>> Chemie: Chemisches Gleichgewicht und Wege zu seiner Verschiebung Bei reversiblen Prozessen ist die Geschwindigkeit einer direkten Reaktion zunächst maximal und nimmt dann ab, da die Konzentrationen der verbrauchten Ausgangsstoffe und die Bildung von Reaktionsprodukten abnehmen. Vielmehr nimmt die anfangs minimale Geschwindigkeit der Rückreaktion mit zunehmender Konzentration der Reaktionsprodukte zu. Schließlich kommt ein Moment, in dem die Raten der Vorwärts- und Rückwärtsreaktion gleich werden.
Der Zustand eines chemischen reversiblen Prozesses wird als chemisches Gleichgewicht bezeichnet, wenn die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist.
Das chemische Gleichgewicht ist dynamisch (mobil), da die Reaktion nicht aufhört, wenn es auftritt, nur die Konzentrationen der Komponenten bleiben unverändert, dh für eine Zeiteinheit wird die gleiche Menge an Reaktionsprodukten gebildet, die in die übergeht Ausgangsstoffe. Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck kann das Gleichgewicht einer reversiblen Reaktion unbegrenzt aufrechterhalten werden.
In der Produktion interessieren sie sich meist für den vorherrschenden Fluss der direkten Reaktion. Beispielsweise bei der Herstellung von Ammoniak, Schwefeloxid (VI). Stickoxid (II). Wie leitet man das System aus dem Gleichgewichtszustand ab? Wie wirkt sich eine Änderung der äußeren Bedingungen, unter denen ein bestimmter reversibler chemischer Prozess abläuft, darauf aus?
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Entsprechend der Möglichkeit einer Rückreaktion werden chemische Reaktionen in reversible und irreversible unterteilt.
Reversible chemische Reaktionen sind Reaktionen, deren Produkte unter gegebenen Bedingungen miteinander wechselwirken können.
irreversible Reaktionen Das sind Reaktionen, deren Produkte unter gegebenen Bedingungen nicht miteinander wechselwirken können.
Weitere Details zu Klassifizierung chemischer Reaktionen gelesen werden kann.
Die Wahrscheinlichkeit einer Produktinteraktion hängt von den Prozessbedingungen ab.
Also wenn das System offen, d.h. Materie und Energie mit der Umgebung austauscht, dann sind chemische Reaktionen, bei denen beispielsweise Gase entstehen, irreversibel. zum Beispiel , beim Kalzinieren von festem Natriumbicarbonat:
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
gasförmiges Kohlendioxid wird freigesetzt und verflüchtigt sich aus der Reaktionszone. Daher wird eine solche Reaktion irreversibel unter diesen Umständen. Wenn wir überlegen geschlossenes System , welche kann nicht Stoff mit der Umgebung austauschen (z. B. eine geschlossene Box, in der die Reaktion stattfindet), dann kann Kohlendioxid nicht aus der Reaktionszone entweichen und reagiert mit Wasser und Natriumcarbonat, dann ist die Reaktion reversibel unter diese Bedingungen:
2NaHCO 3 ⇔ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
Prüfen reversible Reaktionen. Die reversible Reaktion laufe nach folgendem Schema ab:
aA + bB = cC + dD
Die Geschwindigkeit der direkten Reaktion nach dem Massenwirkungsgesetz wird bestimmt durch den Ausdruck: v 1 = k 1 ·C A a ·C B b , die Geschwindigkeit der Rückreaktion: v 2 = k 2 ·C C c ·C D d . Wenn im Anfangsmoment der Reaktion keine Substanzen C und D im System vorhanden sind, kollidieren und interagieren hauptsächlich die Teilchen A und B, und es findet eine überwiegend direkte Reaktion statt. Allmählich beginnt auch die Konzentration der Partikel C und D zu steigen, daher wird die Geschwindigkeit der Rückreaktion zunehmen. Irgendwann die Geschwindigkeit der Hinreaktion wird gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion. Dieser Zustand heißt chemisches Gleichgewicht .
Auf diese Weise, chemisches Gleichgewicht ist der Zustand des Systems, in dem die Raten der Hin- und Rückreaktion sind gleich .
weil die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktionen sind gleich, die Bildungsgeschwindigkeit der Substanzen ist gleich der Geschwindigkeit ihres Verbrauchs und der Strom Konzentrationen von Stoffen ändern sich nicht . Solche Konzentrationen werden genannt ausgewogen .
Beachte das im Gleichgewicht sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsreaktionen, das heißt, die Reaktanten interagieren miteinander, aber auch die Produkte interagieren mit der gleichen Geschwindigkeit. Gleichzeitig können externe Faktoren Einfluss nehmen Verschiebung chemisches Gleichgewicht in die eine oder andere Richtung. Daher wird das chemische Gleichgewicht als mobil oder dynamisch bezeichnet.
