Төвлөрөл нэмэгдэх тусам тэнцвэр хаашаа шилжих вэ? Температурын химийн тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөө

Үндсэн нийтлэл: Ле Шателье-Браун зарчим

Химийн тэнцвэрийн байрлал нь дараах урвалын параметрүүдээс хамаарна: температур, даралт, концентраци. Эдгээр хүчин зүйлсийн химийн урвалд үзүүлэх нөлөө нь 1885 онд Францын эрдэмтэн Ле Шательегийн ерөнхий хэллэгээр илэрхийлсэн загварт хамаарна.

Химийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд:

1) температур

Температур нэмэгдэхийн хэрээр химийн тэнцвэрт байдал нь эндотермик (шингээх) урвал руу, буурах үед экзотермик (сугалах) урвал руу шилждэг.

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

Н 2 +3 цаг 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) даралт

Даралт ихсэх тусам химийн тэнцвэрт байдал бага хэмжээний бодис руу шилжиж, даралт буурах тусам их хэмжээний бодис руу шилждэг. Энэ зарчим нь зөвхөн хийд хамаарна, i.e. Хэрэв урвалд хатуу бодис оролцвол тэдгээрийг тооцохгүй.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1моль=1моль+1моль

3) эхлэлийн бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний концентраци

Эхлэх бодисын аль нэгний концентраци ихсэх тусам химийн тэнцвэр нь урвалын бүтээгдэхүүн рүү, урвалын бүтээгдэхүүний концентраци ихсэх тусам эхлэл бодис руу шилждэг.

С 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←

Катализатор нь химийн тэнцвэрийн өөрчлөлтөд нөлөөлдөггүй!

Химийн тэнцвэрийн үндсэн тоон үзүүлэлтүүд: химийн тэнцвэрийн тогтмол, хувирлын зэрэг, диссоциацийн зэрэг, тэнцвэрийн гарц. Тодорхой химийн урвалын жишээн дээр эдгээр хэмжигдэхүүнүүдийн утгыг тайлбарла.

Химийн термодинамикийн хувьд массын үйл ажиллагааны хууль нь дараахь хамаарлын дагуу эхлэлийн бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний тэнцвэрт үйл ажиллагааг тодорхойлдог.

Бодисын үйл ажиллагаа. Үйл ажиллагааны оронд концентрацийг (хамгийн тохиромжтой уусмал дахь урвалын хувьд), хэсэгчилсэн даралт (идеал хийн хольц дахь урвал), fugacity (бодит хийн хольц дахь урвал) ашиглаж болно;

Стохиометрийн коэффициент (эхлэх бодисын хувьд сөрөг, бүтээгдэхүүний хувьд эерэг);

Химийн тэнцвэрийн тогтмол. Энд байгаа "a" дэд тэмдэг нь томьёоны үйл ажиллагааны утгыг ашиглахыг хэлнэ.

Урвалын үр ашгийг ихэвчлэн урвалын бүтээгдэхүүний гарцыг тооцоолох замаар үнэлдэг (хэсэг 5.11). Үүний зэрэгцээ хамгийн чухал (ихэвчлэн хамгийн үнэтэй) бодисын аль хэсэг нь зорилтот урвалын бүтээгдэхүүн болж хувирсан, жишээлбэл, SO 2-ийн аль хэсэг нь SO 3 болж хувирсныг тодорхойлох замаар урвалын үр ашгийг үнэлж болно. хүхрийн хүчлийн үйлдвэрлэл, өөрөөр хэлбэл, олох хувиргах зэрэганхны бодис.

Үргэлжилж буй урвалын товч диаграммыг үзье

Тэгвэл А бодисыг В (А) бодис болгон хувиргах зэргийг дараах тэгшитгэлээр тодорхойлно

Хаана nпрореакт (А) – В бүтээгдэхүүн үүсгэх урвалд орсон урвалж А-ийн бодисын хэмжээ, ба nанхны (А) – урвалжийн анхны хэмжээ.

Мэдээжийн хэрэг, хувирлын зэргийг зөвхөн бодисын хэмжээгээр төдийгүй үүнтэй пропорциональ ямар ч хэмжигдэхүүнээр илэрхийлж болно: молекулын тоо (томъёоны нэгж), масс, эзэлхүүн.

Хэрэв А урвалжийг дутуу авч, В бүтээгдэхүүний алдагдлыг үл тоомсорлож болох юм бол А урвалжийн хувирлын зэрэг нь ихэвчлэн В бүтээгдэхүүний гарцтай тэнцүү байдаг.

