Задание 17 ЕГЭ по химии проверяет знание принципа Ле Шателье и умение определять направление смещения химического равновесия под влиянием различных факторов. В этом задании требуется проанализировать, как изменение условий реакции влияет на состояние химического равновесия.
Химическое равновесие – это состояние обратимой химической реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, а концентрации реагентов и продуктов остаются постоянными во времени.
Обратимые реакции обозначаются знаком ⇄:
A + B ⇄ C + D
В состоянии равновесия:
Константа химического равновесия (Kc) – это отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.
Для реакции aA + bB ⇄ cC + dD константа равновесия выражается формулой:
Kc = [C]c · [D]d / ([A]a · [B]b)
где [A], [B], [C], [D] – равновесные концентрации веществ A, B, C, D.
Константа равновесия зависит только от температуры и не зависит от концентраций веществ, давления (для реакций в газовой фазе без изменения числа молекул) и наличия катализатора.
Принцип Ле Шателье (принцип подвижного равновесия) – если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится в направлении, ослабляющем это воздействие.
При увеличении концентрации одного из исходных веществ равновесие смещается в сторону продуктов реакции (вправо).
При увеличении концентрации одного из продуктов реакции равновесие смещается в сторону исходных веществ (влево).
Изменение давления влияет только на равновесие реакций, протекающих в газовой фазе с изменением числа молекул газов.
При увеличении давления равновесие смещается в сторону меньшего числа молекул газов.
При уменьшении давления равновесие смещается в сторону большего числа молекул газов.
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (поглощающей теплоту).
При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции (выделяющей теплоту).
Катализатор не смещает химическое равновесие, а только ускоряет достижение равновесного состояния, одинаково влияя на скорости прямой и обратной реакций.
Для правильного применения принципа Ле Шателье необходимо знать, является ли реакция экзотермической или эндотермической, а также изменяется ли число молекул газов в ходе реакции.
| Фактор | Влияние на равновесие |
|---|---|
| Увеличение концентрации исходных веществ | Смещение вправо (в сторону продуктов) |
| Увеличение концентрации продуктов | Смещение влево (в сторону исходных веществ) |
| Увеличение давления | Смещение в сторону меньшего числа молекул газов |
| Уменьшение давления | Смещение в сторону большего числа молекул газов |
| Повышение температуры | Смещение в сторону эндотермической реакции |
| Понижение температуры | Смещение в сторону экзотермической реакции |
| Добавление катализатора | Не влияет на положение равновесия |
| Добавление инертного газа при постоянном объеме | Не влияет на положение равновесия |
| Добавление инертного газа при постоянном давлении | Смещение в сторону большего числа молекул газов |
Как изменится скорость прямой и обратной реакции и сместится ли химическое равновесие в системе
N2(г) + 3H2(г) ⇄ 2NH3(г) + Q
при повышении давления?
Ответ:
При повышении давления скорость как прямой, так и обратной реакции увеличится. Равновесие сместится вправо, в сторону образования аммиака.
1) Записываем уравнение обратимой реакции:
N2(г) + 3H2(г) ⇄ 2NH3(г) + Q
2) Определяем, является ли реакция экзотермической или эндотермической:
Реакция экзотермическая (выделяется теплота Q).
3) Определяем, изменяется ли число молекул газов в ходе реакции:
В левой части уравнения: 1 + 3 = 4 молекулы газов
В правой части уравнения: 2 молекулы газов
Число молекул газов уменьшается (4 → 2).
4) Анализируем, какой фактор изменяется:
Изменяется давление (повышается).
5) Применяем принцип Ле Шателье:
При повышении давления равновесие смещается в сторону меньшего числа молекул газов, т.е. вправо, в сторону образования аммиака.
6) Определяем изменение скорости реакций:
При повышении давления увеличивается концентрация всех газообразных веществ, что приводит к увеличению скорости как прямой, так и обратной реакции. Однако скорость прямой реакции увеличивается в большей степени, поэтому равновесие смещается вправо.
Как изменится скорость прямой и обратной реакции и сместится ли химическое равновесие в системе
2SO2(г) + O2(г) ⇄ 2SO3(г) + Q
при понижении температуры?
Ответ:
При понижении температуры скорость как прямой, так и обратной реакции уменьшится. Равновесие сместится вправо, в сторону образования оксида серы(VI).
1) Записываем уравнение обратимой реакции:
2SO2(г) + O2(г) ⇄ 2SO3(г) + Q
2) Определяем, является ли реакция экзотермической или эндотермической:
Реакция экзотермическая (выделяется теплота Q).
3) Определяем, изменяется ли число молекул газов в ходе реакции:
В левой части уравнения: 2 + 1 = 3 молекулы газов
В правой части уравнения: 2 молекулы газов
Число молекул газов уменьшается (3 → 2).
4) Анализируем, какой фактор изменяется:
Изменяется температура (понижается).
5) Применяем принцип Ле Шателье:
При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, т.е. вправо, в сторону образования оксида серы(VI).
6) Определяем изменение скорости реакций:
При понижении температуры скорость как прямой, так и обратной реакции уменьшается (согласно правилу Вант-Гоффа). Однако скорость обратной реакции уменьшается в большей степени, поэтому равновесие смещается вправо.
Изменение концентрации одного из веществ, участвующих в реакции, приводит к смещению равновесия в соответствии с принципом Ле Шателье.
Пример: для реакции N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Изменение концентрации твердых веществ и чистых жидкостей не влияет на положение химического равновесия, так как их концентрации считаются постоянными и не входят в выражение константы равновесия.
Изменение давления влияет только на равновесие реакций, протекающих в газовой фазе с изменением числа молекул газов.
Пример: для реакции N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Пример: для реакции H2 + I2 ⇄ 2HI
Изменение температуры влияет на константу равновесия и, следовательно, на положение равновесия.
Пример: для экзотермической реакции N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q
Пример: для эндотермической реакции N2O4 + Q ⇄ 2NO2
Катализатор не смещает химическое равновесие, а только ускоряет достижение равновесного состояния, одинаково влияя на скорости прямой и обратной реакций.
Добавление инертного газа (не участвующего в реакции) при постоянном объеме не влияет на положение равновесия, так как парциальные давления реагирующих веществ не изменяются.
Добавление инертного газа при постоянном давлении приводит к уменьшению парциальных давлений реагирующих веществ, что эквивалентно уменьшению давления. В этом случае равновесие смещается в сторону большего числа молекул газов.
| Реакция | Увеличение концентрации исходных веществ | Увеличение давления | Повышение температуры |
|---|---|---|---|
| N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q | Вправо | Вправо | Влево |
| 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3 + Q | Вправо | Вправо | Влево |
| H2 + I2 ⇄ 2HI - Q | Вправо | Не влияет | Вправо |
| N2O4 + Q ⇄ 2NO2 | Влево | Влево | Вправо |
| CO + H2O ⇄ CO2 + H2 + Q | Вправо | Не влияет | Влево |
| PCl5 + Q ⇄ PCl3 + Cl2 | Влево | Влево | Вправо |
Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 17.