Die Forschung auf dem Gebiet des beweglichen Gleichgewichts begann im 19. Jahrhundert. In den Schriften von Henri Le Chatelier wurden die Grundlagen der Theorie gelegt, die später vom Wissenschaftler Karl Brown verallgemeinert wurden. Das Prinzip des beweglichen Gleichgewichts oder das Prinzip von Le Chatelier-Brown besagt:
Wird das im Gleichgewicht befindliche System durch einen äußeren Faktor beeinflusst, der irgendeine der Gleichgewichtsbedingungen verändert, so werden die Prozesse zur Kompensation äußerer Einflüsse im System verstärkt.
Mit anderen Worten: Unter einer äußeren Beeinflussung des Systems verschiebt sich das Gleichgewicht so, dass diese äußere Beeinflussung kompensiert wird.
Dieses sehr wichtige Prinzip funktioniert bei allen Gleichgewichtsphänomenen (nicht nur bei chemischen Reaktionen). Wir werden es jedoch jetzt in Bezug auf chemische Wechselwirkungen betrachten. Bei chemischen Reaktionen führen äußere Einwirkungen zu einer Veränderung der Gleichgewichtskonzentrationen von Stoffen.
Drei Hauptfaktoren können chemische Reaktionen im Gleichgewicht beeinflussen: Temperatur, Druck und Konzentrationen von Reaktanten oder Produkten.
1. Wie Sie wissen, gehen chemische Reaktionen mit einem thermischen Effekt einher. Wenn die direkte Reaktion unter Wärmeabgabe (exotherm oder + Q) verläuft, verläuft die Rückreaktion unter Wärmeaufnahme (endotherm oder -Q) und umgekehrt. Wenn Sie erhöhen Temperatur im System verschiebt sich das Gleichgewicht, um diesen Anstieg zu kompensieren. Es ist logisch, dass bei einer exothermen Reaktion die Temperaturerhöhung nicht kompensiert werden kann. Mit steigender Temperatur verschiebt sich also das Gleichgewicht im System in Richtung Wärmeaufnahme, d.h. gegenüber endothermen Reaktionen (-Q); mit abnehmender Temperatur - in Richtung einer exothermen Reaktion (+ Q).
2. Bei Gleichgewichtsreaktionen, wenn sich mindestens einer der Stoffe in der Gasphase befindet, wird auch das Gleichgewicht durch die Änderung erheblich beeinflusst Druck im System. Wenn der Druck erhöht wird, versucht das chemische System diesen Effekt zu kompensieren und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, bei der die Menge an gasförmigen Stoffen abnimmt. Wenn der Druck verringert wird, erhöht das System die Reaktionsgeschwindigkeit, bei der mehr Moleküle gasförmiger Substanzen gebildet werden. Also: Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der Anzahl von Gasmolekülen, mit einer Abnahme des Drucks in Richtung einer Zunahme der Anzahl von Gasmolekülen.
Beachten Sie! Systeme mit gleicher Molekülzahl von Eduktgasen und Produkten werden vom Druck nicht beeinflusst! Auch eine Druckänderung wirkt sich praktisch nicht auf das Gleichgewicht in Lösungen aus, d.h. bei Reaktionen ohne Gase.
3. Auch das Gleichgewicht in chemischen Systemen wird durch die Veränderung beeinflusst Konzentration Reaktanten und Produkte. Wenn die Konzentration der Reaktanten zunimmt, versucht das System, sie zu verbrauchen und erhöht die Geschwindigkeit der Hinreaktion. Mit abnehmender Konzentration der Reagenzien versucht das System, sie anzusammeln, und die Geschwindigkeit der Rückreaktion nimmt zu. Mit zunehmender Konzentration von Produkten versucht das System auch diese zu verbrauchen und erhöht die Geschwindigkeit der Rückreaktion. Mit abnehmender Produktkonzentration erhöht das chemische System die Bildungsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit der Hinreaktion.
Wenn in einem chemischen System die Geschwindigkeit der Hinreaktion nimmt zu Rechts , hin zur Produktbildung und Reagenzienverbrauch . Wenn ein die Geschwindigkeit der Rückreaktion nimmt zu, sagen wir, dass sich das Gleichgewicht verschoben hat Nach links , in Richtung Nahrungsaufnahme und Erhöhung der Konzentration von Reagenzien .
zum Beispiel, in der Ammoniaksynthesereaktion:
N2 + 3H2 \u003d 2NH3 + Q
eine Druckerhöhung führt zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, bei der weniger Gasmoleküle gebildet werden, d.h. direkte Reaktion (die Anzahl der Reaktionsgasmoleküle beträgt 4, die Anzahl der Gasmoleküle in den Produkten beträgt 2). Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, hin zu den Produkten. Beim Anstieg der Temperatur das Gleichgewicht wird sich verschieben hin zu einer endothermen Reaktion, d.h. nach links, zu den Reagenzien. Eine Erhöhung der Konzentration von Stickstoff oder Wasserstoff verschiebt das Gleichgewicht in Richtung ihres Verbrauchs, d.h. nach rechts, zu den Produkten.
Katalysator hat keinen Einfluss auf das Gleichgewicht, weil beschleunigt sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsreaktion.
