Примеры решения задач. Пример 1. В сторону прямой или обратной реакции сместится химическое равновесие в обратимом процессе

Пример 1. В сторону прямой или обратной реакции сместится химическое равновесие в обратимом процессе

N₂ + 3H₂ ←→ 2NH₃

при повышении температуры равновесной системы, если прямая реакция является экзотермической?

Решение. В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении температуры ускоряется реакция, ослабляющая внешнее воздействие, т.е. протекающая с поглощением теплоты. В данном процессе это обратная реакция, и равновесие смещается влево.

Пример 2. При протекании в системе обратимой реакции:

А_(г) + 2В_(г) ←→ С_(г)

в состоянии равновесия установились равновесные концентрации: [А]=0,06 моль/л; [В]=0,12моль/л; [С]=0,216 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В, если в исходной смеси вещество C отсутствовало.

Решение. Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:

.

При подстановке в него данных задачи получаем:

.

Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моля А и 2 моля В образуется 1 моль вещества С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моль вещества С, то расход вещества А к моменту достижения равновесия составил 0,216 моль, а расход вещества В составил 0,126 × 2 = 0,432 моль. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

[А₀] = 0,06 + 0,216= 0,276 моль/ л;

[В₀] = 0,12 + 0,432= 0,552 моль/ л.

Пример 3. Обратимая реакция протекает по уравнению:

2NО + О₂ ←→ 2NО₂.

Вычислить, во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций, если общее давление увеличить в 2 раза, и сделать вывод, в какую сторону сместится химическое равновесие?

Решение. Примем, что равновесные концентрации до увеличения давления составляли (моль/л): [NO]= a; [O₂]= b; [NO₂]= c. Тогда скорости прямой и обратной реакций будут равны:

υ ₁ = k ₁· a ²· b и υ ₂ = k ₂· c ²,

При увеличении давления в 2 раза концентрации участников реакции составят (моль/л): [NO]= 2 a; [O₂]= 2 b; [NO₂]= 2 c и скорости прямой и обратной реакций станут равны:

υ ₁ = k ₁·(2 a)²·2 b = k ₁·8 a ²· b и υ ₂ = k ₂·(2 c)², = k ₂·4 c ².

Найдем увеличение для скорости прямой и скорости обратной реакции:

и .

Таким образом, при увеличении давления в рассматриваемой равновесной системе в 2 раза скорость прямой реакции возрастает в 8 раз, а скорость обратной реакции в 4 раза, следовательно, равновесие сместится вправо — в сторону образования NO₂.

Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:

PCl_{5 (г)} ←→ PCl_{3 (г)} + Cl_{2 (г)}; ΔН = +92,59 кДж.

Определить, как надо изменить температуру, давление, концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения PCl₅.

Решение. Реакция разложения PCl₅ эндотермическая, поэтому для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру. Разложение PCl₅ ведет к увеличению объема системы, поскольку из одной молекулы газа образуется две молекулы газообразных веществ, следовательно, для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление. Смещение равновесия вправо можно обеспечить как увеличением концентрации PCl₅, так и уменьшением концентраций PCl₃ или Cl₂.