Принцип Ле-Шателье - внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.

Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема.

Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.

Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещают равновесие в строну прямой реакции.

Катализаторы не влияют на положение равновесия.

При известных ΔH реакции или при Δn ≠ 0 на химическое равновесие можно воздействовать изменением температуры или давления. Химическое равновесие может быть смещено изменением концентраций реагентов. Другими словами, равновесие можно сместить внешним воздействием, руководствуясь принципом Ле Шателье: если на равновесную систему оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону, противодействующую этому воздействию.

Химическим равновесием называется такое состояние химической системы, при котором количества исходных веществ и продуктов не меняются со временем.

Влияние температуры . Для реакций, идущих с уменьшением энтальпии (экзотермических), повышение температуры будет препятствовать протеканию прямого процесса, то есть смещать реакцию в сторону исходных веществ. Эндотермические реакции при этом будут смещаться в сторону конечных продуктов. Например, при обычных условиях реакция N2 + O2 не идет (ΔH > 0), но повышение температуры может сделать эти реакцию осуществимой. Реакция CO + 1/2O2 = CO2, ΔH < 0 с повышением температуры будут смещаться в сторону исходных веществ.

Влияние давления . Если реагируют газообразные вещества, то при неизменном числе молей начальных и конечных реагентов повышение общего давления не приведет к смещению равновесия. Если число молей при реакции меняется, то изменение общего давления приведет к смещению равновесия. В частности, реакция 2CO + O2 = 2CO2, протекающая с уменьшением Δn, при повышении общего давления сместится в сторону образования СO2.

Влияние концентраций . В тех реакциях, в которых лучше оперировать концентрациями (реакции в растворах), увеличение концентраций исходных веществ приводит к смещению равновесия в сторону конечных продуктов и наоборот. Так, в реакции этерификации (образование сложного эфира)

увеличение концентрации уксусной кислоты или этанола увеличивает выход этилацетата, а добавление в систему воды приводит к омылению, т. е. образованию исходных продуктов.

При повышении концентрации реагирующих веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов;

При повышении концентрации продуктов реакции - в сторону образования исходных веществ;

При повышении давления - в сторону той реакции, при которой объем образующихся газообразных веществ меньше;

При повышении температуры - в сторону эндотермической реакции;

При понижении температуры - в сторону экзотермической реакции.

Состояние, в котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции, называется химическим равновесием .

Количественно такое состояние характеризуется константой равновесия . Для обратимой реакции можно записать так:

Где в соответствие с законом действующих масс скорость прямой реакции v 1 и обратной v 2 будут выглядеть следующим образом:

v 1 = k 1 [A] m [B] n ,

v 2 = k 2 [C] p [D] q .

В момент достижения химического равновесия скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми:

k 1 [A] m [B] n = k 2 [C] p [D] q ,

K = k 1 /k 2 =([C] p [D] q)/([A] m [B] n),

где К - константа равновесия, показывающая отношение прямой и обратной реакций.

Те концентрации, которые останавливаются при равновесии, называются равновесными концентрациями. Следует помнить, что значения степеней m , n , p , q равны стехиометрическим коэффициентам в равновесной реакции. Численное значение константы равновесия определяют выход реакции. При К>>1 выход продуктов велик, а при К<<1 - очень мал.

Выход реакции - отношение количества получаемого в действительности продукта к тому количеству, которое получилось бы при протекании этой реакции до конца (выражается в процентах).

Химическое равновесие не может сохраняться бесконечно долго. В действительности, изменение температуры, давления или концентрации реагентов, могут сместить равновесие в ту или иную сторону.

Изменения, происходящие в системе в результате внешних воздействий, определяются принципом подвижного равновесия - принципом Ле Шателье :

Внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.

Т.е. изменяется соотношение между скоростям прямой и обратной реакции.

Принцип применим не только к химическим, но и к физическим процессам, такими как плавление, кипение и др.

Изменение концентрации.

При увеличении концентрации одного из реагирующих веществ равновесие смещается в сторону расхода этого вещества.

При увеличении концентрации железа или серы, равновесие будет сдвигаться в сторону расхода этого вещества, т.е. вправо.

Влияние давления на химическое равновесие.

Учитывается только в газовых фазах!

При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения количеств газообразных веществ . Если реакция протекает без изменения количеств газообразных веществ, то давление на равновесие никак не влияет.

N 2 (г) + 3 H 2 (г) 2 NH 3 (г),

Слева 4 моль газообразных реагентов, справа - 2, поэтому при увеличении давления равновесие будет смещаться вправо.