Chemisches Gleichgewicht und die Prinzipien seiner Verschiebung (Prinzip von Le Chatelier)
Bei reversiblen Reaktionen kann unter bestimmten Bedingungen ein chemischer Gleichgewichtszustand eintreten. Dies ist der Zustand, in dem die Geschwindigkeit der Rückreaktion gleich der Geschwindigkeit der Hinreaktion wird. Aber um das Gleichgewicht in die eine oder andere Richtung zu verschieben, müssen die Reaktionsbedingungen geändert werden. Das Prinzip der Gleichgewichtsverschiebung ist das Prinzip von Le Chatelier.
Grundlegende Bestimmungen:
1. Eine äußere Einwirkung auf ein System, das sich in einem Gleichgewichtszustand befindet, führt zu einer Verschiebung dieses Gleichgewichts in die Richtung, in der die Wirkung der erzeugten Einwirkung abgeschwächt wird.
2. Bei Konzentrationserhöhung eines der reagierenden Stoffe verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Verbrauch dieses Stoffes, bei Konzentrationsabnahme verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Bildung dieses Stoffes.
3. Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der Menge an gasförmigen Stoffen, dh in Richtung einer Druckabnahme; bei abnehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung zunehmender Mengen an gasförmigen Stoffen, also in Richtung zunehmenden Drucks. Wenn die Reaktion abläuft, ohne die Anzahl der Moleküle gasförmiger Substanzen zu ändern, beeinflusst der Druck die Gleichgewichtslage in diesem System nicht.
4. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion, mit sinkender Temperatur in Richtung einer exothermen Reaktion.
Für die Prinzipien danken wir dem Handbuch „The Beginnings of Chemistry“ Kuzmenko N.E., Eremin V.V., Popkov V.A.
USE-Aufgaben für chemisches Gleichgewicht (früher A21)
Aufgabe Nummer 1.
H2S(g) ↔ H2(g) + S(g) - Q
1. Druckaufbau
2. Temperaturanstieg
3. Druckreduzierung
Erläuterung: Betrachten Sie zunächst die Reaktion: Alle Substanzen sind Gase und auf der rechten Seite befinden sich zwei Produktmoleküle und auf der linken Seite nur eines, die Reaktion ist ebenfalls endotherm (-Q). Berücksichtigen Sie daher die Änderung von Druck und Temperatur. Wir müssen das Gleichgewicht in Richtung der Reaktionsprodukte verschieben. Wenn wir den Druck erhöhen, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Volumenabnahme, dh in Richtung der Reagenzien - das passt nicht zu uns. Wenn wir die Temperatur erhöhen, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der endothermen Reaktion, in unserem Fall in Richtung der Produkte, was erforderlich war. Die richtige Antwort ist 2.
Aufgabe Nummer 2.
Chemisches Gleichgewicht im System
SO3(g) + NO(g) ↔ SO2(g) + NO2(g) - Q
verschiebt sich zur Bildung von Reagenzien bei:
1. Erhöhung der NO-Konzentration
2. Erhöhung der SO2-Konzentration
3. Temperaturanstieg
4. Steigender Druck
Erläuterung: Alle Substanzen sind Gase, aber die Volumina auf der rechten und linken Seite der Gleichung sind gleich, sodass der Druck das Gleichgewicht im System nicht beeinflusst. Stellen Sie sich eine Temperaturänderung vor: Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion, nur in Richtung der Reaktanten. Die richtige Antwort ist 3.
Aufgabe Nummer 3.
Im System
2NO2(g) ↔ N2O4(g) + Q
die Verschiebung des Gleichgewichts nach links wird dazu beitragen
1. Druckerhöhung
2. Erhöhung der Konzentration von N2O4
3. Senken der Temperatur
4. Katalysatoreinführung
Erläuterung: Beachten wir, dass die Volumina gasförmiger Substanzen im rechten und linken Teil der Gleichung nicht gleich sind, daher beeinflusst eine Druckänderung das Gleichgewicht in diesem System. Mit zunehmendem Druck verschiebt sich nämlich das Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der Menge an gasförmigen Stoffen, dh nach rechts. Es passt nicht zu uns. Die Reaktion ist exotherm, daher beeinflusst eine Temperaturänderung auch das Gleichgewicht des Systems. Mit abnehmender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der exothermen Reaktion, also auch nach rechts. Mit steigender N2O4-Konzentration verschiebt sich das Gleichgewicht zum Verbrauch dieser Substanz, also nach links. Die richtige Antwort ist 2.
Aufgabe Nummer 4.
Als Reaktion
2Fe(t) + 3H2O(g) ↔ 2Fe2O3(t) + 3H2(g) - Q
Das Gleichgewicht verschiebt sich hin zu den Reaktionsprodukten
1. Druckaufbau
2. Hinzufügen eines Katalysators
3. Zugabe von Eisen
4. Hinzufügen von Wasser
Erläuterung: Die Anzahl der Moleküle auf der rechten und linken Seite ist gleich, sodass eine Druckänderung das Gleichgewicht in diesem System nicht beeinflusst. Betrachten Sie eine Erhöhung der Eisenkonzentration - das Gleichgewicht sollte sich in Richtung des Verbrauchs dieser Substanz verschieben, dh nach rechts (in Richtung der Reaktionsprodukte). Die richtige Antwort ist 3.
