>> Química: Equilíbrio químico e formas de deslocá-lo Em processos reversíveis, a velocidade de uma reação direta é inicialmente máxima e depois diminui devido ao fato de que as concentrações das substâncias iniciais consumidas e a formação dos produtos da reação diminuem. Ao contrário, a velocidade da reação inversa, que é mínima no início, aumenta à medida que a concentração dos produtos da reação aumenta. Finalmente, chega um momento em que as velocidades das reações direta e inversa se tornam iguais.
O estado de um processo químico reversível é chamado de equilíbrio químico se a velocidade da reação direta for igual à velocidade da reação inversa.
O equilíbrio químico é dinâmico (móvel), pois quando ocorre, a reação não para, apenas as concentrações dos componentes permanecem inalteradas, ou seja, por uma unidade de tempo, forma-se a mesma quantidade de produtos da reação que se transforma no substâncias de partida. A temperatura e pressão constantes, o equilíbrio de uma reação reversível pode ser mantido indefinidamente.
Na produção, eles estão mais frequentemente interessados no fluxo predominante da reação direta. Por exemplo, na produção de amônia, óxido de enxofre (VI). óxido nítrico (II). Como derivar o sistema do estado de equilíbrio? Como uma mudança nas condições externas sob as quais um determinado processo químico reversível ocorre o afeta?
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De acordo com a possibilidade de uma reação reversa, as reações químicas são divididas em reversíveis e irreversíveis.
Reações químicas reversíveis são reações cujos produtos, sob determinadas condições, podem interagir entre si.
reações irreversíveis Estas são reações cujos produtos sob determinadas condições não podem interagir uns com os outros.
Mais detalhes sobre classificação de reações químicas pode ser lido.
A probabilidade de interação do produto depende das condições do processo.
Então se o sistema abrir, ou seja troca tanto matéria quanto energia com o meio ambiente, então as reações químicas nas quais, por exemplo, os gases são formados, serão irreversíveis. Por exemplo , ao calcinar bicarbonato de sódio sólido:
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
o dióxido de carbono gasoso será liberado e volatilizará da zona de reação. Portanto, tal reação irreversível sob estas condições. Se considerarmos Sistema fechado , que não pode trocar matéria com o ambiente (por exemplo, uma caixa fechada na qual a reação ocorre), então o dióxido de carbono não será capaz de escapar da zona de reação e irá interagir com água e carbonato de sódio, então a reação será reversível sob estas condições:
2NaHCO 3 ⇔ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
Considerar reações reversíveis. Deixe a reação reversível prosseguir de acordo com o esquema:
aA + bB = cC + dD
A velocidade da reação direta de acordo com a lei da ação das massas é determinada pela expressão: v 1 =k 1 ·C A a ·C B b , a velocidade da reação inversa: v 2 =k 2 ·C C c ·C D d . Se no momento inicial da reação não houver substâncias C e D no sistema, então as partículas A e B colidem e interagem principalmente, e ocorre uma reação predominantemente direta. Gradualmente, a concentração das partículas C e D também começará a aumentar, portanto, a velocidade da reação inversa aumentará. Em algum ponto a velocidade da reação direta torna-se igual à velocidade da reação inversa. Este estado é chamado equilíbrio químico .
Nesse caminho, equilíbrio químico é o estado do sistema em que as velocidades das reações direta e inversa são iguais .
Porque as velocidades das reações direta e inversa são iguais, a velocidade de formação das substâncias é igual à velocidade de seu consumo e a corrente concentrações de substâncias não mudam . Essas concentrações são chamadas de equilibrado .
Observe que em equilíbrio reações diretas e inversas, ou seja, os reagentes interagem entre si, mas os produtos também interagem na mesma velocidade. Ao mesmo tempo, fatores externos podem influenciar mudança equilíbrio químico em uma direção ou outra. Portanto, o equilíbrio químico é chamado de móvel, ou dinâmico.
A pesquisa no campo do equilíbrio móvel começou no século 19. Nos escritos de Henri Le Chatelier, foram lançadas as bases da teoria, que mais tarde foram generalizadas pelo cientista Karl Brown. O princípio do equilíbrio móvel, ou o princípio de Le Chatelier-Brown, afirma:
Se um sistema em estado de equilíbrio é afetado por um fator externo que altera qualquer uma das condições de equilíbrio, então os processos destinados a compensar a influência externa são aprimorados no sistema.
