Химическое равновесие

Аудиторно-практическое занятие 2-8

Тема: ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

ИНСТРУКЦИЯ: К каждому семинару вы ЗАРАНЕЕ должны были ответить на вопросы. Кто этого не сделал, вы должны будете на эти вопросы ответить письменно позже и прислать ваш конспект мне в личные сообщения.

Домашнее задание: в конце документа

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Разбор теоретических вопросов

1. Обратимые и необратимые химические реакции.

2. Три случая необратимости химических реакций.

3. Как возникает процесс химического равновесия?

4. Почему химическое равновесие называется динамическим? ( с.142 ) . Равновесные концентрации

5. Факторы, влияющие на смещение химического равновесия: давление, температура, изменение концентрации веществ. Принцип Ле Шателье.

6. Основные выводы по смещению химического равновесия (с. 146 ).

Ответ на вопрос 6. В обратимых реакциях при определенных условиях может наступить состояние химического равновесия. Это состояние, при котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции. Но для того, чтобы сдвинуть равновесие в ту или иную сторону, нужно поменять условия протекания реакции. Принцип смещения равновесия - принцип Ле Шателье.

Основные положения:

1. Внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.

2. При увеличении концентрации одного из реагирующих веществ равновесие смещается в сторону расхода этого вещества, при уменьшении концентрации равновесие смещается в сторону образования этого вещества.

3. При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения количества газообразных веществ, то есть в сторону понижения давления; при уменьшении давления равновесие смещается в сторону возрастания количеств газообразных веществ, то есть в сторону увеличения давления. Если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на положение равновесия в этой системе.

4. При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры - в сторону экзотермической реакции.

2. Выполнение упражнений и решение задач

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1. Укажите, как повлияет: а) повышение давления; б) повышение температуры; в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы: 2CO (г) + O₂ (г) ↔ 2CO₂ (г) + Q

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение скорости прямой или обратной реакций в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесно, определяется по принципу Ле Шателье:

а) Изменение давления  смещает равновесие реакций с участием газообразных веществ (г). Определим объёмы газообразных веществ до и после реакции по стехиометрическим коэффициентам: 2CO (г) + O₂ (г) ↔ 2CO₂ (г) + Q

2V + 1V 2V

По принципу Ле Шателье, при увеличении давления, равновесие смещается в сторону образования веществ, занимающих меньший объём, следовательно равновесие сместится вправо, т.е. в сторону образования СО₂, в сторону прямой реакции (→).

б) По принципу Ле Шателье, при повышении температуры, равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (-Q), т.е. в сторону обратной реакции – реакции разложения СО₂ (←), т.к. по  закону сохранения энергии:

Q - 2CO (г) + O₂ (г) ↔ 2CO₂ (г) + Q

в) При увеличении концентрации кислорода равновесие системы смещается в сторону получения СО₂ (→) т.к.  увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции.

2. Химическое равновесие в системе  H2S(г) ↔ H2(г) + S(г) – Q сместится в сторону продуктов реакции (→) при:

1. Повышении давления 2. Повышении температуры

3. Понижении давления 4. Использовании катализатора

Объяснение: для начала рассмотрим реакцию: все вещества являются газами и в правой части две молекулы продуктов, а в левой только одна, так же реакция является эндотермической (-Q). Поэтому рассмотрим изменение давления и температуры. Нам нужно, чтобы равновесие сместилось в сторону продуктов реакции. Если мы повысим давление, то равновесие сместится в сторону уменьшения объема, то есть в сторону реагентов - нам это не подходит. Если мы повысим температуру, то равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, в нашем случае в сторону продуктов, что и требовалось. (2).

3. Химическое равновесие в системе SO3(г) + NO(г) ↔ SO2(г) + NO2(г) – Q сместится в сторону образования реагентов (←)при:

1. Увеличении концентрации NO 2. Увеличении концентрации SO2

3. Повышении температуры 4. Увеличении давления

Объяснение: все вещества газы, но объемы в правой и левой частях уравнения одинаковы, поэтому давление на равновесие в системе влиять не будет. Рассмотрим изменение температуры: при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, как раз в сторону реагентов. (3)

4. В системе  2NO2(г) ↔ N2O4(г) + Q смещению равновесия влево будет способствовать

1. Увеличение давления 2. Увеличение концентрации N2O4

3. Понижение температуры 4. Введение катализатора

Объяснение: обратим внимание на то, что объемы газообразных веществ в правой и левой частях уравнения не равны, поэтому изменение давления будет влиять на равновесие в данной системе. А именно, при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения количества газообразных веществ, то есть вправо. Нам это не подходит. Реакция экзотермическая, поэтому и изменение температуры будет влиять на равновесие системы. При понижении температуры равновесие будет смещаться в сторону экзотермической реакции, то есть тоже вправо. При увеличении концентрации N2O4, равновесие смещается в сторону расхода этого вещества, то есть влево. (2)

5. При повышении давления химическое равновесие сместится в сторону продуктов в системе:

1. CH4(г) + 3S(т) ↔ CS2(г) + 2H2S(г) - Q

2. C(т) + CO2(г) ↔ 2CO(г) – Q 3. N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + Q

4. Ca(HCO3)2(т) ↔ CaCO3(т) + CO2(г) + H2O(г) - Q

Объяснение: на реакции 1 и 4 изменение давления не влияет, потому не все участвующие вещества газообразны, в уравнении 2 в правой и левой частях количества молекул одинаково, так что давление влиять не будет. Остается уравнение 3. Проверим: при повышении давления равновесие должно сместиться в сторону уменьшения количеств газообразных веществ (справа 4 молекулы, слева 2 молекулы), то есть в сторону продуктов реакции. (3)

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО:

1. Какие из ниже перечисленных факторов приведут к смещению химического равновесия влево: 2SO2 (г) + О2 = 2SO3 (г) + Q ?