Aufgabe Nummer 5.
Chemisches Gleichgewicht
H2O(g) + C(t) ↔ H2(g) + CO(g) - Q
wird sich im Fall von in Richtung Produktbildung verschieben
1. Druckerhöhung
2. Temperaturanstieg
3. Erhöhung der Prozesszeit
4. Katalysatoranwendungen
Erläuterung: eine Druckänderung wird das Gleichgewicht in einem gegebenen System nicht beeinflussen, da nicht alle Substanzen gasförmig sind. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der endothermen Reaktion, also nach rechts (in Richtung Produktbildung). Die richtige Antwort ist 2.
Aufgabe Nummer 6.
Mit steigendem Druck verschiebt sich das chemische Gleichgewicht hin zu den Produkten im System:
1. CH4(g) + 3S(t) ↔ CS2(g) + 2H2S(g) - Q
2. C(t) + CO2(g) ↔ 2CO(g) - Q
3. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
4. Ca(HCO3)2(t) ↔ CaCO3(t) + CO2(g) + H2O(g) - Q
Erläuterung: Die Druckänderung beeinflusst die Reaktionen 1 und 4 nicht, daher sind nicht alle beteiligten Substanzen gasförmig, in Gleichung 2 ist die Anzahl der Moleküle auf der rechten und linken Seite gleich, sodass der Druck nicht beeinflusst wird. Bleibt Gleichung 3. Prüfen wir: Bei steigendem Druck sollte sich das Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der Menge an gasförmigen Stoffen verschieben (4 Moleküle rechts, 2 Moleküle links), also in Richtung der Reaktionsprodukte. Die richtige Antwort ist 3.
Aufgabe Nummer 7.
Beeinflusst die Gleichgewichtsverschiebung nicht
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) - Q
1. Druckbeaufschlagung und Zugabe des Katalysators
2. Erhöhung der Temperatur und Zugabe von Wasserstoff
3. Absenken der Temperatur und Zugabe von Jodwasserstoff
4. Zugabe von Jod und Zugabe von Wasserstoff
Erläuterung: im rechten und linken Teil sind die Mengen an gasförmigen Substanzen gleich, daher wird eine Druckänderung das Gleichgewicht im System nicht beeinflussen, und die Zugabe eines Katalysators wird sich auch nicht auswirken, denn sobald wir einen Katalysator hinzufügen , wird die direkte Reaktion beschleunigt, und dann sofort die Umkehrung, und das Gleichgewicht im System wird wiederhergestellt. Die richtige Antwort ist 1.
Aufgabe Nummer 8.
Um das Gleichgewicht in der Reaktion nach rechts zu verschieben
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g); ∆H°<0
erforderlich
1. Katalysatoreinführung
2. Senken der Temperatur
3. Druckreduzierung
4. Verringerte Sauerstoffkonzentration
Erläuterung: eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung der Reaktanten (nach links). Eine Verringerung des Drucks verschiebt das Gleichgewicht in Richtung einer Verringerung der Menge an gasförmigen Substanzen, dh nach rechts. Die richtige Antwort ist 3.
Aufgabe Nummer 9.
Produktausbeute bei exothermer Reaktion
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
bei gleichzeitigem Temperaturanstieg und Druckabfall
1. Erhöhen
2. Verringern
3. Wird sich nicht ändern
4. Erst erhöhen, dann verringern
Erläuterung: bei steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion, also in Richtung der Produkte, und bei sinkendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Zunahme der gasförmigen Stoffmenge, also ebenfalls nach links. Daher nimmt die Produktausbeute ab. Die richtige Antwort ist 2.
Aufgabe Nummer 10.
Erhöhung der Methanolausbeute bei der Reaktion
CO + 2H2 ↔ CH3OH + Q
fördert
1. Temperaturanstieg
2. Katalysatoreinführung
3. Einführung eines Inhibitors
4. Druckerhöhung
Erläuterung: bei steigendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion, also hin zu den Reaktanden. Eine Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der gasförmigen Stoffmenge, also in Richtung der Bildung von Methanol. Die richtige Antwort ist 4.
Aufgaben zur selbstständigen Entscheidung (Antworten unten)
1. Im System
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q
eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts hin zu den Reaktionsprodukten wird dazu beitragen