N 2 (г)+ O 2 (г) = 2 NO (г ),

Слева 2 моль газообразных веществ и справа, поэтому давление не влияет на равновесие.

Влияние температуры на химическое равновесие.

При изменении температуры изменяется как и прямая, так и обратна реакция, но в различной степени.

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции.

N 2 (г) + 3 H 2 (г) 2 NH 3 (г) + Q ,

Эта реакция протекает с выделение тепла (экзотермическая), поэтому повышение температуры будет смещать равновесие в сторону исходных продуктов (обратная реакция).

Задание 1 из 15

1 .

При уменьшении общего давления равновесие сместится в сторону продуктов в реакции

Правильно


е

Неправильно


Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — по­ни­же­ние дав­ле­ния при­ве­дет к уси­ле­нию про­цес­сов уве­ли­чи­ва­ю­щих дав­ле­ние, зна­чит, рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну боль­ше­го ко­ли­че­ства га­зо­об­раз­ных ча­стиц (ко­то­рые и со­зда­ют дав­ле­ние). Только во втором случае в продуктах (в правой части уравнения) находится больше газообразных веществ, чем в реагентах (в левой части уравнения).

1. Задание 2 из 15

   2 .

   Химическое равновесие в системе

   С 4 H 10(г) ⇄ С 4 H 6(г) + 2H 2(г) − Q

   сместится в сторону исходных веществ при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье —

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — Если на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие.

   При по­ниже­нии тем­пе­ра­ту­ры (внеш­нее воз­дей­ствие- охлаждении системы) си­сте­ма будет стре­мить­ся повысить тем­пе­ра­ту­ру, зна­чит уси­ли­ва­ет­ся экзотермический про­цесс (обратная реакция), рав­но­ве­сие сме­стит­ся влево, в сто­ро­ну ре­а­ген­тов.

2. Задание 3 из 15

   3 .

   Равновесие в реакции

   СаСO 3(тв) = СаО (тв) + СO 2(г) — Q

   сместится в сторону продуктов при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие —

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие — при по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры (нагревании) си­сте­ма будет стре­мить­ся по­ни­зить тем­пе­ра­ту­ру, зна­чит уси­ли­ва­ет­ся про­цесс по­гло­ща­ю­щий тепло, рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну эн­до­тер­ми­че­ской ре­ак­ции, т.е. в сто­ро­ну продуктов.

3. Задание 4 из 15

   4 .

   Равновесие в реакции

   С 2 Н 4 (г) + Н 2 O(г) = С 2 Н 5 ОН(г) + Q

   сместится в сторону продукта при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении общего давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ, т.е в сторону продуктов.

4. Задание 5 из 15

   5 .

   O 2 (г) + 2CO (г) ⇄ 2CO 2 (г) + Q

   А. При уменьшении температуры химическое равновесие в данной системе сместится в сторону продуктов реакции.

   Б. При уменьшении концентрации угарного газа равновесие системы сместится в сторону продуктов реакции.

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Верно только А, согласно принципу Ле-Шателье при уменьшении температуры химическое равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, т.е продуктов реакции. Утверждение Б – неверно, т.к при уменьшении концентрации угарного газа, система будет стремиться его увеличить, т.е будет усиливаться направление, в котором он образуется, равновесие системы смещается влево, в сторону реагентов.

5. Задание 6 из 15

   6 .

   При увеличении давления увеличивается выход продукта(ов) в обратимой реакции

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ. Т.е в реакциях, в которых в правой части уравнения (в продуктах) количества газообразных веществ меньше, чем в левой части (в реагентах) увеличение давления приведет в увеличению выхода продукта(ов), другими словами, равновесие сместится в сторону продуктов. Это условие выполняется только во втором варианте — в левой части — 2 моль газа, в правой части — 1 моль газа.

   При этом твердые и жидкие вещества не вносят вклад в смещение равновесия. При равенстве количеств газообразных веществ в правой и левой частях уравнения изменение давления не приведет к смещению равновесия.

6. Задание 7 из 15

   7 .

   Для смещения химического равновесия в системе

   Н 2 (г) + Br 2 (г) ⇄ 2HBr(г) + Q

   в сторону продукта необходимо

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Согласно принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно если уменьшить тем­пе­ра­ту­ру, уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции. Т.к количества газообразных веществ в правой и левой частях уравнения равны, изменение давления не приведет к смещению равновесия. До­бав­ле­ние брома при­ве­дет к уси­ле­нию про­цес­сов рас­хо­ду­ю­щих его, т.е. рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну продуктов.

7. Задание 8 из 15

   8 .

