Тема: Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение равновесия под действием различных факторов.
Уровень сложности: Базовый
Максимальный балл: 1
Примерное время выполнения: 2-3 минуты
Химические реакции по признаку обратимости делятся на два типа:
Это реакции, которые протекают только в одном направлении – от исходных веществ к продуктам. Обычно необратимость реакции обусловлена выводом одного из продуктов из зоны реакции (выпадение осадка, выделение газа, образование малодиссоциирующего вещества).
Пример необратимой реакции:
BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl
Реакция необратима, так как образуется нерастворимый осадок сульфата бария.
Это реакции, которые одновременно протекают как в прямом, так и в обратном направлениях. В уравнениях обратимых реакций вместо знака равенства (=) или стрелки (→) ставят знак обратимости (⇄).
Пример обратимой реакции:
N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
Реакция обратима, так как одновременно происходит как образование аммиака из азота и водорода, так и разложение аммиака на азот и водород.
Химическое равновесие – это состояние обратимой реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны. При этом концентрации всех веществ, участвующих в реакции, остаются неизменными во времени.
Важно понимать, что химическое равновесие – это динамическое равновесие. Это означает, что реакции не прекращаются, а продолжают идти с одинаковыми скоростями в противоположных направлениях.
Принцип Ле Шателье (принцип подвижного равновесия) гласит:
Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию), то равновесие сместится в направлении той реакции, которая ослабляет это воздействие.
Пример: Для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
Увеличение концентрации N₂ или H₂ смещает равновесие вправо (в сторону образования NH₃).
Увеличение концентрации NH₃ смещает равновесие влево (в сторону образования N₂ и H₂).
Важно: изменение концентрации твердых веществ и чистых жидкостей не влияет на смещение химического равновесия, так как их концентрация постоянна.
Пример: Для экзотермической реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q
Повышение температуры смещает равновесие влево (в сторону разложения NH₃).
Понижение температуры смещает равновесие вправо (в сторону образования NH₃).
Изменение давления влияет на смещение равновесия только в реакциях с участием газообразных веществ, причем только в тех случаях, когда число молекул газов в левой и правой частях уравнения различно.
Пример: Для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
В левой части уравнения 4 молекулы газа (1 + 3), в правой – 2 молекулы газа.
Повышение давления смещает равновесие вправо (в сторону образования NH₃), так как это приводит к уменьшению числа молекул газа.
Понижение давления смещает равновесие влево (в сторону образования N₂ и H₂), так как это приводит к увеличению числа молекул газа.
Если число молекул газа в левой и правой частях уравнения одинаково, то изменение давления не влияет на смещение равновесия.
Пример: Для реакции H₂ + I₂ ⇄ 2HI
В левой и правой частях уравнения по 2 молекулы газа, поэтому изменение давления не влияет на смещение равновесия.
Катализатор не влияет на смещение химического равновесия, так как он одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию. Катализатор лишь ускоряет достижение равновесия.
В задании 22 ЕГЭ по химии обычно требуется определить, в какую сторону сместится химическое равновесие при изменении условий (концентрации, температуры, давления).
Пример 1: Установите соответствие между уравнением реакции и направлением смещения химического равновесия при увеличении давления.
| Уравнение реакции | Направление смещения равновесия |
|---|---|
| А) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ | 1) смещается в сторону прямой реакции |
| Б) H₂ + I₂ ⇄ 2HI | 2) смещается в сторону обратной реакции |
| В) N₂ + O₂ ⇄ 2NO | 3) не смещается |
| Г) 2NO + O₂ ⇄ 2NO₂ |
Решение:
А) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃
В левой части уравнения 3 молекулы газа (2 + 1), в правой – 2 молекулы газа.
При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газа, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Б) H₂ + I₂ ⇄ 2HI
В левой части уравнения 2 молекулы газа (1 + 1), в правой – 2 молекулы газа.
Число молекул газа в левой и правой частях уравнения одинаково, поэтому изменение давления не влияет на смещение равновесия.
Ответ: 3
В) N₂ + O₂ ⇄ 2NO
В левой части уравнения 2 молекулы газа (1 + 1), в правой – 2 молекулы газа.
Число молекул газа в левой и правой частях уравнения одинаково, поэтому изменение давления не влияет на смещение равновесия.
Ответ: 3
Г) 2NO + O₂ ⇄ 2NO₂
В левой части уравнения 3 молекулы газа (2 + 1), в правой – 2 молекулы газа.
При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газа, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Ответ: А – 1, Б – 3, В – 3, Г – 1
Пример 2: Установите соответствие между уравнением реакции и направлением смещения химического равновесия при повышении температуры.
| Уравнение реакции | Направление смещения равновесия |
|---|---|
| А) N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q | 1) смещается в сторону прямой реакции |
| Б) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ + Q | 2) смещается в сторону обратной реакции |
| В) N₂ + O₂ ⇄ 2NO – Q | 3) не смещается |
| Г) H₂ + I₂ ⇄ 2HI – Q |
Решение:
А) N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q
Реакция экзотермическая (выделяется теплота, Q > 0).
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть влево (в сторону обратной реакции).
Ответ: 2
Б) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ + Q
Реакция экзотермическая (выделяется теплота, Q > 0).
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть влево (в сторону обратной реакции).
Ответ: 2
В) N₂ + O₂ ⇄ 2NO – Q
Реакция эндотермическая (поглощается теплота, Q < 0).
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Г) H₂ + I₂ ⇄ 2HI – Q
Реакция эндотермическая (поглощается теплота, Q < 0).
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Ответ: А – 2, Б – 2, В – 1, Г – 1
Пример 3: Установите соответствие между уравнением реакции и направлением смещения химического равновесия при увеличении концентрации кислорода.
| Уравнение реакции | Направление смещения равновесия |
|---|---|
| А) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ | 1) смещается в сторону прямой реакции |
| Б) 2H₂O ⇄ 2H₂ + O₂ | 2) смещается в сторону обратной реакции |
| В) CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂ | 3) не смещается |
| Г) 4HCl + O₂ ⇄ 2Cl₂ + 2H₂O |
Решение:
А) 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃
Кислород (O₂) является исходным веществом.
При увеличении концентрации исходного вещества равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Б) 2H₂O ⇄ 2H₂ + O₂
Кислород (O₂) является продуктом реакции.
При увеличении концентрации продукта реакции равновесие смещается в сторону образования исходных веществ, то есть влево (в сторону обратной реакции).
Ответ: 2
В) CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂
Кислород (O₂) не участвует в данной реакции.
Изменение концентрации вещества, не участвующего в реакции, не влияет на смещение равновесия.
Ответ: 3
Г) 4HCl + O₂ ⇄ 2Cl₂ + 2H₂O
Кислород (O₂) является исходным веществом.
При увеличении концентрации исходного вещества равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, то есть вправо (в сторону прямой реакции).
Ответ: 1
Ответ: А – 1, Б – 2, В – 3, Г – 1
Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 22.