1. Druck reduzieren
2. Erhöhung der Temperatur
3. Erhöhung der Konzentration von Kohlenmonoxid
4. Erhöhung der Wasserstoffkonzentration
2. In welchem System verschiebt sich mit zunehmendem Druck das Gleichgewicht zu den Reaktionsprodukten hin?
1. 2CO2(g) ↔ 2CO(g) + O2(g)
2. С2Н4 (g) ↔ С2Н2 (g) + Н2 (g)
3. PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g)
4. H2(g) + Cl2(g) ↔ 2HCl(g)
3. Chemisches Gleichgewicht im System
2HBr(g) ↔ H2(g) + Br2(g) - Q
wird sich zu den Reaktionsprodukten hin verschieben
1. Druckaufbau
2. Temperaturanstieg
3. Druckreduzierung
4. Verwendung eines Katalysators
4. Chemisches Gleichgewicht im System
C2H5OH + CH3COOH ↔ CH3COOC2H5 + H2O + Q
verschiebt sich zu den Reaktionsprodukten hin
1. Wasser hinzufügen
2. Reduzierung der Essigsäurekonzentration
3. Erhöhung der Ätherkonzentration
4. Beim Entfernen des Esters
5. Chemisches Gleichgewicht im System
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
verschiebt sich zur Bildung des Reaktionsproduktes hin
1. Druckaufbau
2. Temperaturanstieg
3. Druckreduzierung
4. Katalysatoranwendung
6. Chemisches Gleichgewicht im System
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
wird sich zu den Reaktionsprodukten hin verschieben
1. Druckaufbau
2. Senken der Temperatur
3. Erhöhung der CO-Konzentration
4. Temperaturanstieg
7. Druckänderungen beeinflussen den Zustand des chemischen Gleichgewichts im System nicht
1. 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
2. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
3. 2CO(g) + O2(g) ↔ 2CO2(g)
4. N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g)
8. In welchem System verschiebt sich mit zunehmendem Druck das chemische Gleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe?
1. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
2. N2O4(g) ↔ 2NO2(g) - Q
3. CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) - Q
4. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q
9. Chemisches Gleichgewicht im System
C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) - Q
wird sich zu den Reaktionsprodukten hin verschieben
1. Temperaturanstieg
2. Senken der Temperatur
3. Verwendung eines Katalysators
4. Reduzierung der Butankonzentration
10. Über den Zustand des chemischen Gleichgewichts im System
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) -Q
betrifft nicht
1. Druckerhöhung
2. Erhöhung der Jodkonzentration
3. Erhöhung der Temperatur
4. Temperatursenkung
Aufgaben für 2016
1. Stellen Sie eine Beziehung zwischen der Gleichung einer chemischen Reaktion und der Verschiebung des chemischen Gleichgewichts bei steigendem Druck im System her.
Reaktionsgleichung Chemische Gleichgewichtsverschiebung
A) N2 (g) + O2 (g) ↔ 2NO (g) - Q 1. Verschiebt sich zur direkten Reaktion
B) N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) - Q 2. Verschiebt sich in Richtung der Rückreaktion
C) CaCO3 (tv) ↔ CaO (tv) + CO2 (g) - Q 3. Es findet keine Gleichgewichtsverschiebung statt
D) Fe3O4(s) + 4CO(g) ↔ 3Fe(s) + 4CO2(g) + Q
2. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her:
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
und Verschiebung des chemischen Gleichgewichts.
A. Erhöhung der Konzentration von CO 1. Verschiebt sich in Richtung der direkten Reaktion
B. Druckabfall 3. Es findet keine Gleichgewichtsverschiebung statt
3. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her
HCOOH(l) + C5H5OH(l) ↔ HCOOC2H5(l) + H2O(l) + Q
Äußere Einflüsse Verschiebung des chemischen Gleichgewichts
A. Zugabe von HCOOH 1. Verschiebt sich in Richtung Vorwärtsreaktion
B. Verdünnung mit Wasser 3. Es findet keine Gleichgewichtsverschiebung statt
D. Temperaturanstieg
4. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
und eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts.
Äußere Einflüsse Verschiebung des chemischen Gleichgewichts
A. Druckabfall 1. Verschiebungen in Richtung direkter Reaktion
B. Erhöhung der Temperatur 2. Verschiebung in Richtung der Rückreaktion
B. Anstieg der NO2-Temperatur 3. Es tritt keine Gleichgewichtsverschiebung auf
D. O2-Zugabe
5. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her
4NH3(g) + 3O2(g) ↔ 2N2(g) + 6H2O(g) + Q
und eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts.
Äußere Einflüsse Verschiebung des chemischen Gleichgewichts
A. Temperaturabfall 1. Verschiebung zur direkten Reaktion
B. Druckerhöhung 2. Verschiebungen in Richtung Umkehrreaktion
B. Erhöhung der Ammoniakkonzentration 3. Es findet keine Gleichgewichtsverschiebung statt
D. Entfernung von Wasserdampf
6. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her
WO3(s) + 3H2(g) ↔ W(s) + 3H2O(g) + Q
und eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts.
Äußere Einflüsse Verschiebung des chemischen Gleichgewichts
A. Temperaturerhöhung 1. Verschiebt sich in Richtung direkter Reaktion
B. Druckerhöhung 2. Verschiebungen in Richtung Umkehrreaktion
B. Verwendung eines Katalysators 3. Es tritt keine Gleichgewichtsverschiebung auf
D. Entfernung von Wasserdampf
7. Stellen Sie eine Korrespondenz zwischen äußeren Einflüssen auf das System her
Ñ4Í8(g) + Í2(g) ↔ Ñ4Í10(g) + Q
und eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts.
