuló reakció sebessége nő. Az egyensúly jobbra tolódik el, a reakciótermék, azaz az ammónia NH 3 felé.
N2 +3H2 → 2NH3
Ugyanez a következtetés vonható le az egyensúlyi állandó kifejezésének elemzésével. A nitrogén és a hidrogén koncentrációjának növekedésével a nevező növekszik, és mivel K egyenlő. - az érték állandó, a számlálónak növekednie kell. Így az NH3 reakciótermék mennyisége a reakcióelegyben megnő.
Az NH 3 ammónia reakciótermék koncentrációjának növekedése az egyensúly balra tolódásához vezet, a kiindulási anyagok képződése felé. Ez a következtetés hasonló érvelés alapján vonható le.
A nyomásváltozás hatása
A nyomásváltozás csak azokat a rendszereket érinti, ahol legalább az egyik anyag gáz halmazállapotú. A nyomás növekedésével a gázok térfogata csökken, ami azt jelenti, hogy koncentrációjuk nő.
Tegyük fel, hogy a nyomás egy zárt rendszerben például 2-szeresére nő. Ez azt jelenti, hogy a vizsgált reakcióban az összes gáznemű anyag (N 2, H 2, NH 3) koncentrációja kétszeresére nő. Ebben az esetben a K egyenlő kifejezésben a számláló 4-szeresére, a nevező pedig 16-szorosára nő, azaz az egyensúly felborul. Helyreállításához az ammónia koncentrációjának növekednie, a nitrogén és hidrogén koncentrációjának pedig csökkennie kell. Az egyensúly jobbra tolódik el. A nyomás változása gyakorlatilag nincs hatással a folyadék térfogatára és szilárd anyagok, azaz nem változtat a koncentrációjukon. Ennélfogva, a gázokat nem érintő reakciók kémiai egyensúlyi állapota nem függ a nyomástól.
A hőmérséklet változás hatása
A hőmérséklet emelkedésével minden reakció (exo- és endoterm) sebessége nő. Ezenkívül a hőmérséklet emelkedése nagyobb hatással van azon reakciók sebességére, amelyek nagyobb aktiválási energiával rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy endoterm.
Így a fordított reakció (endoterm) sebessége jobban növekszik, mint az előrehaladó reakció sebessége. Az egyensúly az energiaelnyeléssel járó folyamat felé tolódik el.
segítségével megjósolható az egyensúlyi eltolódás iránya Le Chatelier elve:
Ha egy egyensúlyban lévő rendszerre külső hatás ér (koncentráció, nyomás, hőmérsékletváltozás), akkor az egyensúly arra az oldalra tolódik el, amely ezt a hatást gyengíti.
És így:
A reagensek koncentrációjának növekedésével a rendszer kémiai egyensúlya a reakciótermékek képződése felé tolódik el;
A reakciótermékek koncentrációjának növekedésével a rendszer kémiai egyensúlya a kiindulási anyagok képződése felé tolódik el;
A nyomás növekedésével a rendszer kémiai egyensúlya a reakció felé tolódik el, amelyben a keletkező gáznemű anyagok térfogata kisebb;
A hőmérséklet emelkedésével a rendszer kémiai egyensúlya az endoterm reakció felé tolódik el;
A hőmérséklet csökkenésével exoterm folyamat felé halad.
A Le Chatelier-elv nemcsak a kémiai reakciókra, hanem sok más folyamatra is alkalmazható: párolgás, kondenzáció, olvasztás, kristályosodás, stb. A legfontosabb vegyi termékek előállítása során a Le Chatelier-elv és a tömeghatás törvényéből fakadó számítások érvényesülnek. lehetővé teszik olyan feltételek megtalálását a kémiai eljárások végrehajtásához, amelyek a kívánt anyag maximális hozamát biztosítják.
Referenciaanyag a teszt elvégzéséhez:
Mengyelejev táblázat
Oldhatósági táblázat
Minden kémiai reakció két csoportra osztható: irreverzibilis és reverzibilis reakciók. Az irreverzibilis reakciók végbemennek – amíg az egyik reaktáns teljesen el nem fogy. A reverzibilis reakciók nem mennek végbe: reverzibilis reakcióban a reagensek egyike sem fogy el teljesen. Ez a különbség abból adódik, hogy egy visszafordíthatatlan reakció csak egy irányba mehet végbe. Reverzibilis reakció történhet előre és hátrafelé egyaránt.
Nézzünk két példát.
1. példa A cink és a tömény salétromsav közötti kölcsönhatás a következő egyenlet szerint megy végbe:
Megfelelő mennyiségű salétromsavval a reakció csak akkor fejeződik be, ha az összes cink feloldódott. Ezen túlmenően, ha megpróbálja ezt a reakciót az ellenkező irányban végrehajtani - nitrogén-dioxidot cink-nitrát oldaton átvezetve, akkor a fémes cink és a salétromsav nem fog működni - ez a reakció nem mehet az ellenkező irányba. Így a cink és a salétromsav kölcsönhatása visszafordíthatatlan reakció.