А) Повышение давления, Б) повышение температуры, В) понижение давления.

Г) понижение температуры, Д) уменьшение концентрации оксида серы (IV), Е) увеличение концентрации оксида серы (IV), Ж) уменьшение концентрации оксида серы (VI) З) увеличение концентрации кислорода.

2. Для каких из приведенных реакций изменение давления не оказывает влияния на смещение равновесия, в каждом пункте укажите причину.

А) Н2 (г) + S(т) = Н2S (г) + Q, Б) 2NO2 (г) = N2O4 (ж) + Q ,

В) 2NO (г) + CI2 (г) = 2NOCI + Q Г) N2 (г) + О2 (г) = 2NO (г) - Q

Д) Н2 + I2 (г) = 2НI + Q Е) 2SO2 (г) + О2 = 2SO3 + Q

3. Для каких из приведенных реакций увеличение давления и понижение температуры будут способствовать смещению равновесия в одном направлении ?

А) 2SO2 (г) + О2 = 2SO3 + Q Б) СО2 (г) + С (т) = 2СО (г) – Q

В) N2 (г) + О2 (г) = 2NO (г) - Q Г) N2 + H2 = 2NH3 (г) + Q

Д) 2СО (г) + О2 = 2СО2 (г) + Q

4. Как повлияет уменьшение давления на смещение равновесия в реакциях:

А) 2СО + 2Н2 = СН4 + СО2 Б) N2O4 (г) = 2NO2

Д) 3Fe2O3 (т) + СО = 2Fe3 O4 (т) + СО2 (г)

5. Для каких из приведенных реакций повышение температуры и уменьшение концентраций реагентов будут смещать химическое равновесие в одном направлении:

А) СаСО3 (т) = СаО (т) + СО2 (г) - Q

Б) РСI3 (г) + СI2 = PCI5 (т) + Q В) 3Fe + 4H2O (г) = Fe3O4 + 4H2 - Q

Г) Н2 + Вr2 (г) = 2НBr (г) + Q Д) С4Н10 (г) = С4Н8 (г) + Н2 - Q

6. Подберите не менее 4 условий для смещения химического равновесия в сторону продуктов реакции Н2 + СI2(г) = 2НСI (г) + Q

7. Почему железная окалина Fe3O4 при непрерывном токе водорода восстанавливается в металлическое железо полностью, хотя восстановление водородом железной окалины относится к обратимым реакциям ?

8. Является ли реакция распада пероксида водорода Н2О2 на воду и кислород обратимой ?

9. Какие из указанных способов могут быть использованы для смещения химического равновесия вправо : N2 (г) + О2 (г) = 2NO (г) - Q ?

А) Уменьшение концентрации кислорода Б) увеличение концентрации азота

В) увеличение концентрации кислорода Г) уменьшение концентрации азота

Д) уменьшение концентрации оксида азота Е) применение катализатора

Ж) понижение температуры З) повышение давления

И) повышение температуры К) понижение давления

10. Смесь водорода с кислородом можно хранить при обычной температуре неопределенно долго. Можно ли говорить, что здесь достигнуто состояние равновесия? ( Вспомнить тему о скорости реакций)

1. Изменится ли давление в замкнутой системе, если при н.у. смешать равные объемы

хлора и водорода и облучить ультрафиолетовыми лучами? Поясните.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ К СЛЕДУЮЩЕМУ СЕМИНАРУ

1. Ответить на вопросы о растворах и дисперсных системах ( Габриелян О.С., Лысова Г.Г.,.М., Дрофа., 2005, с 65-71. Рудзитис ГЕ. Фельдман ФГ Химия-11, с.80-84)

1. Классификация дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния и от размеров диспергированных частиц. Дайте определение аэрозоли, суспензии, эмульсии, приведите примеры

2. Коллоидные растворы. Особенности коллоидных частиц. Коагуляция коллоидных растворов.

3. Значение дисперсных систем в живой и неживой природе

4. Физико-химическая природа растворения и растворов. Взаимодействие растворителя и растворенного вещества. Докажите, что растворение вещества в воде является одновременно и физическим, и химическим процессом.

5. Особенности истинных растворов.

6. Классификация растворов по агрегатному состоянию.

7. Жидкие растворы. Что значит понятие раствор? Из каких компонентов состоит?

8. Способы выражения состава растворов и их формулы:

- массовая доля растворенного вещества,

- молярная концентрация.

9. Растворимость веществ.

10. Какой раствор называют насыщенным, ненасыщенным, пересыщенным, концентрированным, разбавленным ?

11. Вспомнить алгоритмы решения задач на приготовление растворов, на нахождение массовой доли растворенного вещества в растворе.

2. Сделать сообщение или презентацию «Растворы в медицине»