Äußere Einflüsse Verschiebung des chemischen Gleichgewichts
A. Erhöhung der Wasserstoffkonzentration 1. Verschiebt sich zu einer direkten Reaktion
B. Erhöhung der Temperatur 2. Verschiebungen in Richtung der Rückreaktion
B. Druckerhöhung 3. Es findet keine Gleichgewichtsverschiebung statt
D. Verwendung eines Katalysators
8. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen der Gleichung einer chemischen Reaktion und einer gleichzeitigen Änderung der Parameter des Systems her, was zu einer Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in Richtung einer direkten Reaktion führt.
Reaktionsgleichung Ändern von Systemparametern
A. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g) + Q 1. Steigende Temperatur und Wasserstoffkonzentration
B. H2(g) + I2(tv) ↔ 2HI(g) -Q 2. Abnahme der Temperatur und Wasserstoffkonzentration
B. CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q 3. Anstieg der Temperatur und Abnahme der Wasserstoffkonzentration
D. C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) -Q 4. Temperaturabfall und Wasserstoffkonzentrationsanstieg
9. Stellen Sie eine Beziehung zwischen der Gleichung einer chemischen Reaktion und der Verschiebung des chemischen Gleichgewichts bei steigendem Druck im System her.
Reaktionsgleichung Verschiebungsrichtung des chemischen Gleichgewichts
A. 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(tv) 1. Verschiebt sich zur direkten Reaktion
B. C(g) + 2S(g) ↔ CS2(g) 2. Verschiebt sich in Richtung der Rückreaktion
B. C3H6(g) + H2(g) ↔ C3H8(g) 3. Es gibt keine Gleichgewichtsverschiebung
H. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g)
10. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen der Gleichung einer chemischen Reaktion und einer gleichzeitigen Änderung der Bedingungen für ihre Durchführung her, die zu einer Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in Richtung einer direkten Reaktion führt.
Reaktionsgleichung Wechselnde Bedingungen
A. N2(g) + H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q 1. Erhöhung von Temperatur und Druck
B. N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) -Q 2. Temperatur- und Druckabfall
B. CO2 (g) + C (fest) ↔ 2CO (g) + Q 3. Steigende Temperatur und sinkender Druck
D. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q 4. Temperaturabfall und Druckanstieg
Antworten: 1 - 3, 2 - 3, 3 - 2, 4 - 4, 5 - 1, 6 - 4, 7 - 4, 8 - 2, 9 - 1, 10 - 1
1. 3223
2. 2111
3. 1322
4. 2221
5. 1211
6. 2312
7. 1211
8. 4133
9. 1113
10. 4322
Für die Aufgaben danken wir den Autoren der Aufgabensammlungen 2016, 2015, 2014, 2013:
Kavernina A.A., Dobrotina D.Yu., Snastina M.G., Savinkina E.V., Zhiveinova O.G.
Das Konzept des chemischen Gleichgewichts
Als Gleichgewichtszustand wird der Zustand des Systems angesehen, der unverändert bleibt und nicht auf die Einwirkung äußerer Kräfte zurückzuführen ist. Der Zustand eines Systems von Reaktanten, in dem die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion wird, wird als bezeichnet chemisches Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird auch genannt Handy, Mobiltelefon m oder dynamisch Balance.
Zeichen des chemischen Gleichgewichts
1. Der Zustand des Systems bleibt zeitlich unverändert, während äußere Bedingungen beibehalten werden.
2. Das Gleichgewicht ist dynamisch, das heißt, aufgrund des Flusses von direkten und umgekehrten Reaktionen mit der gleichen Geschwindigkeit.
3. Jeder äußere Einfluss bewirkt eine Veränderung des Gleichgewichts des Systems; wird der äußere Einfluss entfernt, kehrt das System wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück.
4. Der Gleichgewichtszustand kann von zwei Seiten angefahren werden - sowohl von der Seite der Ausgangsstoffe als auch von der Seite der Reaktionsprodukte.
5. Im Gleichgewicht erreicht die Gibbs-Energie ihren Minimalwert.
Das Prinzip von Le Chatelier
Der Einfluss von Änderungen der äußeren Bedingungen auf die Gleichgewichtslage wird bestimmt durch Das Prinzip von Le Chatelier (das Prinzip des bewegten Gleichgewichts): Wenn auf ein System im Gleichgewichtszustand ein äußerer Einfluss ausgeübt wird, wird in dem System eine der Richtungen des Prozesses zunehmen, die die Wirkung dieses Einflusses abschwächt, und die Gleichgewichtslage wird sich in die gleiche Richtung verschieben.
Das Prinzip von Le Chatelier gilt nicht nur für chemische Prozesse, sondern auch für physikalische Prozesse wie Kochen, Kristallisation, Auflösung usw.
Betrachten Sie den Einfluss verschiedener Faktoren auf das chemische Gleichgewicht am Beispiel der NO-Oxidationsreaktion:
2 NEIN (d) + O 2(d) 2 NEIN 2(d); H etwa 298 = - 113,4 kJ/Mol.
Einfluss der Temperatur auf das chemische Gleichgewicht
Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion und mit sinkender Temperatur in Richtung einer exothermen Reaktion.
