ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

 

Кинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакции является неравенство Δ G_{р, Т} < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, = - 228, 59 кДж/моль, а = - 313, 8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и р = 1 атм возможны реакции, идущие по уравнениям:

Н_2(Г) + ½ О_2(Г) = Н₂О_(Г) (1)

2Al_(К) + 3 I_2(К) = 2 AlI_3(К) (2)

Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический «тормоз», и тогда проявляется термодинамическая природа вещества. Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых – концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Пример. Константа равновесия гомогенной системы

СО_(г) + Н₂О_(г) ↔ СО_2(г) + Н_2(г)

при 850^º С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации [СО]_исх = 3 моль/л, [Н₂О]_исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей есть тоже величина постоянная и называется константой равновесия данной системы:

υ _пр = К₁ [СО][Н₂О];

υ _обр = К₂ [СО₂][Н₂];

К_равн = = .

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение К_равн входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО₂]_равн = 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 Н₂О расходуется для образования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:

[СО₂]_равн = [Н₂]_равн = х моль/л;

[СО]_равн = (3 – х) моль/л;

[Н₂О]_равн = (2 – х) моль/л.

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

;

х ² = 6 – 2 х – 3 х + х ²; 3 х = 6; х = 1, 2 моль/л.

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[СО₂]_равн = 1, 2 моль/л;

[Н₂]_равн = 1, 2 моль/л;

[СО₂]_равн = 3 – 1, 2 = 1, 8 моль/л;

[Н₂О]_равн = 2 – 1, 2 = 0, 8 моль/л.