Понятие о химическом равновесии. Факторы, влияющие на скорость химической реакции и положение химического равновесия

Научиться понимать, что такое химическое равновесие и как внешние условия (температура, давление, концентрация) влияют на скорость реакции и положение равновесия.

Это основа управления химическими процессами: от синтеза аммиака в промышленности до дыхания и пищеварения в живых организмах. Зная эти закономерности, можно смещать равновесие в нужную сторону, увеличивая выход полезных продуктов.

• Скорость реакции — это изменение концентрации реагирующих веществ за единицу времени.
• Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, площади поверхности (для твёрдых веществ) и наличия катализатора.
• Обратимые реакции протекают одновременно в прямом и обратном направлениях.
• Химическое равновесие — состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, а концентрации всех веществ остаются постоянными.
• При изменении условий равновесие смещается в сторону той реакции, которая ослабляет это внешнее воздействие (принцип Ле Шателье).
• Катализатор ускоряет и прямую, и обратную реакции одинаково, поэтому не влияет на положение равновесия, а лишь ускоряет его достижение.
• Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, понижение — в сторону экзотермической.
• Увеличение давления смещает равновесие в сторону меньшего объёма газов, уменьшение — в сторону большего объёма.

Скорость химической реакции

Величина, показывающая, как быстро изменяется концентрация реагентов или продуктов за единицу времени.

Обратимые реакции

Реакции, которые могут протекать одновременно в прямом и обратном направлениях, например, синтез аммиака из азота и водорода.

Необратимые реакции

Реакции, которые протекают только в одном направлении до полного расходования одного из реагентов, например, горение магния.

Химическое равновесие

Состояние обратимой реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, и концентрации всех участников не изменяются со временем.

Принцип Ле Шателье

Правило, согласно которому при изменении внешних условий равновесие смещается так, чтобы ослабить это изменение.

Катализатор

Вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется.

• Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 °C скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.
• Влияние концентрации: увеличение концентрации реагентов увеличивает скорость реакции, так как растёт число столкновений частиц.
• Влияние давления: для газов увеличение давления равносильно увеличению концентрации, поэтому скорость реакции возрастает.
• Принцип Ле Шателье: если на систему в равновесии воздействовать извне, равновесие смещается в сторону, ослабляющую это воздействие.
• Катализатор не смещает равновесие, он только ускоряет его достижение.
• Для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q: повышение давления смещает равновесие вправо (к меньшему объёму газов), повышение температуры — влево (так как прямая реакция экзотермическая).

1. Пример 1случай
   • Если в закрытой бутылке с газировкой давление высокое, углекислый газ остаётся растворённым
   • Открываем бутылку — давление падает, равновесие смещается в сторону выделения газа, и мы слышим шипение
2. Пример 2случай

   Приготовление пищи

   Пояснение

   • в скороварке повышение давления и температуры ускоряет варку, так как реакции идут быстрее
3. Пример 3случай
   • В промышленности для увеличения выхода аммиака используют высокое давление и пониженную температуру, но температуру выбирают не слишком низкой, чтобы реакция шла достаточно быстро

• Синтез аммиака (процесс Габера) — один из важнейших промышленных процессов, основанный на принципе Ле Шателье. Без него не было бы удобрений и многих химических продуктов.
• В нашем организме кислород связывается с гемоглобином в лёгких (где его много) и высвобождается в тканях (где его мало) — это тоже пример смещения равновесия.
• В газированных напитках равновесие CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ смещается при открытии бутылки: давление падает, и углекислый газ выходит наружу.

• При работе с кислотами и щелочами (изменение концентрации) необходимо использовать защитные очки и перчатки.
• Нагревание реакций (изменение температуры) требует осторожности: не направлять пробирку на себя и окружающих.
• Работа с газами под давлением (изменение давления) должна проводиться только в специальном оборудовании.

• Скорость химических реакций (урок 7)
• Обратимые и необратимые реакции (урок 6)
• Химическое равновесие в растворах (электролитическая диссоциация, урок 10)