Em outras palavras: sob uma influência externa sobre o sistema, o equilíbrio se deslocará de forma a compensar essa influência externa.
Este princípio, que é muito importante, funciona para qualquer fenômeno de equilíbrio (não apenas reações químicas). No entanto, vamos considerá-lo agora em relação às interações químicas. No caso de reações químicas, a ação externa leva a uma mudança nas concentrações de equilíbrio das substâncias.
Três fatores principais podem afetar as reações químicas em equilíbrio: temperatura, pressão e concentrações de reagentes ou produtos.
1. Como você sabe, as reações químicas são acompanhadas por um efeito térmico. Se a reação direta ocorre com a liberação de calor (exotérmica ou +Q), a reação inversa prossegue com a absorção de calor (endotérmica ou -Q) e vice-versa. Se você aumentar temperatura no sistema, o equilíbrio se deslocará para compensar esse aumento. É lógico que com uma reação exotérmica, o aumento de temperatura não pode ser compensado. Assim, à medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio no sistema muda para a absorção de calor, ou seja, para reações endotérmicas (-Q); com a diminuição da temperatura - na direção de uma reação exotérmica (+ Q).
2. No caso de reações de equilíbrio, quando pelo menos uma das substâncias está na fase gasosa, o equilíbrio também é significativamente afetado pela mudança pressão em sistema. Quando a pressão aumenta, o sistema químico tenta compensar esse efeito e aumenta a velocidade da reação, na qual a quantidade de substâncias gasosas diminui. Quando a pressão é reduzida, o sistema aumenta a velocidade da reação, na qual mais moléculas de substâncias gasosas são formadas. Assim: com o aumento da pressão, o equilíbrio desloca-se para uma diminuição do número de moléculas de gás, com uma diminuição da pressão - para um aumento do número de moléculas de gás.
Observação! Sistemas onde o número de moléculas de gases reagentes e produtos é o mesmo não são afetados pela pressão! Além disso, uma mudança na pressão praticamente não afeta o equilíbrio em soluções, ou seja, em reações onde não há gases.
3. Além disso, o equilíbrio em sistemas químicos é afetado pela mudança concentração reagentes e produtos. À medida que a concentração dos reagentes aumenta, o sistema tenta esgotá-los e aumenta a velocidade da reação direta. Com uma diminuição na concentração de reagentes, o sistema tenta acumulá-los e a velocidade da reação inversa aumenta. Com o aumento da concentração de produtos, o sistema também tenta esgotá-los e aumenta a velocidade da reação inversa. Com uma diminuição na concentração de produtos, o sistema químico aumenta a taxa de sua formação, ou seja, a velocidade da reação direta.
Se em um sistema químico a velocidade da reação direta aumenta certo , para a formação de produtos e consumo de reagentes . Se um a velocidade da reação inversa aumenta, dizemos que o equilíbrio mudou Para a esquerda , para o consumo alimentar e aumentando a concentração de reagentes .
Por exemplo, na reação de síntese de amônia:
N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 + Q
um aumento na pressão leva a um aumento na taxa de reação, na qual um número menor de moléculas de gás é formado, ou seja, reação direta (o número de moléculas de gás reagente é 4, o número de moléculas de gás nos produtos é 2). À medida que a pressão aumenta, o equilíbrio se desloca para a direita, em direção aos produtos. No aumento da temperatura equilíbrio vai mudar para uma reação endotérmica, ou seja à esquerda, em direção aos reagentes. Um aumento na concentração de nitrogênio ou hidrogênio deslocará o equilíbrio em direção ao seu consumo, ou seja, à direita, em direção aos produtos.
Catalisador não afeta o equilíbrio, porque acelera as reações direta e inversa.
Equilíbrio químico e os princípios de seu deslocamento (princípio de Le Chatelier)
Em reações reversíveis, sob certas condições, pode ocorrer um estado de equilíbrio químico. Este é o estado em que a velocidade da reação inversa se torna igual à velocidade da reação direta. Mas, para deslocar o equilíbrio em uma direção ou outra, é necessário alterar as condições da reação. O princípio do equilíbrio móvel é o princípio de Le Chatelier.
