Пример 2. Как нужно изменить давление, объём, и концентрации реагирующих веществ в системе СО(г)+Н2О(г)«СО2(г)+Н2(г) ,чтобы увеличить выход продуктов реакции?

Как нужно изменить давление, объём, и концентрации реагирующих веществ в системе СО_(г)+Н₂О_(г)«СО_2(г)+Н_2(г),чтобы увеличить выход продуктов реакции? Определите знак ΔН обратной реакции, если известно, что при увеличении температуры равновесие сместилось вправо.

Решение

Поскольку и справа, и слева одинаковое количество молей газообразных веществ (1+1=1+1), то изменение давления и объёма не повлияет на положение равновесия. А чтобы увеличить выход продуктов реакции (сместить равновесие вправо) необходимо либо увеличить концентрацию исходных веществ СО_(г) и Н₂О_(г) (возрастёт скорость прямой реакции и эти вещества начнут расходоваться), либо уменьшить концентрацию продуктов, т. е. удалить СО_2(г) и Н_2(г) из зоны реакции (уменьшится скорость обратной реакции и эти вещества начнут образовываться).

Поскольку известно, что увеличении температуры равновесие сместилось вправо, то можно сделать вывод, что эта реакция будет являться эндотермической, а обратная соответственно – экзотермической, т. е. ΔН_{обратной.реакции.} < 0.

На основании закона действия масс

Пример

Реакция протекает по уравнению 2H₂+O₂«2H₂O. В каком направлении сместится химическое равновесие, если давление увеличить в 4 раза? Ответ подтвердите расчетами.

Решение:

Запишем формулу закона действия масс для прямой и обратной реакции. Т. к. система гомогенная, то u_{1прямой} = k [H₂]²[O₂] и u_{1обратной} = k [H₂О]².

При увеличении давления в 4 раза концентрации всех веществ также увеличатся в 4 раза. Тогда u_{2прямой} = k [4H₂]²[4O₂] = 64 k [H₂]²[O₂] и u_{2обратной} = k [4H₂О]²=16 k [H₂О]² Таким образом, скорость прямой реакции увеличилась в 64 раза, а обратной – только в 16 раз: u_2пр/u_2об = 64 / 16 = 4. Значит, химическое равновесие сместится в сторону прямой реакции, т. к. скорость прямой реакции увеличивается в большее количество раз.

3 Задачи для самостоятельного решения:

3.1 Скорость

3.1.1 Реакция идет по уравнению 2NO+Cl₂=2NOCl. Концентрации исходных веществ до начала реакции были [NO]=0,04 моль/л, [Cl₂]=0,01 моль/л. Вычислите концентрации этих веществ в момент, когда [NOСl]=0,005 моль/л.

3.1.2 Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнению:

а) S_(к) + О_2(г) = SO_2(г); б) 2SO_2(г) + О_2(г) = 2SO_3(г).

Как изменяются скорости этих реакций, если объемы каждой из систем увеличить в четыре раза?

3.1.3 Реакция идет по уравнению Н₂+Br₂=2HBr. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,2. Исходные концентрации реагирующих веществ: [H₂]=0,08 моль/л, [Br]=0,06 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда [H₂]=0,05 моль/л.

3.1.4 Как изменится скорость реакции 2NO_(г)+O_2(г)=2NO_2(г) если: а) увеличить давление в системе в 4 раза; б) понизить концентрацию NO в 5 раз? Ответ пояснить.

3.1.5 Как нужно изменить температуру, чтобы скорость гомогенной реакции уменьшить в 27 раз при температурном коэффициенте, равном 3?

3.1.6 Как изменится скорость гомогенной реакции 2NO+O₂«2NO₂ если концентрацию [NO] увеличить в 3 раза, а концентрацию [O₂] уменьшить в 4 раза?