Лекція 8 хімічна рівновага

Мета навчального заняття:

а) освітня: сформулювати знання про хімічну рівновагу, константу рівноваги, зміщення хімічної рівноваги та принцип Ле Шательє;

б) виховна: розкрити сутність впливу тиску, температури в системі, значення каталізаторів;

в) розвивальна: розвивати вміння визначати зміщення рівноваги за правилом Ле Шательє;

Обладнання: таблиці, схеми.

Методи навчання: загально-логічні (метод індукції, метод порівняння), методи хімічного дослідження (метод моделювання), загально-педагогічні методи (пояснювально-ілюстративний метод).

Ключові слова та терміни: швидкість хімічної реакцій, динамічна хімічна рівновага, константа рівноваги, правило Ле Шательє, температура, каталізатори, ентальпійний та ентропійний чинники.

ПЛАН

1. Константа рівноваги

2. Зміщення хімічної рівноваги. Правило Ле Шательє.

2.1. Вплив концентрації речовини.

2.2. Вплив загального тиску в системі.

2.3. Вплив температури.

2.4. Вплив каталізаторів.

Прикладами необоротних реакцій, можуть бу­ти процеси розкладу хлорату калію:

2КСlO₃ = 2КСl + 3O₂

або розчинення міді в концентрованій азотній кислоті

Сu + 4НNO₃ = Сu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2Н₂O.

У таких реакціях за жодних умов продукти реакції не можуть мимовільно перетворитися на вихідні речовини.

Якщо ж ентальпійний та ентропійний чинники спрямовують реакцію в протилежні боки, то між вихідними речовинами і про­дуктами реакції існує мінімальне значення енергії Гіббса. Вихідні речовини реагують між собою з утворенням продуктів доти, доки не утвориться така суміш вихідних речовин і продуктів реакції, якій відповідатиме це мінімальне значення G. Якщо продукти реакції також можуть реагувати між собою з утворенням вихідних речовин, то значення вільної енергії змен­шуються до того самого мінімуму. Отже, реакція є двобічною, во­на може відбуватися в двох протилежних напрямках. У точці, що відповідає мінімуму енергії (∆G = 0), встановлюється хімічна рівновага між вихідними речовинами і продуктами реакції. Біль­шість хімічних реакцій є оборотними, або двобічними.

Розглянемо процес установлення хімічної рівноваги з погляду хімічної кінетики на прикладі оборотної реакції утворення йодо­водню:

Н₂ + І₂↔ 2НІ.

Пряма та зворотна реакції характеризуються певними швидко­стями. Згідно із законом дії мас швидкості прямої υ₁ і зворотної υ₂ реакцій виражають рівняннями

.

Якщо взяти суміш Н₂ та I₂, в якій НІ відсутній, то в початковий момент ча­суυ₁ >> υ₂, оскільки швидкість пря­мої реакції є відносно високою, а швидкість зворотної реакції дорівнює нулю. В міру перебігу прямої реакції водень та йод витрачаються, в сис­темі зростає концентрація НІ. Внас­лідок цього швидкість прямої реакції з часом зменшується, розпочинається зворотна реакція, швидкість якої по­ступово зростає (рис. 1.).

Рис. 1. Зміна швидкостей прямої і зворотної реакцій з часом

Коли швидкості прямої і зворотної реакцій не змінюються на протязі певного часу, в системі встановлюється хімічна рівновага. Хімічну рівновагу називають динамічною.