Disposições básicas:
1. Um impacto externo em um sistema que está em estado de equilíbrio leva a um deslocamento desse equilíbrio na direção em que o efeito do impacto produzido é enfraquecido.
2. Com o aumento da concentração de uma das substâncias reagentes, o equilíbrio se desloca para o consumo dessa substância, com a diminuição da concentração, o equilíbrio se desloca para a formação dessa substância.
3. Com o aumento da pressão, o equilíbrio se desloca para uma diminuição da quantidade de substâncias gasosas, ou seja, para uma diminuição da pressão; quando a pressão diminui, o equilíbrio se desloca na direção do aumento da quantidade de substâncias gasosas, ou seja, na direção do aumento da pressão. Se a reação ocorre sem alterar o número de moléculas de substâncias gasosas, então a pressão não afeta a posição de equilíbrio neste sistema.
4. Com o aumento da temperatura, o equilíbrio se desloca para uma reação endotérmica, com uma diminuição da temperatura - para uma reação exotérmica.
Pelos princípios, agradecemos ao manual "The Beginnings of Chemistry" Kuzmenko N.E., Eremin V.V., Popkov V.A.
USE atribuições para equilíbrio químico (anteriormente A21)
Tarefa número 1.
H2S(g) ↔ H2(g) + S(g) - Q
1. Pressurização
2. Aumento da temperatura
3. redução de pressão
Explicação: para começar, considere a reação: todas as substâncias são gases e no lado direito há duas moléculas de produtos, e no lado esquerdo há apenas uma, a reação também é endotérmica (-Q). Portanto, considere a mudança na pressão e na temperatura. Precisamos que o equilíbrio se desloque para os produtos da reação. Se aumentarmos a pressão, o equilíbrio se deslocará para uma diminuição de volume, ou seja, para os reagentes - isso não nos convém. Se aumentarmos a temperatura, o equilíbrio se deslocará para a reação endotérmica, no nosso caso, para os produtos, que era o que era necessário. A resposta correta é 2.
Tarefa número 2.
Equilíbrio químico no sistema
SO3(g) + NO(g) ↔ SO2(g) + NO2(g) - Q
mudará para a formação de reagentes em:
1. Aumentando a concentração de NO
2. Aumentando a concentração de SO2
3. Aumento de temperatura
4. Aumento da pressão
Explicação: todas as substâncias são gases, mas os volumes nos lados direito e esquerdo da equação são os mesmos, então a pressão não afetará o equilíbrio do sistema. Considere uma mudança na temperatura: à medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio se desloca para uma reação endotérmica, apenas para os reagentes. A resposta correta é 3.
Tarefa número 3.
No sistema
2NO2(g) ↔ N2O4(g) + Q
o deslocamento do equilíbrio para a esquerda contribuirá para
1. Aumento de pressão
2. Aumentando a concentração de N2O4
3. Abaixando a temperatura
4. Introdução ao catalisador
Explicação: Vamos prestar atenção ao fato de que os volumes de substâncias gasosas nas partes direita e esquerda da equação não são iguais, portanto, uma mudança na pressão afetará o equilíbrio desse sistema. Ou seja, com o aumento da pressão, o equilíbrio se desloca para uma diminuição na quantidade de substâncias gasosas, ou seja, para a direita. Não nos convém. A reação é exotérmica, portanto, uma mudança na temperatura também afetará o equilíbrio do sistema. À medida que a temperatura diminui, o equilíbrio se deslocará para a reação exotérmica, ou seja, também para a direita. Com o aumento da concentração de N2O4, o equilíbrio se desloca para o consumo dessa substância, ou seja, para a esquerda. A resposta correta é 2.
Tarefa número 4.
Em reação
2Fe(t) + 3H2O(g) ↔ 2Fe2O3(t) + 3H2(g) - Q
equilíbrio se deslocará para os produtos da reação
1. Pressurização
2. Adicionando um catalisador
3. Adição de ferro
4. Adicionando água
Explicação: o número de moléculas nos lados direito e esquerdo é o mesmo, então uma mudança na pressão não afetará o equilíbrio neste sistema. Considere um aumento na concentração de ferro - o equilíbrio deve se deslocar para o consumo dessa substância, ou seja, para a direita (em direção aos produtos da reação). A resposta correta é 3.