Der Grad der Gleichgewichtsverschiebung wird durch den Absolutwert des thermischen Effekts bestimmt: Je größer der Absolutwert der Reaktionsenthalpie ist H, desto signifikanter ist der Einfluss der Temperatur auf den Gleichgewichtszustand.
Bei der betrachteten Synthesereaktion von Stickstoffmonoxid (IV ) eine Temperaturerhöhung verschiebt das Gleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe.
Einfluss des Drucks auf das chemische Gleichgewicht
Kompression verschiebt das Gleichgewicht in Richtung des Prozesses, der mit einer Volumenabnahme gasförmiger Stoffe einhergeht, und Druckabnahme verschiebt das Gleichgewicht in die entgegengesetzte Richtung. In diesem Beispiel befinden sich drei Volumen auf der linken Seite der Gleichung und zwei auf der rechten Seite. Da eine Druckerhöhung einen Prozess begünstigt, der mit Volumenverringerung abläuft, verschiebt eine Druckerhöhung das Gleichgewicht nach rechts, d.h. zum Reaktionsprodukt - NO 2 . Eine Druckabnahme verschiebt das Gleichgewicht in die entgegengesetzte Richtung. Es sollte beachtet werden, dass, wenn in der reversiblen Reaktionsgleichung die Anzahl der Moleküle gasförmiger Substanzen im rechten und linken Teil gleich ist, die Druckänderung die Gleichgewichtsposition nicht beeinflusst.
Wirkung der Konzentration auf das chemische Gleichgewicht
Für die betrachtete Reaktion das Einbringen zusätzlicher Mengen an NO oder O 2 in das Gleichgewichtssystem bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichts in die Richtung, in der die Konzentration dieser Stoffe abnimmt, daher gibt es eine Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung der Formation NEIN 2 . Konzentration steigern NEIN 2 verschiebt das Gleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe.
Der Katalysator beschleunigt sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion gleichermaßen und beeinflusst daher die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nicht.
Beim Einbringen in ein Gleichgewichtssystem (bei Р = const ) eines Inertgases nehmen die Konzentrationen der Reaktanden (Partialdrücke) ab. Da der betrachtete Oxidationsprozess NEIN geht bei einer Abnahme der Lautstärke, dann beim Hinzufügen
Konstante des chemischen Gleichgewichts
Für eine chemische Reaktion:
2 NEIN (d) + O 2 (d) 2 NEIN 2(d)
chemische Reaktionskonstante K mit ist das Verhältnis:
(12.1)
In dieser Gleichung stehen in eckigen Klammern die Konzentrationen der Reaktanten, die sich im chemischen Gleichgewicht einstellen, d.h. Gleichgewichtskonzentrationen von Stoffen.
Die chemische Gleichgewichtskonstante hängt mit der Änderung der Gibbs-Energie durch die Gleichung zusammen:
G T o = -RTlnK. (12.2).
Beispiele für Problemlösungen
Bei einer bestimmten Temperatur liegen die Gleichgewichtskonzentrationen im System 2CO(g)+O vor 2 (d) 2CO 2 (d) waren: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstante bei dieser Temperatur und die Anfangskonzentrationen von CO und O 2 wenn die Ausgangsmischung kein CO enthielt 2 .
.
2CO (g) + O2(g)2CO 2(d).
In der zweiten Zeile bedeutet c Proreaktor die Konzentration der umgesetzten Ausgangsstoffe und die Konzentration des gebildeten CO 2 , außerdem gilt c initial = c proreact + c equal .
Berechnen Sie anhand der Referenzdaten die Gleichgewichtskonstante des Prozesses3H 2 (G) + N 2 (G) 2 NH 3 (G) bei 298 K.
G 298 oder \u003d 2 ( - 16,71) kJ = -33,42 10 3 J.
G T o = - RTlnK.
lnK \u003d 33,42 10 3 / (8,314 × 298) \u003d 13,489. K \u003d 7,21 × 10 5.
Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonzentration von HI im SystemH 2(d) + ich 2(d) 2HI (G) ,
wenn bei einer bestimmten Temperatur die Gleichgewichtskonstante 4 ist und die Anfangskonzentrationen von H 2 , I 2 und HI sind 1, 2 bzw. 0 mol/l.
Entscheidung. Bis zu einem bestimmten Zeitpunkt sollen x mol/l H 2 reagiert haben.
.
Wenn wir diese Gleichung lösen, erhalten wir x = 0,67.
Daher beträgt die Gleichgewichtskonzentration von HI 2 × 0,67 = 1,34 mol / l.
