2.5 Вплив вихідного складу системи на напрямок перебігу хімічного процесу. Рівняння ізотерми хімічної реакції

Якщо в системі перебігає хімічний процес (1.1), то при та

,

(2.7)

де – початкові нерівноважні парціальні тиски, які мають гази у початковий момент, коли система не перебуває у стані рівноваги ( < 0); – рівноважні парціальні тиски, які мають гази при досягненні стану рівноваги ( = 0).

Позначимо , , отримаємо

,

(2.8)

Рівняння (2.8) називається рівнянням ізотерми хімічної реакції.

Аналіз рівняння (2.8):

1. Якщо < , то < 0; можливий самочинний процес у прямому напрямку при заданих нерівноважних парціальних тисках.

2. Якщо > , то > 0; реакція відбувається самочинно у зворотньому напрямку;

3. Якщо = , то = 0; система знаходиться у стані рівноваги.

Таким чином, рівняння ізотерми дають унікальну можливість впливати на напрям перебігу процесу шляхом зміни вихідних парціальних тисків або концентрацій з метою досягнення максимального виходу продуктів реакції.

Приклад 21. Для процесу NiO_(α) + H_2(г.) → Ni_(α) + H₂O_(г.) при Т = 800 ⁰С нерівноважні парціальні тиски водню та води складають та відповідно. Визначити напрямок перебігу процесу.

Розв’язок.

Оскільки < 0, то процес перебігає в прямому напрямку.

2.6 Рівняння ізотерми хімічної реакції для стандартного стану учасників процесу. Розрахунок константи рівноваги процесу за с.У.

Стан учасників хімічної реакції, в якому їхні нерівноважні тиски дорівнюють 1 атм при Т = 298 К називають стандартним.

Якщо , то , тоді рівняння ізотерми для стандартного стану буде набувати вигляду:

, чи ,

(2.9)

де – стандартний ізобарний потенціал реакції при Т = 298К.

Приклад 22. Для хімічного процесу MnO_2(кр.) + 2C_{(графіт)} → 2CO_(г.) + Mn_(α) визначити з , , при Т = 298 К.

Розв’язок. З прикладу 16 відомо, що , тоді, згідно з рівнянням (2.9), отримаємо:

.

З використанням рівнянь (2.3), (2.5) та (2.2) знаходимо:

;

;

.

Приклад 23. Для хімічної реакції Ni_(α.) + S_2(г.) → NiS_(кр.) . Визначити за цих умов рівноважний парціальний тиск .

Розв’язок. , звідси .

Знаходимо

.

2.7 Вплив зовнішніх умов на стан хімічної рівноваги. Принцип рухомої рівноваги Ле Шательє – Брауна

Якщо на рівноважну систему подіяти ззовні шляхом зміни будь-якої властивості, що впливає на рівноважний стан, то рівновага у системі зміститься у напрямку того процесу, який протидіє зовнішньому впливу.

2.7.1 Вплив тиску на положення рівноваги

Тиск не впливає на значення і (вихід продукту реакції) при Т=const, оскільки , якщо реагенти – ідеальні гази. Проте сама рівновага на зміну тиску реагує зміщенням у певному напрямку.

Якщо > 0:

СаСО_3(кр.) → СаО_(кр.) + СО_2(г.)

↑Р призведе до зсуву рівноваги ліворуч

↓Р призведе до зсуву рівноваги праворуч

Якщо < 0:

Fe_(α) + 2О_2(г.) → Fe₃O_4(кр.)

↑Р призведе до зсуву рівноваги праворуч

↓Р призведе до зсуву рівноваги ліворуч

Якщо = 0:

4H₂O_(г.) + 3 Fe_(α) → Fe₃O_4(кр.) + 4H_2(г.)

Тиск не впливає на положення рівноваги, .