Tarefa número 5.
Equilíbrio químico
H2O(g) + C(t) ↔ H2(g) + CO(g) - Q
se deslocará para a formação de produtos no caso de
1. Aumento de pressão
2. Aumento da temperatura
3. Aumentando o tempo do processo
4. Aplicativos Catalisadores
Explicação: uma mudança na pressão não afetará o equilíbrio em um determinado sistema, pois nem todas as substâncias são gasosas. À medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio se desloca para a reação endotérmica, ou seja, para a direita (no sentido da formação dos produtos). A resposta correta é 2.
Tarefa número 6.
À medida que a pressão aumenta, o equilíbrio químico se desloca para os produtos no sistema:
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
Explicação: a mudança na pressão não afeta as reações 1 e 4, portanto nem todas as substâncias envolvidas são gasosas, na equação 2 o número de moléculas nos lados direito e esquerdo é o mesmo, então a pressão não será afetada. Permanece a equação 3. Vamos verificar: com o aumento da pressão, o equilíbrio deve se deslocar para a diminuição da quantidade de substâncias gasosas (4 moléculas à direita, 2 moléculas à esquerda), ou seja, em direção aos produtos da reação. A resposta correta é 3.
Tarefa número 7.
Não afeta a mudança de equilíbrio
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) - Q
1. Pressurização e adição de catalisador
2. Aumentando a temperatura e adicionando hidrogênio
3. Abaixando a temperatura e adicionando iodo de hidrogênio
4. Adição de iodo e adição de hidrogênio
Explicação: nas partes direita e esquerda, as quantidades de substâncias gasosas são as mesmas, portanto, uma mudança na pressão não afetará o equilíbrio do sistema, e a adição de um catalisador também não afetará, pois assim que adicionamos um catalisador , a reação direta será acelerada, e imediatamente o inverso e o equilíbrio do sistema serão restaurados . A resposta correta é 1.
Tarefa número 8.
Para deslocar o equilíbrio para a direita na reação
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g); ∆H°<0
requeridos
1. Introdução ao catalisador
2. Abaixando a temperatura
3. Redução de pressão
4. Diminuição da concentração de oxigênio
Explicação: uma diminuição na concentração de oxigênio levará a uma mudança no equilíbrio em direção aos reagentes (para a esquerda). Uma diminuição na pressão deslocará o equilíbrio no sentido de diminuir a quantidade de substâncias gasosas, ou seja, para a direita. A resposta correta é 3.
Tarefa número 9.
Rendimento do produto na reação exotérmica
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
com aumento simultâneo da temperatura e diminuição da pressão
1. Aumentar
2. Diminuir
3. Não mudará
4. Primeiro aumente, depois diminua
Explicação: quando a temperatura aumenta, o equilíbrio se desloca para uma reação endotérmica, ou seja, para os produtos, e quando a pressão diminui, o equilíbrio se desloca para um aumento na quantidade de substâncias gasosas, ou seja, também para a esquerda. Portanto, o rendimento do produto diminuirá. A resposta correta é 2.
Tarefa número 10.
Aumentando o rendimento de metanol na reação
CO + 2H2 ↔ CH3OH + Q
promove
1. Aumento de temperatura
2. Introdução ao catalisador
3. Introdução de um inibidor
4. Aumento de pressão
Explicação: quando a pressão aumenta, o equilíbrio se desloca para a reação endotérmica, ou seja, para os reagentes. Um aumento na pressão desloca o equilíbrio para uma diminuição na quantidade de substâncias gasosas, isto é, para a formação de metanol. A resposta correta é 4.
