Обратимые химические реакции

Определение: Реакции, которые могут протекать в обоих направлениях — как в сторону образования продуктов, так и в сторону восстановления исходных веществ.

Пример: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ (синтез аммиака), $CaCO_3 \rightleftharpoons CaO + CO_2$.

Химическое равновесие

Определение: Состояние обратимой реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, и концентрации всех веществ остаются постоянными.

Важно:

• Равновесие динамическое — реакции продолжаются, но изменений концентраций нет.
• Условие равновесия описывается законом действующих масс: $K = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$, где $K$ — константа равновесия, a, b, c, d — коэффициенты из уравнения реакции.

Константа равновесия (K)

• Если $K \gg 1$ → в равновесии много продуктов.
• Если $K \ll 1$ → в равновесии много исходных веществ.

Смещение равновесия (Принцип Ле Шателье)

Формулировка: Если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие смещается в сторону, противоположную воздействию.

Факторы, влияющие на смещение:

1. Концентрация

• ↑ [реагента] → равновесие смещается в сторону продуктов.
• ↑ [продукта] → равновесие смещается в сторону исходных веществ.

2. Температура

• В экзотермической реакции (тепло выделяется) ↑ T → равновесие смещается в сторону реагентов.
• В эндотермической реакции (тепло поглощается) ↑ T → равновесие смещается в сторону продуктов.

3. Давление (только для газов)

• ↑ давление → равновесие смещается в сторону меньшего числа молей газа.
• ↓ давление → в сторону большего числа молей газа.

4. Катализатор

• Ускоряет достижение равновесия, но не смещает его.

Пример: Синтез аммиака

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + Q$

• Экзотермическая реакция.
• Для увеличения выхода $NH_3$:
• Повысить давление (слева 4 моль газа, справа 2 моль).
• Понизить температуру (экзотермическая).
• Использовать катализатор Fe.

Сводная информация о смещении равновесия

• ↑ концентрации реагента → в сторону продуктов.
• ↑ концентрации продукта → в сторону реагентов.
• ↑ температуры (экзотермическая) → в сторону реагентов.
• ↑ температуры (эндотермическая) → в сторону продуктов.
• ↑ давления (газы) → в сторону меньшего объёма газа.

Примеры ОРТ

1. При синтезе $SO_3$ из $SO_2$ и $O_2$ ↑ давление. Куда сместится равновесие? $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ В сторону продуктов (слева 3 моль газа, справа 2 моль).

2. Реакция экзотермическая. Что будет при повышении температуры? Смещение в сторону исходных веществ.