   В системе
   2SO 2 (г) + O 2(г) ⇄ 2SO 3(г) + Q

   смещение химического равновесия вправо произойдет при

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Уменьшить тем­пе­ра­ту­ру (т.е прямая реакция экзотермическая), уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции, или повысить давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема газообразных веществ).

8. Задание 9 из 15

   9 .

   Верны ли следующие суждения о смещении химического равновесия в системе

   CO (г) + Cl 2(г) ⇄ COCl 2(г) + Q

   А. При повышении давления химическое равновесие смещается в сторону продукта реакции.

   Б. При понижении температуры химическое равновесие в данной системе сместится в сторону продукта реакции.

   Правильно
   

   По принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му, чтобы сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно уменьшить тем­пе­ра­ту­ру повысить давление

   Неправильно
   

   По принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му, чтобы сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно уменьшить тем­пе­ра­ту­ру (т.е прямая реакция экзотермическая), уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции или повысить давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема газообразных веществ). Таким образом, верны оба суждения.

9. Задание 10 из 15

   10 .

   В системе

   SO 2 (г) + Cl 2(г) ⇄ SO 2 Cl 2(г) + Q

   смещению химического равновесия вправо способствует

   Правильно
   

   Неправильно
   

10. Задание 11 из 15

    11 .

    В какой системе увеличение концентрации водорода смещает химическое равновесие влево?

    Правильно
    

    Неправильно
    

    Согласно принципу Ле Шателье при увеличение концентрации какого-либо компонента, система будет стремиться понизить его концентрацию, т.е его израсходовать. В той реакции, где водород является продуктом, увеличение его концентрации смещает химическое равновесие влево, в сторону его израсходования.

11. Задание 12 из 15

    12 .

    При увеличении общего давления равновесие сместится в сторону продуктов в реакции

    Правильно
    

    Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие –

    Неправильно
    

    Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении общего давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ. Только в четвертом варианте в продуктах содержится меньше газообразных веществ, т.е. прямая реакция протекает с уменьшением объема, поэтому увеличение общего давления приведет к смещению равновесия в сторону продуктов в этой реакции.

Химическое равновесие – это такое состояние системы, где обе реакции – прямая и обратная – имеют одинаковые скорости. Чем характеризуется это явление, и какие факторы влияют на химическое равновесие?

Химическое равновесие. Общая характеристика

Под химическим равновесием можно понимать состояние химической системы, при котором исходное количество веществ в реакции не изменяется в течение времени.

Химическое равновесие можно разделить на три вида:

• истинное равновесие – это равновесие для которого характерно постоянство во времени при условии отсутствия внешнего воздействия. Если внешние условия изменяются, состояние системы тоже изменяется, однако после восстановления условий, состояние также становится прежним. Состояние истинного равновесия может рассматриваться с двух сторон: со стороны продуктов реакции и со стороны исходных веществ.
• метастабильное (кажущееся) равновесие – это состояние возникает, когда не выполняется какое-либо из условий истинного равновесия.
• заторможенное (ложное) равновесие – это такое состояние системы, которое необратимо меняется при изменении внешних условий.

Смещение равновесия в химических реакциях

Химическое равновесие находится в зависимости от трех параметров: температуры, давления, концентрации вещества. Французский химик Анри Луи Ле Шателье в 1884 году сформулировал принцип динамического равновесия, согласно которому равновесная система при внешнем воздействии стремится вернуться в состояние равновесия. То есть при внешнем воздействии равновесие сместится таком образом, чтобы это воздействие нейтрализовалось.

Рис. 1. Анри Луи Ле Шателье.

Принципы сформулированные Ле Шателье еще называют принципами «смещения равновесия в химических реакциях».

На химическое равновесие влияют следующие факторы:

• температура . При повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону поглощения реакции. Если же температуру понизить, то равновесие смещается в сторону выделения реакции.

Рис. 2. Влияние изменения температуры на химическое равновесие.

Реакция поглощения называется эндотермической реакцией, а реакция выделения – экзотермической.

• давление . Если давление в химической реакции увеличивается, то химическое равновесие смещается в сторону наименьшего объема вещества. Если давление понижается, то равновесие смещается в сторону наибольшего объема вещества. Этот принцип распространяется только на газы, а на твердые вещества он не действует.
• концентрация . Если при проведении химической реакции увеличить концентрацию одного из веществ, то равновесие сместится в сторону продуктов реакции, а если уменьшить концентрацию, то равновесие сместится в сторону исходных веществ.

Рис. 3. Влияние изменения концентрации на химическое равновесие.