Tarefas para decisão independente (respostas abaixo)
1. No sistema
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q
uma mudança no equilíbrio químico para os produtos da reação contribuirá para
1. Reduza a pressão
2. Aumento da temperatura
3. Aumentando a concentração de monóxido de carbono
4. Aumentando a concentração de hidrogênio
2. Em qual sistema, com o aumento da pressão, o equilíbrio se desloca para os produtos da reação
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. Equilíbrio químico no sistema
2HBr(g) ↔ H2(g) + Br2(g) - Q
mudará para os produtos da reação em
1. Pressurização
2. Aumento da temperatura
3. redução de pressão
4. Usando um catalisador
4. Equilíbrio químico no sistema
C2H5OH + CH3COOH ↔ CH3COOC2H5 + H2O + Q
desloca-se para os produtos da reação em
1. Adicionando água
2. Reduzir a concentração de ácido acético
3. Aumentando a concentração de éter
4. Ao remover o éster
5. Equilíbrio químico no sistema
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
desloca-se para a formação do produto da reação em
1. Pressurização
2. Aumento da temperatura
3. redução de pressão
4. Aplicação de catalisador
6. Equilíbrio químico no sistema
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
mudará para os produtos da reação em
1. Pressurização
2. Abaixando a temperatura
3. Aumentando a concentração de CO
4. Aumento da temperatura
7. A mudança de pressão não afetará o estado de equilíbrio químico no sistema
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. Em qual sistema, com o aumento da pressão, o equilíbrio químico se deslocará para as substâncias iniciais?
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. Equilíbrio químico no sistema
C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) - Q
mudará para os produtos da reação em
1. Aumento de temperatura
2. Abaixando a temperatura
3. Usando um catalisador
4. Reduzindo a concentração de butano
10. Sobre o estado de equilíbrio químico no sistema
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) -Q
não afeta
1. Aumento de pressão
2. Aumentando a concentração de iodo
3. Aumento da temperatura
4. Diminuição da temperatura
Tarefas para 2016
1. Estabeleça uma correspondência entre a equação de uma reação química e a mudança no equilíbrio químico com o aumento da pressão no sistema.
Equação de reação Deslocamento do equilíbrio químico
A) N2 (g) + O2 (g) ↔ 2NO (g) - Q 1. Deslocamento para a reação direta
B) N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) - Q 2. Desloca para a reação inversa
C) CaCO3 (tv) ↔ CaO (tv) + CO2 (g) - Q 3. Não há deslocamento de equilíbrio
D) Fe3O4(s) + 4CO(g) ↔ 3Fe(s) + 4CO2(g) + Q
2. Estabeleça uma correspondência entre as influências externas no sistema:
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
e deslocamento do equilíbrio químico.
A. Aumentando a concentração de CO 1. Deslocamento para a reação direta
B. Diminuição da pressão 3. Não há mudança no equilíbrio
3. Estabelecer uma correspondência entre influências externas no sistema
HCOOH(l) + C5H5OH(l) ↔ HCOOC2H5(l) + H2O(l) + Q
Influência externa Deslocamento do equilíbrio químico
A. Adição de HCOOH 1. Deslocamento para a reação direta
B. Diluição com água 3. Nenhuma mudança no equilíbrio ocorre
D. Aumento da temperatura
4. Estabeleça uma correspondência entre influências externas no sistema
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
e uma mudança no equilíbrio químico.
Influência externa Deslocamento do equilíbrio químico
A. Diminuição da pressão 1. Muda para a reação direta
B. Aumento da temperatura 2. Deslocamento para a reação inversa
B. Aumento da temperatura de NO2 3. Não ocorre mudança de equilíbrio
D. Adição de O2
5. Estabeleça uma correspondência entre influências externas no sistema
4NH3(g) + 3O2(g) ↔ 2N2(g) + 6H2O(g) + Q
e uma mudança no equilíbrio químico.
Influência externa Deslocamento do equilíbrio químico
A. Diminuição da temperatura 1. Mudança para a reação direta
B. Aumento da pressão 2. Deslocamento para a reação inversa
B. Aumentando a concentração de amônia 3. Não há mudança no equilíbrio
D. Remoção de vapor de água
6. Estabelecer uma correspondência entre influências externas no sistema
WO3(s) + 3H2(g) ↔ W(s) + 3H2O(g) + Q
e uma mudança no equilíbrio químico.
Influência externa Deslocamento do equilíbrio químico
A. Aumento de temperatura 1. Deslocamento para reação direta
B. Aumento da pressão 2. Deslocamento para a reação inversa
B. Uso de um catalisador 3. Nenhuma mudança de equilíbrio ocorre
D. Remoção de vapor de água
7. Estabelecer uma correspondência entre influências externas no sistema
С4-8(g) + Н2(g) ↔ С4-10(g) + Q
e uma mudança no equilíbrio químico.
