Лекция 1
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Рекомендуемая литература
Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. - СПб: Химиздат, 2001
Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.:
Высш. шк., 1994
Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия,
2000
Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк.,
2007
Неорганическая химия. В 3 т. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии. Под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004
Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. - М.: Высш.
шк., 2003
Гаршин А.П. Неорганическая химия в схемах, рисунках, таблицах, формулах, химических реакциях. - СПб.: Лань, 2000
Модуль I. Лекция 3. Химическая кинетика
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Лекция 4 ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Содержание
Основные понятия
Закон действующих масс
Влияние температуры на константу химического равновесия
Влияние различных факторов на состояние химического равновесия. Принцип Ле Шателье
Влияние концентраций (парциальных давлений) компонентов системы
Влияние давления
Влияние температуры
Влияние катализатора
Выбор оптимального технологического режима.
Кажущееся равновесие
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Необратимые и обратимые реакции
Необратимые реакции – реакции, проходящие только в одном направлении до конца, т.е. до полного превращения одного или всех исходных веществ в продукты реакции
2KClO3 = 2KCl + 3O2
Обратимые реакции – реакции, идущие в противоположных направлениях, не проходят до конца, исходные вещества полностью не расходуются
H2 + I2 
2HI
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Химическое равновесие -
состояние системы, характеризующееся равными скоростями прямой и обратной реакций
Система H2 + I2 
2HI при Т = const
|
k |
пр |
C |
C |
|
k |
обр |
C |
2 |
|
|||||||||
пр |
|
H |
I |
обр |
|
HI |
|||
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
υ
|
0: |
|
|
: |
|
|
0 |
|
|
равн |
|
|
равн : |
|
СHI = 0 |
|
|
0 |
|
|
обр |
|
||
СH |
, CI |
|
пр |
|
2 |
2 |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
HI |
|
обр |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
пр |
обр |
|
|
|
|
|
|
υпр= υобр
τравн τ
kпр [H2 ][I2 ] = kобр [HI] |
2 |
|
kпр |
|
[HI]2 |
|
|
kобр |
[H2 ][I2 ] const K |
||||
|
|
|||||
H2 , I2 , HI - равновесные концентрации, моль/л
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Закон действующих масс
В закрытой системе в состоянии равновесия при постоянных температуре и давлении отношение произведений концентраций продуктов реакции и исходных веществ в степенях, равных
стехиометрическим коэффициентам, являетсяc постояннойd |
|||||||
величиной |
K |
|
= |
[C] |
[D] |
= const |
|
C |
a |
b |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
[A] |
[B] |
|
|
В закрытой системе для обратимой реакции (T, p = const)
|
рс |
рd |
Kp = |
С |
D |
рa |
рb |
|
|
A |
B |
=
aA + bB |
||||
const |
|
c |
||
|
|
|
||
K |
|
= |
[C] |
|
C |
a |
|||
|
|
|||
|
|
|
[A] |
|
cC + dD
[D] |
d |
|
|
|
= const |
||
b |
|||
|
|||
[B] |
|
|
|
Для реакции с участием газообразных веществ
рс рd
Kp С D const
рaA рBb
K |
p |
K |
c |
(RT) |
n |
, |
|
||||||
|
|
|
|
|
||
n (c d) (a b). |
||||||
pA, pB, pC, pD – равновесные парциальные давления
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Константы равновесий
вгомогенных и гетерогенных системах
Гомогенная система
N2(г) + 3H2(г) 
2NH3(г)
|
|
|
[NH |
|
] |
2 |
|
|
|
|
p |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|||||
K |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[N ][H |
|
|
] |
3 |
|
|
p |
|
|
p |
3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
H |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Гетерогенная система
K |
|
K |
|
(RT) |
2 |
|
K |
c |
|
|
p |
c |
|
|
|
||||||
|
2 |
T |
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
||
MgCO3(к) 
MgO(к) + CO2(г)
Kc = [CO2 ]
K |
p |
= p |
CO |
|
|
|
2 |
концентрации твердых веществ считают неизменными и в выражение константы равновесия не включают
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Константа равновесия - мера глубины прохождения реакции
Константа равновесия зависит от природы веществ, образующих систему и от температуры, но не зависит от концентрации веществ
Равновесие |
|
Равновесие |
|
|
|
смещено в |
Отсутствие |
смещено в |
сторону |
взаимодействия |
сторону |
обратной |
|
прямой |
|
|
|
реакции |
|
реакции |
|
|
K 1 |
K →0 |
K 1 |
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Расчет равновесных концентраций реагентов по известным исходным концентрациям
CO(г) + H2O(г) 
CO2(г) + H2(г)
КС = 1 при Т=1023 К,
Исходные концентрации веществ
С |
СО |
C |
|
3 моль/ л |
|
H O |
|
||
|
|
|
2 |
|
[CO |
] ? |
2 |
|
[CO] ? |
|
[H2 ] ? [H2O] ?
В начальный момент времени
C |
CO |
|
= C |
|
= 0. |
|
2 |
H |
|
||
|
|
|
2 |
|
|
Обозначаем х (моль/л) увеличение концентрации CO2 в ходе реакции
увеличение концентрации Н2 уменьшение концентрации СО уменьшение концентрации Н2О
K |
c |
|
[CO |
2 |
][H |
2 |
] |
|
x x |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
[CO][H |
|
O] |
(3 |
x)(3 x) |
||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= х
1 
[CO |
] [H |
] 0 x x |
2 |
2 |
|
[CO] [H2O] 3 x
9 - 6x + x2 = x2 
x 1,5
[CO2 ] [H2 ] 1,5 моль / л [CO] [H2O] 3 1,5 1,5 моль / л
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Определение возможного направления реакции
при известном значении константы равновесия
2SO2(г) + O2(г) |
2SO3(г) |
При Т = 950 К значение КС = 83,88 Исходные концентрации
C |
SO |
0,5 моль/л |
|
2 |
0,4 моль/л |
C |
O |
|
|
2 |
1 моль/л |
C |
SO |
|
|
3 |
|
Определить направление возможной реакции при данном составе системы
В исходной газовой смеси
CSO2 |
|
|
12 |
|
10 |
|
|
3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
CSO2 |
CO |
2 |
|
0,52 |
0,4 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
В состоянии равновесия
|
|
|
[SO |
|
|
] |
2 |
|
83,88 10 |
|||
K |
|
3 |
|
|
||||||||
c |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
[SO |
|
] |
[O |
|
] |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
CSO2 3
CSO2 2 CO2
В ходе достижения равновесия
K |
CSO |
|
|
CSO |
|
|
CO |
|
|
c |
3 |
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
при данном составе системы возможна прямая реакция
Модуль I. Лекция 4. Химическое равновесие