Решение. 1. Влияние концентраций (парциальных давлений) компонентов системы

1. Влияние концентраций (парциальных давлений) компонентов системы. Если, например, в систему добавить метан, т.е. увеличить его концентрацию, то равновесие системы нарушится. При этом ускорится прямая реакция, что приведет к увеличению концентрации продуктов реакции СО₂ и Н₂ и уменьшению концентрации водяного пара, т.е. равновесие смещается вправо. Процесс будет протекать до тех пор, пока не установится новое равновесие, характеризующееся тем же значением К_с. Если в систему ввести дополнительное количество СО₂ или Н₂, то в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие сместится влево.

2. Влияние общего давления в системе. Если в результате реакции изменяется число молей газообразных веществ, то изменение общего давления в системе вызывает смещение равновесия. В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличение общего давления в системе вызывает смещение равновесия в сторону уменьшения числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону уменьшения давления. Для рассматриваемой реакции увеличение давления должно смещать равновесие влево (слева Σν_i = 3, справа Σν_i = 5).

3. Влияние температуры. С увеличением температуры равновесие смещается в сторону эндотермических реакций, т.е. реакций, протекающих с поглощением теплоты. Как указывалось ранее, повышение температуры вызывает увеличение константы равновесия эндотермической реакции, а соответственно возрастают отношения концентраций продуктов реакции к концентрациям исходных веществ, т.е. равновесие смещается в сторону эндотермических реакций. Например, увеличение температуры вызывает смещение равновесия рассматриваемой реакции получения водорода (ΔΗ>0) в правую сторону, а для экзотермической реакции

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О (ΔΗ<0)

– в левую сторону.

Пример 4. Равновесие в гомогенной газовой системе 2А+3В«3С+D установилось в момент, когда прореагировало 50% вещества А. Вычислить константу равновесия, если концентрации исходных веществ С_0А=0,6 моль/л и С_0В = 1,0 моль/л. В какую сторону сместится равновесие при повышении давления?

Решение. Для расчета константы равновесия необходимо найти равновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции.

1. Введем обозначения: [А], [В], [С], [D] – равновесные концентрации веществ, моль/л; [В]_{прореаг.} – количество прореагировавшего вещества В, моль/л. к моменту равновесия прореагировало 50% вещества А, [А]=С_0А×0,5=0,6×0,5=0,3.

2. Согласно уравнению реакции 2А+3В«3С+D вещество В прореагировало в раза больше, чем А, т.е. [В]_{прореаг.}= 0,3×1,5=0,45 моль/л, [В]=С_0В-[В]_{прореаг.}=1,0 – 0,45=0,55 моль/л.

3. Исходя из сравнения коэффициентов, можно сделать вывод, что [С]=[В]_{прореаг.}=0,45 моль/л, [D]= [С]=0,15 моль/л.

4. Составим выражение для константы равновесия системы , после подстановки найденных численных значений получим

0,912.

5. Уравнение реакции 2А+3В«3С+D показывает, что прямая реакция

протекает с образованием меньшего числа молей газа, т.е. с уменьшением давления. Обратная реакция протекает с образованием большего числа молей, т.е. с увеличением давления. При увеличении давления, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие смещается в сторону образования меньшего числа молей газообразных веществ, т.е. в направлении прямой реакции.

Задачи к главе 4