Influência externa Deslocamento do equilíbrio químico
A. Aumentando a concentração de hidrogênio 1. Muda para uma reação direta
B. Aumento da temperatura 2. Deslocamento na direção da reação inversa
B. Aumento da pressão 3. Não há mudança no equilíbrio
D. Uso de um catalisador
8. Estabelecer uma correspondência entre a equação de uma reação química e uma mudança simultânea nos parâmetros do sistema, levando a um deslocamento do equilíbrio químico para uma reação direta.
Equação de reação Alterando os parâmetros do sistema
A. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g) + Q 1. Aumento da temperatura e concentração de hidrogênio
B. H2(g) + I2(tv) ↔ 2HI(g) -Q 2. Diminuição da temperatura e concentração de hidrogênio
B. CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q 3. Aumento da temperatura e diminuição da concentração de hidrogênio
D. C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) -Q 4. Diminuição da temperatura e aumento da concentração de hidrogênio
9. Estabeleça uma correspondência entre a equação de uma reação química e a mudança no equilíbrio químico com o aumento da pressão no sistema.
Equação de reação Direção do deslocamento do equilíbrio químico
A. 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(tv) 1. Desloca para a reação direta
B. C(g) + 2S(g) ↔ CS2(g) 2. Desloca para a reação inversa
B. C3H6(g) + H2(g) ↔ C3H8(g) 3. Não há deslocamento de equilíbrio
H. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g)
10. Estabelecer uma correspondência entre a equação de uma reação química e uma mudança simultânea nas condições para sua implementação, levando a um deslocamento do equilíbrio químico para uma reação direta.
Equação de reação Mudança de condições
A. N2(g) + H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q 1. Aumento da temperatura e pressão
B. N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) -Q 2. Diminuição da temperatura e pressão
B. CO2 (g) + C (sólido) ↔ 2CO (g) + Q 3. Aumento da temperatura e diminuição da pressão
D. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q 4. Diminuição da temperatura e aumento da pressão
Respostas: 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
Pelas tarefas, agradecemos as coleções de exercícios para os autores de 2016, 2015, 2014, 2013:
Kavernina A.A., Dobrotina D.Yu., Snastina M.G., Savinkina E.V., Zhiveinova O.G.
O conceito de equilíbrio químico
O estado de equilíbrio é considerado o estado do sistema, que permanece inalterado, e este estado não é devido à ação de nenhuma força externa. O estado de um sistema de reagentes no qual a velocidade da reação direta se torna igual à velocidade da reação inversa é chamado de equilíbrio químico. Esse equilíbrio também é chamado Móvel m ou dinâmico Saldo.
Sinais de equilíbrio químico
1. O estado do sistema permanece inalterado no tempo, mantendo as condições externas.
2. O equilíbrio é dinâmico, ou seja, devido ao fluxo de reações diretas e inversas na mesma velocidade.
3. Qualquer influência externa causa uma mudança no equilíbrio do sistema; se a influência externa for removida, o sistema retornará ao seu estado original novamente.
4. O estado de equilíbrio pode ser abordado de dois lados - tanto do lado das substâncias iniciais quanto do lado dos produtos da reação.
5. No equilíbrio, a energia de Gibbs atinge seu valor mínimo.
Princípio de Le Chatelier
A influência de mudanças nas condições externas sobre a posição de equilíbrio é determinada por Princípio de Le Chatelier (o princípio do equilíbrio móvel): se qualquer influência externa for produzida em um sistema em estado de equilíbrio, então no sistema uma das direções do processo que enfraquece o efeito dessa influência aumentará e a posição de equilíbrio se deslocará na mesma direção.
O princípio de Le Chatelier se aplica não apenas aos processos químicos, mas também aos físicos, como fervura, cristalização, dissolução, etc.
