Скорость химической реакции и химическое равновесие
Считаем изменение скорости по правилу Вант-Гоффа и безошибочно применяем принцип Ле Шателье, включая случаи, когда смещения нет.
Задания 20–21 ЕГЭ проверяют факторы скорости и смещение равновесия. Вопрос почти всегда сформулирован так, что среди вариантов есть воздействие, которое равновесие не смещает вовсе — на этом и строится ловушка.
Скорость растёт при повышении концентрации реагентов, повышении температуры, увеличении площади поверхности твёрдого реагента (измельчение), введении катализатора, а для газов — при повышении давления. Природа реагентов задаёт исходный уровень скорости. Концентрация твёрдых веществ в выражение скорости не входит, поэтому измельчение действует через площадь контакта, а не через концентрацию.
v2 = v1 · γ^((T2 − T1)/10), где γ — температурный коэффициент (обычно 2–4). Пример: при γ = 3 повышение температуры с 20 до 50 °C даёт показатель (50 − 20)/10 = 3, значит скорость возрастает в 3³ = 27 раз.
При внешнем воздействии на систему в равновесии равновесие смещается в сторону реакции, ослабляющей это воздействие. Повышение концентрации вещества смещает равновесие в сторону его расходования. Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (в сторону −Q). Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газообразных веществ.
- ·Повышение давления: 4 моля газа → 2 моля
- ·Понижение температуры: реакция прямая экзотермическая
- ·Увеличение концентрации N2 или H2
- ·Отвод аммиака из системы
- ·Понижение давления
- ·Повышение температуры
- ·Увеличение концентрации NH3
- ·Удаление азота или водорода
Воздействие и направление смещения
| Воздействие | Условие | Куда смещается равновесие |
|---|---|---|
| Повышение t | прямая реакция экзотермическая (+Q) | влево, в сторону эндотермической |
| Повышение t | прямая реакция эндотермическая (−Q) | вправо |
| Повышение p | число молей газа слева больше | вправо |
| Повышение p | число молей газа одинаково | не смещается |
| Введение катализатора | любое | не смещается, ускоряются обе реакции |
| Добавление инертного газа при V = const | любое | не смещается |
Условие: для реакции 2SO2(г) + O2(г) ⇌ 2SO3(г) + Q определите, как сместится равновесие при повышении температуры и при повышении давления. Решение. Слева 2 + 1 = 3 моля газа, справа 2 моля. Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего объёма, то есть вправо, в сторону SO3. Прямая реакция экзотермическая (+Q), значит повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической обратной реакции, то есть влево. Ответ: при повышении давления — вправо, при повышении температуры — влево.
Три варианта ответа, которые ежегодно выбирают ошибочно. Первое: катализатор «смещает равновесие вправо» — нет, он одинаково ускоряет прямую и обратную реакции и только сокращает время достижения равновесия. Второе: давление действует на реакции типа H2 + I2 ⇌ 2HI — здесь по 2 моля газа с обеих сторон, смещения нет. Третье: при подсчёте молей учитывают твёрдые вещества, например углерод в реакции C(тв) + CO2(г) ⇌ 2CO(г) — считать надо только газы, значит 1 моль против 2, и повышение давления смещает равновесие влево.
- ✓Подсчитаны моли только газообразных веществ
- ✓Знак теплового эффекта прямой реакции определён верно
- ✓Проверено, не является ли воздействие нейтральным (катализатор, инертный газ, равные объёмы)
- ✓В расчёте по Вант-Гоффу показатель степени равен ΔT / 10
- ✓Различены понятия «скорость реакции» и «смещение равновесия»