Дата__ Класс___

ТЕМА: «ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. ПРИНЦИП ЛЕ-ШАТЕЛЬЕ. ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ»

Цель: актуализировать, расширить и углубить знания учащихся о химическом равновесии.

Задачи урока:

1. Образовательные

· Обеспечить реализацию интегрированного подхода в изучении раздела «Химическая кинетика»;

· Обеспечить в ходе урока повторение, обобщение и углубление основных терминов и понятий раздела;

· Продолжить формирование и закрепление следующих специальных и общеучебных умений: составлять конспект, решать химические задачи с использованием обширного математического аппарата и биологических знаний, правильно организовывать эксперимент, объяснять и обсуждать его результаты.

2. Развивающие

· Развивать у учащихся такие интеллектуальные умения и навыки, как анализ и синтез, сравнение, обобщение, установление причинно-следственных связей, умение делать выводы;

· Развивать самостоятельность, творческие способности учеников, используя для этого ситуации интеллектуального затруднения, экспериментальные результаты;

· Развивать эмоции учащихся, создавать на уроке ситуации занимательности, используя интегрированный подход к объяснению изучаемых явлений;

· Развивать познавательный интерес учащихся, используя связи изучаемых явлений с явлениями и предметами окружающей жизни.

3. Воспитательные

· Содействовать в ходе урока формированию следующих мировоззренческих идей: идеи материальности, познаваемости мира, развития в природе и обществе, причинно-следственных связей между явлениями;

· Обеспечить целостное восприятие мира, способствовать ликвидации разрыва между теорией изучаемых явлений в различных дисциплинах школьного курса.

Задача

Укажите, как повлияет:

а) повышение давления;

б) повышение температуры;

в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы:

2CO (г) + O2 (г) ↔ 2CO2 (г) + Q

Решение:

а) Изменение давления смещает равновесие реакций с участием газообразных веществ (г). Определим объёмы газообразных веществ до и после реакции по стехиометрическим коэффициентам:

По принципу Ле Шателье, при увеличении давления, равновесие смещается в сторону образования веществ, занимающих меньший объём, следовательно равновесие сместится вправо, т.е. в сторону образования СО2, в сторону прямой реакции (→).

б) По принципу Ле Шателье, при повышении температуры, равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (-Q), т.е. в сторону обратной реакции – реакции разложения СО2 (←), т.к. по закону сохранения энергии:

Q - 2CO (г) + O2 (г) ↔ 2CO2 (г) + Q

в) При увеличении концентрации кислорода равновесие системы смещается в сторону получения СО2 (→) т.к. увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции.

Дополнительно:

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г)

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO2]= a, [О2] = b, [SO3] = с.Согласно закону действия масс скорости v прямой и обратной реакции до изменения объема:

vпр = Ка2b

vобр = К1с2.

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3а, [О2] = 3b; [SO3] = 3с. При новых концентрациях скорости v’ прямой и обратной реакции:

v’пр = К(3а)2(3b) = 27Ка2b

v’обр = К1(3с)2 = 9К1с2

Отсюда:

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO3.

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70оС, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

Следовательно, скорость реакции ν Т2 при температуре 70оС больше скорости реакции ν Т1при температуре 30оС в 16 раз.

Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы:

СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г)

при 850оС равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]исх =3 моль/л, [Н2О]исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

vпр = К1 [СО][Н2О]

vобр = К2[СО2][Н2]

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Кр входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО2]р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н2О расходуется для образования по х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ:

[СО2]р = [Н2]р = х моль/л;

[СО]р = (3 – х) моль/л;

[Н2О]р = (2 – х) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ:

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[СО2]р = 1, 2 моль/л;

[Н2]р= 1, 2 моль/л;

[СО]р = 3 – 1, 2 = 1, 8 моль/л;

[Н2О]р = 2 – 1, 2 = 0, 8 моль/л.

Пример 4. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

2CO (г) + O2 (г) ↔ 2CO2 (г) составляли: [CO] = 0, 2 моль/л, [O2] = 0, 32 моль/л, [CO2] = 0, 16 моль/л. Определить константу равновесия при этой температуре и исходные концентрации CO и O2, если исходная смесь не содержала СО2.

Решение:

1). Так как в условии задачи даны равновесные концентрации, то константа равновесия равна 2:

2). Если исходная смесь не содержала СО2, то на момент химического равновесия в системе образовалось 0, 16 моль СО2.

По УХР:

2CO(г) + O2(г) ↔ 2CO2(г)

На образование 0, 16 моль СО2 затрачено:

υ прореагировавшее(СО)=υ (CO2)=0, 16 моль

υ прореагировавшее(О2)=1/2υ (CO2)=0, 08 моль

Следовательно,

υ исходное = υ прореагировавшее + υ равновесное

υ исходное (СО)=0, 16 +0, 2 = 0, 36 моль

υ исходное (O2)=0, 08 +0, 32 = 0, 4 моль

Пример 5. Определить равновесную концентрацию HI в системе

H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г),

если при некоторой температуре константа равновесия равна 4, а исходные концентрации H2, I2 и HI равны, соответственно, 1, 2 и 0 моль/л.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени образовалось x моль/л HI

Тогда,

Решая это уравнение, получаем, что равновесная концентрация HI равна 1, 33 моль/л.