2. példa Az ammóniaszintézis a következő egyenlet szerint megy végbe:
Ha összekever egy mól nitrogént három mól hidrogénnel, a rendszerben olyan körülményeket teremt, amelyek a reakció lezajlásához kedvezőek, és megfelelő idő elteltével elemzi a gázelegyet, akkor az elemzés eredményei azt mutatják, hogy nem csak a reakció termék (ammónia) is jelen lesz a rendszerben, de a kiindulási anyagok (nitrogén és hidrogén) is jelen lesznek. Ha most azonos körülmények között nem nitrogén-hidrogén keveréket, hanem ammóniát teszünk kiindulási anyagként, akkor megállapíthatjuk, hogy az ammónia egy része nitrogénre és hidrogénre bomlik, és a mennyiségek végső aránya mindhárom anyag közül ugyanaz lesz, mint abban az esetben, ha nitrogén és hidrogén keverékéből indulunk ki. Így az ammóniaszintézis reverzibilis reakció.
A reverzibilis reakciók egyenleteiben az egyenlőségjel helyett nyilak is használhatók; szimbolizálják a reakciót előre és hátrafelé egyaránt.
ábrán. A 68. ábra mutatja az előre és fordított reakciók sebességének időbeli változását. A kiindulási anyagok összekeverésekor eleinte az előrehaladó reakció sebessége nagy, a fordított reakcióé pedig nulla A reakció előrehaladtával a kiindulási anyagok elfogynak, és koncentrációjuk csökken.
Rizs. 63. Az előre és hátrafelé irányuló reakciók sebességének változása az idő múlásával.
Ennek eredményeként az előre irányuló reakció sebessége csökken. Ezzel egyidejűleg reakciótermékek jelennek meg, és koncentrációjuk nő. Ennek eredményeként fordított reakció indul meg, és sebessége fokozatosan növekszik. Amikor az előre és fordított reakciók sebessége egyenlővé válik, kémiai egyensúly áll be. Így az utolsó példában egyensúly jön létre a nitrogén, a hidrogén és az ammónia között.
A kémiai egyensúlyt dinamikus egyensúlynak nevezzük. Ez azt hangsúlyozza, hogy egyensúlyi állapotban előre és fordított reakciók is előfordulnak, de ezek sebessége azonos, aminek következtében a rendszer változásai nem észrevehetők.
A kémiai egyensúly mennyiségi jellemzője a kémiai egyensúlyi állandónak nevezett érték. Tekintsük ezt a jodid-hidrogén szintézis reakció példáján:
A tömeghatás törvénye szerint az előre és fordított reakciók sebességét a következő egyenletek fejezik ki:
Egyensúlyi állapotban az előre és a fordított reakció sebessége egyenlő egymással, tehát
Az előre és fordított reakció sebességi állandóinak aránya is állandó. Ezt a reakciót egyensúlyi állandónak nevezik (K):
Innen végre
Ennek az egyenletnek a bal oldalán a kölcsönhatásban lévő anyagok azon koncentrációi láthatók, amelyek egyensúlyi - egyensúlyi koncentrációknál jönnek létre. Az egyenlet jobb oldala egy állandó (állandó hőmérsékletű) mennyiség.
Megmutatható, hogy ben általános eset reverzibilis reakció
az egyensúlyi állandót a következő egyenlettel fejezzük ki:
Itt nagybetűvel jelölik az anyagok képleteit, a kicsik pedig együtthatókat a reakcióegyenletben.
Így állandó hőmérsékleten a reverzibilis reakció egyensúlyi állandója az állandó érték, amely a reakciótermékek (számláló) és a kiindulási anyagok (nevező) koncentrációinak arányát mutatja, amely egyensúlyi állapot esetén alakul ki.
Az egyensúlyi állandó egyenlet azt mutatja, hogy egyensúlyi körülmények között a reakcióban részt vevő összes anyag koncentrációja összefügg egymással. Ezen anyagok bármelyikének koncentrációjának változása az összes többi anyag koncentrációjában is változást von maga után; ennek eredményeként új koncentrációk jönnek létre, de a köztük lévő arány ismét megfelel az egyensúlyi állandónak.
Az egyensúlyi állandó számértéke első közelítéssel egy adott reakció hozamát jellemzi. Például amikor a reakció hozama magas, mert ebben az esetben
azaz egyensúlyi állapotban a reakciótermékek koncentrációja sokkal nagyobb, mint a kiindulási anyagok koncentrációja, és ez azt jelenti, hogy a reakció hozama magas. Amikor (hasonló okból) a reakció hozama alacsony.
Heterogén reakciók esetén az egyensúlyi állandó kifejezése, valamint a tömeghatás törvényének kifejezése (lásd 58. §) csak azoknak az anyagoknak a koncentrációját foglalja magában, amelyek gáz- vagy folyadékfázisban vannak. Például a reakcióhoz
az egyensúlyi állandó alakja:
Az egyensúlyi állandó értéke a reagáló anyagok természetétől és a hőmérséklettől függ. Nem függ a katalizátorok jelenlététől. Mint már említettük, az egyensúlyi állandó megegyezik az előre és a fordított reakció sebességi állandóinak arányával. Mivel a katalizátor azonos mértékben változtatja mind az előre, mind a fordított reakciók aktiválási energiáját (lásd 60. §), ez nem befolyásolja sebességi állandóik arányát.
Ezért a katalizátor nem befolyásolja az egyensúlyi állandó értékét, ezért nem tudja sem növelni, sem csökkenteni a reakció hozamát. Csak gyorsítani vagy lassítani tudja az egyensúly létrejöttét.