Катализатор не относится к факторам, влияющих на смещение химического равновесия.

Что мы узнали?

При химическом равновесии скорости в каждой паре реакций равны между собой. Химическое равновесие, изучаемое в 9 классе, можно разделить на три вида: истинное, метастабильное (кажущееся), заторможенное (ложное). Впервые термодинамическая теория химического равновесия была сформулирована ученым Ле Шателье. На равновесие системы влияют всего три фактора: давление, температура, концентрация исходного вещества.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 75.

Задача

Укажите, как повлияет:

а) повышение давления;

б) повышение температуры;

в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы:

2CO ( г ) + O 2 ( г ) ↔ 2CO 2 ( г ) + Q

Решение:

а) Изменение давлениясмещает равновесие реакций с участием газообразных веществ (г). Определим объёмы газообразных веществ до и после реакции по стехиометрическим коэффициентам:

По принципу Ле Шателье, при увеличении давления , равновесие смещается в сторону образовани я веществ, занимающих меньший о б ъ ём, следовательно равновесие сместится вправо, т.е. в сторону образования СО 2 , в сторону прямой реакции (→) .

б) По принципу Ле Шателье, при повышении температуры , равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (- Q ), т.е. в сторону обратной реакции – реакции разложения СО 2 (←) , т.к. позакону сохранения энергии:

Q - 2 CO (г) + O 2 (г) ↔ 2 CO 2 (г) + Q

в) При увеличении концентрации кислорода равновесие системы смещается в сторону получения СО 2 (→) т.к. увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции.

Дополнительно:

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2 SO 2 (г) + O 2 (г) = 2 SO 3 (г)

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [ SO 2 ]= a , [О 2 ] = b , [ SO 3 ] = с. Согласно закону действия масс скорости v прямой и обратной реакции до изменения объема:

v пр = Ка 2 b

v обр = К 1 с 2 .

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [ SO 2 ] = 3 а , [О 2 ] = 3 b ; [ SO 3 ] = 3 с . При новых концентрациях скорости v ’ прямой и обратной реакции:

v ’ пр = К (3 а ) 2 (3 b ) = 27 Ка 2 b

v ’ обр = К 1 (3 с ) 2 = 9 К 1 с 2

Отсюда:

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO 3 .

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 о С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

Следовательно, скорость реакции ν Т 2 при температуре 70 о С больше скорости реакции ν Т 1 при температуре 30 о С в 16 раз.

Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы:

СО(г) + Н 2 О(г) = СО 2 (г) + Н 2 (г)

при 850 о С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО] исх =3 моль/л, [Н 2 О] исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

v пр = К 1 [СО][Н 2 О]

v обр = К 2 [СО 2 ][Н 2 ]

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение К р входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО 2 ] р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н 2 О расходуется для образования по х молей СО 2 и Н 2 . Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ:

[СО 2 ] р = [Н 2 ] р = х моль/л;

[СО] р = (3 – х ) моль/л;

[Н 2 О] р = (2 – х ) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х , а затем исходные концентрации всех веществ:

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[СО 2 ] р = 1,2 моль/л;

[Н 2 ] р = 1,2 моль/л;

[СО] р = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л;

[Н 2 О] р = 2 – 1,2 = 0,8 моль/л.

Пример 4. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

2CO (г) + O 2 (г) ↔ 2CO 2 (г) составляли: = 0,2 моль/л, = 0,32 моль/л, = 0,16 моль/л. Определить константу равновесия при этой температуре и исходные концентрации CO и O 2 , если исходная смесь не содержала СО 2 .

Решение:

1). Так как в условии задачи даны равновесные концентрации, то константа равновесия равна 2:

2). Если исходная смесь не содержала СО 2 , то на момент химического равновесия в системе образовалось 0,16 моль СО 2 .

По УХР:

2CO (г) + O 2(г) ↔ 2CO 2(г)

На образование 0,16 моль СО 2 затрачено:

υ прореагировавшее (СО)=υ(CO 2)=0,16 моль

υ прореагировавшее (О 2)=1/2υ(CO 2)=0,08 моль

Следовательно,

υ исходное = υ прореагировавшее + υ равновесное

υ исходное (СО)=0,16 +0,2 = 0,36 моль

υ исходное (O 2)=0,08 +0,32 = 0,4 моль

Пример 5. Определить равновесную концентрацию HI в системе

H 2(г) + I 2(г) ↔ 2HI (г) ,

если при некоторой температуре константа равновесия равна 4, а исходные концентрации H 2 , I 2 и HI равны, соответственно, 1, 2 и 0 моль/л.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени образовалось x моль/л HI