Considere a influência de vários fatores no equilíbrio químico usando a reação de oxidação do NO como exemplo:
2 NÃO (d) + O 2(d) 2 NÃO 2(d); H cerca de 298 = - 113,4 kJ/mol.
Efeito da Temperatura no Equilíbrio Químico
À medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio se desloca para uma reação endotérmica e, à medida que a temperatura diminui, ele se desloca para uma reação exotérmica.
O grau de deslocamento de equilíbrio é determinado pelo valor absoluto do efeito térmico: quanto maior o valor absoluto da entalpia de reação H, mais significativo é o efeito da temperatura no estado de equilíbrio.
Na reação de síntese considerada de óxido nítrico (IV ) um aumento na temperatura deslocará o equilíbrio na direção das substâncias de partida.
Efeito da pressão no equilíbrio químico
A compressão desloca o equilíbrio na direção do processo, que é acompanhado por uma diminuição no volume de substâncias gasosas, e uma diminuição na pressão desloca o equilíbrio na direção oposta. Neste exemplo, há três volumes no lado esquerdo da equação e dois no lado direito. Como um aumento na pressão favorece um processo que prossegue com uma diminuição no volume, um aumento na pressão deslocará o equilíbrio para a direita, ou seja, em direção ao produto da reação - NO 2 . Uma diminuição na pressão deslocará o equilíbrio na direção oposta. Deve-se notar que, se na equação da reação reversível o número de moléculas de substâncias gasosas nas partes direita e esquerda for igual, a mudança na pressão não afetará a posição de equilíbrio.
Efeito da concentração no equilíbrio químico
Para a reação em questão, a introdução de quantidades adicionais de NO ou O 2 no sistema de equilíbrio provoca um deslocamento no equilíbrio na direção em que a concentração dessas substâncias diminui, portanto, há um deslocamento no equilíbrio em direção à formação NÃO 2 . Concentração crescente NÃO 2 desloca o equilíbrio para os materiais de partida.
O catalisador acelera igualmente as reações direta e inversa e, portanto, não afeta o deslocamento do equilíbrio químico.
Quando introduzido em um sistema de equilíbrio (em Р = const ) de um gás inerte, as concentrações dos reagentes (pressões parciais) diminuem. Uma vez que o processo de oxidação em consideração NÃO vai com uma diminuição no volume, então ao adicionar em
Constante de equilíbrio químico
Para uma reação química:
2 NÃO (d) + O 2(d) 2 NO 2(d)
constante de reação química K com é a razão:
(12.1)
Nesta equação, entre colchetes estão as concentrações dos reagentes que são estabelecidas no equilíbrio químico, ou seja, concentrações de equilíbrio de substâncias.
A constante de equilíbrio químico está relacionada com a mudança na energia de Gibbs pela equação:
G To = -RTlnK . (12.2).
Exemplos de resolução de problemas
A uma certa temperatura, as concentrações de equilíbrio no sistema 2CO (g) + O 2 (d) 2CO 2 (d) foram: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Determine a constante de equilíbrio nessa temperatura e as concentrações iniciais de CO e O 2 se a mistura inicial não continha CO 2 .
.
2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(d).
Na segunda linha, c pró-reator significa a concentração das substâncias de partida reagidas e a concentração do CO 2 formado , além disso, c inicial = c pro-reagir + c igual .
Usando os dados de referência, calcule a constante de equilíbrio do processo3H 2 (G) + N 2 (G) 2 NH 3 (G) a 298 K.
G 298 o \u003d 2 ( - 16,71) kJ = -33,42 10 3 J.
G To = - RTInK.
lnK \u003d 33,42 10 3 / (8,314 × 298) \u003d 13,489. K \u003d 7,21 × 10 5.
Determine a concentração de equilíbrio de HI no sistemaH 2(d) + I 2(d) 2HI (G),
se em alguma temperatura a constante de equilíbrio é 4, e as concentrações iniciais de H 2 , I 2 e HI são 1, 2 e 0 mol/l, respectivamente.
Solução. Seja x mol/l H 2 ter reagido em um certo ponto no tempo.
.
Resolvendo esta equação, obtemos x = 0,67.
Assim, a concentração de equilíbrio de HI é 2 × 0,67 = 1,34 mol/l.
