Смещение равновесия при изменении температуры

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической, а при понижении – в сторону экзотермической реакции.

Так, синтез аммиака является экзотермической реакцией (Δ H⁰ < 0)

3 H_{2 (г)} + N_{2 (г)} = 2 NH_{3 (г)}; Δ H⁰ = - 92, 4 кДж

Поэтому при повышении температуры равновесие в данной системе сдвигается влево – в сторону обратной реакции разложения аммиака, так как обратная реакция идет с поглощением теплоты.

Реакция синтеза оксида азота (II) является эндотермическим процессом (Δ H⁰ > 0)

N_2(г) + O_2(г) = 2 NO_(г); Δ H⁰ = 180, 5 кДж

Поэтому при повышении температуры равновесие в этой системе смещается вправо – в сторону прямой реакции образования NO.

Введение в систему катализатора не вызывает смещения химического равновесия, так катализатор в одно и то же число раз изменяет скорость как прямой, так и обратной реакций. Катализатор позволяет быстрее достичь состояния химического равновесия.

Пример№1. Для приведенной ниже равновесной системы составьте выражения скоростей прямой и обратной реакций и константы химического равновесия. Объясните, изменением каких параметров (температура, давление, концентрация исходных веществ и концентрация продуктов реакции) можно сместить химическое равновесие с целью увеличения выхода продуктов реакции. Ответ мотивируйте на основании принципа Ле Шателье.

Решение: 2NO_(г) + O_2(г) ↔ 2 NO_2(г); Δ H⁰ < 0

2(V) 1(V) 2(V)

Для данной системы скорости прямой и обратной реакций выражаются уравнениями:

u_пр = k₁ [NO]² [O₂]

u_обр = k₂ [NO₂]²

Константа химического равновесия имеет вид:

К_р= k₁ / k₂ = [NO₂]²/ [NO]² [О₂].

Для смещения равновесия в сторону увеличения выхода продуктов реакции нужно:

а) увеличить концентрацию исходных веществ - [NO]↑, [O₂]↑ или уменьшить концентрацию продуктов реакции [NO₂]↓;

б) в реакцию вступает 3 моль газообразных веществ, образуется 2 моль, т.е. реакция идет с уменьшением объема. Поэтому для смещения равновесия вправо давление нужно повысить, т.к. в соответствии с принципом Ле Шателье повышение давления смещает равновесие давление в сторону образования меньшего объема газообразных веществ;

в) т.к. Δ H⁰ < 0, значит прямая реакция – экзотермическая, обратная - эндотермическая. Следовательно, для увеличения выхода продуктов реакцию нужно проводить с понижением температуры, отводом тепла из зоны реакции.

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

I. Общие задачи по термодинамике