Bestimmen Sie anhand von Referenzdaten die Temperatur, bei der die Gleichgewichtskonstante des Prozesses: H 2 (g) + HCOH (d) CH3OH (d) wird gleich 1. Angenommen, dass H o T » H o 298 und S o T " S ungefähr 298 .Wenn K = 1, dann G o T = -RTlnK = 0;
Bekam » H o 298 - T D S ungefähr 298 . Dann ;
Ho 298 \u003d -202 - (- 115,9) = -86,1 kJ = - 86,1 × 10 3 J;
S ungefähr 298 \u003d 239,7 - 218,7 - 130,52 \u003d -109,52 J / K;
ZU.
Entscheidung. Bis zu einem bestimmten Zeitpunkt sollen x mol/l SO 2 reagiert haben.
SO 2(G) + Cl 2(G)SO 2 Cl 2(G)
Dann bekommen wir:
.
Beim Lösen dieser Gleichung finden wir: x 1 \u003d 3 und x 2 \u003d 1,25. Aber x1 = 3 erfüllt die Bedingung des Problems nicht.
Daher \u003d 1,25 + 1 \u003d 2,25 mol / l.
Aufgaben zur selbstständigen Lösung
12.1. Bei welcher der folgenden Reaktionen verschiebt eine Druckerhöhung das Gleichgewicht nach rechts? Begründen Sie die Antwort.
1) 2NH 3 (d) 3 H 2 (d) + N 2 (g)
2) ZnCO 3 (c) ZnO (c) + CO 2 (g)
3) 2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (w)
4) CO2 (d) + C (Graphit) 2CO (g)
12.2.Bei einer bestimmten Temperatur liegen die Gleichgewichtskonzentrationen im System vor
2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (g)
waren: = 0,3 mol/l, = 0,6 mol/l, = 0,6 mol/l. Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstante und die Anfangskonzentration von HBr.
12.3.Für die Reaktion H 2 (g)+S (d) H2S (d) Bei einer bestimmten Temperatur ist die Gleichgewichtskonstante 2. Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen von H 2 und S, wenn die anfänglichen Konzentrationen von H 2 , S und H 2 S sind 2, 3 bzw. 0 mol/l.
Alle chemischen Reaktionen sind im Prinzip umkehrbar.
Das bedeutet, dass sowohl die Wechselwirkung der Edukte als auch die Wechselwirkung der Produkte im Reaktionsgemisch ablaufen. In diesem Sinne ist die Unterscheidung zwischen Edukten und Produkten willkürlich. Die Richtung einer chemischen Reaktion wird durch die Bedingungen ihrer Durchführung (Temperatur, Druck, Stoffkonzentration) bestimmt.
Viele Reaktionen haben eine vorherrschende Richtung, und es sind extreme Bedingungen erforderlich, um solche Reaktionen in der entgegengesetzten Richtung durchzuführen. Bei solchen Reaktionen findet eine fast vollständige Umwandlung von Reaktanten in Produkte statt.Beispiel. Eisen und Schwefel reagieren bei mäßiger Erwärmung miteinander zu Eisen(II)-sulfid, FeS ist unter solchen Bedingungen stabil und zerfällt praktisch nicht in Eisen und Schwefel:
Bei 200 atm und 400 0 C wird der maximale und gleich 36 % (Volumen) NH3-Gehalt in der Reaktionsmischung erreicht. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung durch die verstärkte Strömung der Rückreaktion nimmt der Volumenanteil an Ammoniak im Gemisch ab.
Die Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen ab.
Bei allen reversiblen Reaktionen nimmt die Geschwindigkeit der Hinreaktion ab und die Geschwindigkeit der Rückreaktion zu, bis beide Geschwindigkeiten gleich werden und sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.
In einem Gleichgewichtszustand werden die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich.
DAS PRINZIP VON LE CHATELIER VERSCHIEBUNG DES CHEMISCHEN GLEICHGEWICHTS.
Die Lage des chemischen Gleichgewichts hängt von folgenden Reaktionsparametern ab: Temperatur, Druck und Konzentration. Der Einfluss, den diese Faktoren auf eine chemische Reaktion haben, unterliegt einem Muster, das 1884 von dem französischen Wissenschaftler Le Chatelier allgemein formuliert wurde. Die moderne Formulierung des Prinzips von Le Chatelier lautet wie folgt:
1. Einfluss der Temperatur. Bei jeder reversiblen Reaktion entspricht eine der Richtungen einem exothermen Prozess und die andere einem endothermen.
2. Druckeinfluss. Bei allen Reaktionen mit gasförmigen Stoffen, begleitet von einer Volumenänderung durch Mengenänderung eines Stoffes beim Übergang von Ausgangsstoffen zu Produkten, beeinflusst der Druck im System die Gleichgewichtslage.
Der Druckeinfluss auf die Gleichgewichtslage gehorcht folgenden Regeln:So hat sich beim Übergang von den Ausgangsstoffen zu den Produkten das Volumen der Gase um die Hälfte verringert. Das bedeutet, dass sich mit steigendem Druck das Gleichgewicht in Richtung NH3-Bildung verschiebt, wie die folgenden Daten für die Ammoniak-Synthesereaktion bei 400 0C belegen:
3. Einfluss der Konzentration. Der Einfluss der Konzentration auf den Gleichgewichtszustand gehorcht folgenden Regeln:
