Вопрос 30
Химические реакции, протекающие на границе раздела фаз, называются гетерогенными химическими реакциями.
При равенстве скоростей прямой и обратной реакции наступает химическое равновесие в гетерогенной системе. Примерами гетерогенных процессов является пароводяная конверсия углерода, или восстановление оксидов металлов водородом:
С(к) + 2Н2О = СО2 + 2Н2 ,
МеО(к) + Н2 = Ме(к) + Н2 О.
Как и для любого равновесия, условием гетерогенного химического равновесия является равенство энергии Гиббса нулю, ΔG = 0.
5.2.1. Константа равновесия гетерогенной реакции
Как и в случае гомогенной химической реакции, константа гетерогенного равновесия равна отношению произведения равновесных концентраций (активностей) или парциальных давлений продуктов реакций к произведению равновесных концентраций (активностей) или парциальных давлений исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении. Для реакции пароводяной конверсии углерода константа равновесия имеет вид:
Кр = (рСО2)р (рН2)2р/(рН2О)2р,
для восстановления металла
Кр = (рН2O)р/(рН2)р.
Из приведенных выражений следует, что в уравнения констант гетерогенного химического равновесия не входят концентрации твердых веществ, участвующих в прямой и обратной реакциях. Это особенность гетерогенного химического равновесия.
Так как прямая и обратная реакции протекают на одной и той же поверхности раздела фаз, то площадь поверхности раздела фаз также не входит в уравнение константы химического равновесия.
Константа гетерогенного химического равновесия зависит от температуры. Она возрастает с увеличением температуры для эндотермической прямой реакции и уменьшается с увеличением температуры в случае экзотермической прямой реакции. Расчеты проводятся по тем же формулам, что и для гомогенных реакций.
Смещение равновесия гетерогенных реакций подчиняется принципу Ле Шателье. При повышении температуры оно смещается в сторону эндотермической реакции. При повышении давления или концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, при повышении концентрации или давления продуктов реакции равновесие смещается в сторону обратной реакции. При повышении общего давления равновесие сдвигается в направлении уменьшения числа молекул газообразных веществ.
Твердые исходные вещества и продукты реакции не влияют на смещение гетерогенного химического равновесия.
Образование осадка малорастворимого сильного электролита происходит в том случае, если стехиометрическое произведение концен- траций его ионов в растворе станет больше константы растворимости (Пс > Ks), т.е. осадок выпадает из пересыщенного раствора.
Растворение осадка малорастворимого электролита происходит в том случае, если стехиометричное произведение концентраций его ионов в растворе станет меньше константы растворимости (Пс < Ks).
Осаждение малорастворимых соединений идет дробно. Вначале осаждается наиболее трудно растворимое соединение, константа раство- римости которого достигается при наименьшей концентрации осаждаю- щего реагента, а затем осаждаются другие соединения в порядке возраста- ния их констант растворимости.