Usando dados de referência, determine a temperatura na qual a constante de equilíbrio do processo: H 2 (g) + HCOH (d) CH3OH (d) torna-se igual a 1. Suponha que H o T » H o 298 e S o T » S cerca de 298.Se K = 1, então G o T = - RTlnK = 0;
Pegou » H o 298 - T D S cerca de 298 . Então ;
H o 298 \u003d -202 - (- 115,9) = -86,1 kJ = - 86,1×103J;
S cerca de 298 \u003d 239,7 - 218,7 - 130,52 \u003d -109,52 J / K;
PARA.
Solução. Deixe x mol/l SO 2 ter reagido em um certo ponto no tempo.
ASSIM 2(G) + Cl 2(G) SO 2 Cl 2(G)
Então obtemos:
.
Resolvendo esta equação, encontramos: x 1 \u003d 3 e x 2 \u003d 1,25. Mas x 1 = 3 não satisfaz a condição do problema.
Portanto, \u003d 1,25 + 1 \u003d 2,25 mol / l.
Tarefas para solução independente
12.1. Em qual das seguintes reações um aumento na pressão deslocará o equilíbrio para a direita? Justifique a resposta.
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 (grafite) 2CO (g)
12.2.A uma certa temperatura, as concentrações de equilíbrio no sistema
2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (g)
foram: = 0,3 mol/l, = 0,6 mol/l, = 0,6 mol/l. Determine a constante de equilíbrio e a concentração inicial de HBr.
12.3.Para a reação H 2 (g)+ S (d) H 2 S (d) em alguma temperatura, a constante de equilíbrio é 2. Determine as concentrações de equilíbrio de H 2 e S se as concentrações iniciais de H 2, S e H2 S são 2, 3 e 0 mol/l, respectivamente.
Todas as reações químicas são, em princípio, reversíveis.
Isso significa que tanto a interação dos reagentes quanto a interação dos produtos ocorrem na mistura de reação. Nesse sentido, a distinção entre reagentes e produtos é arbitrária. A direção de uma reação química é determinada pelas condições de sua implementação (temperatura, pressão, concentração de substâncias).
Muitas reações têm uma direção predominante e são necessárias condições extremas para realizar tais reações na direção oposta. Em tais reações, ocorre a conversão quase completa dos reagentes em produtos.Exemplo. Ferro e enxofre com aquecimento moderado reagem entre si para formar sulfeto de ferro (II), FeS é estável sob tais condições e praticamente não se decompõe em ferro e enxofre:
A 200 atm e 400 0C, o teor máximo e igual a 36% (em volume) de NH3 na mistura de reação é alcançado. Com um aumento adicional na temperatura devido ao aumento do fluxo da reação reversa, a fração volumétrica de amônia na mistura diminui.
As reações direta e inversa ocorrem simultaneamente em direções opostas.
Em todas as reações reversíveis, a velocidade da reação direta diminui e a velocidade da reação inversa aumenta até que ambas as velocidades se igualem e um estado de equilíbrio seja estabelecido.
Em um estado de equilíbrio, as velocidades das reações direta e inversa se tornam iguais.
O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER MUDANÇA DE EQUILÍBRIO QUÍMICO.
A posição de equilíbrio químico depende dos seguintes parâmetros de reação: temperatura, pressão e concentração. A influência que esses fatores exercem sobre uma reação química está sujeita a um padrão que foi expresso em termos gerais em 1884 pelo cientista francês Le Chatelier. A formulação moderna do princípio de Le Chatelier é a seguinte:
1. Efeito da temperatura. Em cada reação reversível, uma das direções corresponde a um processo exotérmico e a outra a um endotérmico.
2. Influência da pressão. Em todas as reações envolvendo substâncias gasosas, acompanhadas por uma mudança no volume devido a uma mudança na quantidade de substância ao passar das substâncias iniciais para os produtos, a pressão no sistema afeta a posição de equilíbrio.
A influência da pressão na posição de equilíbrio obedece às seguintes regras:Assim, durante a transição das substâncias de partida para os produtos, o volume de gases diminuiu pela metade. Isso significa que com o aumento da pressão, o equilíbrio se desloca para a formação de NH3, como evidenciado pelos seguintes dados para a reação de síntese de amônia a 400 0C:
3. Influência da concentração. A influência da concentração no estado de equilíbrio obedece às seguintes regras:
