Влияние изменения температуры на состояние равновесия

Смещение равновесия вследствие изменения температуры удобно рассмотреть на примере какой- либо конкретной реакции:

N_2(г) + 3H_2(г) «2NH_3(г) + 91,8 кДж ¤ моль

Как сместится равновесие, например, при повышении температуры? Из принципа Ле-Шателье следует, что подвод тепла извне должен стимулировать процесс, идущий с его поглощением, т.е. будет возрастать скорость обратной реакции (если прямая реакция – экзотермическая, то обратная - эндотермическая, что непосредственно вытекает из закона сохранения энергии). Равновесие в данном случае сместится влево (v₁ < v₂), и воздействие повышения температуры будет ослаблено. Это можно показать на практическом примере. Зная теплоемкости аммиака, водорода и азота, для определенного количества их смеси известного состава, находящейся в равновесии, можно рассчитать количество теплоты, необходимое для повышения температуры на столько-то градусов. Однако, в ходе химической реакции (в данном случае - разложение аммиака) часть тепла поглотится, т.е. будет аккумулирована в форме внутренней энергии системы, и в результате температура повысится на меньшее число градусов.

При повышении температуры скорости и прямой, и обратной реакций увеличиваются, но неодинаково. Скорость эндотермического процесса возрастает в большей степени, что и вызывает смещение равновесия.

При понижении температуры скорости обеих реакций уменьшатся, но в большей степени замедлится эндотермическая реакция, и равновесие, поэтому, также будет нарушено.

Изложенное выше схематично можно изобразить следующим образом:

экзотермический процесс

¾¾¾¾¾¾¾¾®

охлаждение

N_2(г) + 3H_2(г) «2NH_3(г)

эндотермический процесс

¾¾¾¾¾¾¾¾

нагревание

В общей форме влияние изменения температуры на химическое равновесие можно выразить следующим образом:

повышение температуры благоприятствует эндотермическим, а понижение – экзотермическим реакциям.

В реакциях, протекающих с незначительным тепловым эффектом, изменение температуры практически не вызывает смещения равновесия. В этом случае повышение температуры лишь ускоряет достижение нового состояния равновесия, которое могло бы установиться и без нагревания вследствие изменения других внешних условий. На рисунке 19 приведены экспериментальные данные, иллюстрирующие влияние температуры на состояние химического равновесия при различных давлениях. Видно, что содержание аммиака в равновесной смеси с повышением температуры уменьшается, что является подтверждением изложенного нами выше.