Үл хамаарах зүйл бол анхны бодисыг хэд хэдэн бүтээгдэхүүн үүсгэхийн тулд хэрэглэсэн урвал юм. Тиймээс, жишээлбэл, урвалд орно

Cl 2 + 2KOH = KCl + KClO + H 2 O

хлор (урвалж) нь калийн хлорид ба калийн гипохлорит болгон хувиргадаг. Энэ урвалд KClO-ийн 100% гарцтай байсан ч хлорыг түүнд хувиргах түвшин 50% байна.

Таны мэддэг хэмжигдэхүүн - протолизийн зэрэг (12.4-р хэсэг) - хувиргах түвшний онцгой тохиолдол юм.

TED-ийн хүрээнд ижил төстэй хэмжигдэхүүнүүдийг дууддаг диссоциацийн зэрэгхүчил эсвэл суурь (протолизын зэрэг гэж бас тодорхойлсон). Диссоциацын зэрэг нь Оствальд шингэрүүлэлтийн хуулийн дагуу диссоциацийн тогтмолтой холбоотой.

Ижил онолын хүрээнд гидролизийн тэнцвэрт байдал нь тодорхойлогддог гидролизийн зэрэг (h), мөн бодисын анхны концентрацтай холбоотой дараах илэрхийлэлүүдийг ашигласан болно ( -тай) ба гидролизийн явцад үүссэн сул хүчлүүд (K HA) ба сул суурийн диссоциацийн тогтмолууд ( КЭМЯ):

Эхний илэрхийлэл нь сул хүчлийн давс, хоёр дахь нь сул суурийн давс, гурав дахь нь сул хүчил ба сул суурийн давсны гидролизд хамаарна. Эдгээр бүх илэрхийлэлийг зөвхөн 0.05 (5%)-аас ихгүй гидролизийн зэрэгтэй шингэрүүлсэн уусмалд ашиглаж болно.

Дүрмээр бол тэнцвэрийн өгөөж нь мэдэгдэж буй тэнцвэрийн тогтмолоор тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь тодорхой тохиолдол бүрт тодорхой харьцаатай байдаг.

Температур, даралт, концентраци зэрэг хүчин зүйлсийн нөлөөн дор урвуу процесс дахь урвалын тэнцвэрийг өөрчлөх замаар бүтээгдэхүүний гарцыг өөрчилж болно.

Ле Шательегийн зарчмын дагуу энгийн урвалын үед даралт ихсэх тусам хувирлын тэнцвэрийн зэрэг нь нэмэгддэг ба бусад тохиолдолд урвалын хольцын хэмжээ өөрчлөгдөхгүй бөгөөд бүтээгдэхүүний гарц нь даралтаас хамаардаггүй.

Температурын тэнцвэрийн гарц, түүнчлэн тэнцвэрийн тогтмол байдалд үзүүлэх нөлөөг урвалын дулааны эффектийн тэмдгээр тодорхойлно.

Буцаж болох үйл явцыг илүү бүрэн дүүрэн үнэлэхийн тулд онолын өгөөж (тэнцвэрийн өгөөж) гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь бодитоор олж авсан бүтээгдэхүүний тэнцвэрт байдалд олж авах хэмжээтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна.

ДУЛААНЫ ДИССОЦИАЦИЙН химийн

температурын өсөлтөөс үүссэн бодисын урвуу задралын урвал.

Нэг бодисоос хэд хэдэн (2H2H+ OCaO + CO) эсвэл нэг энгийн бодис үүсэх үед.

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу тэнцвэрт байдал гэх мэт. Энэ

тэнцвэрийн тогтмол эсвэл диссоциацийн зэргээр тодорхойлогдож болно

(муудсан молекулуудын тоог нийт молекулын тоонд харьцуулсан харьцаа). IN

Ихэнх тохиолдолд гэх мэт нь дулааны шингээлт дагалддаг (өсөлт

энтальпи

DN>0); тиймээс Ле Шателье-Брауны зарчмын дагуу

халаалт нь түүнийг сайжруулж, шилжилтийн зэрэг зэргийг температуртай хамт тодорхойлно

DN-ийн үнэмлэхүй утга. Даралт зэрэгт саад учруулах тусам хүчтэй байх тусмаа их байна

хийн бодисын моль (Di) тоо өөрчлөгдөх (өсөлт).

диссоциацийн зэрэг нь даралтаас хамаардаггүй. Хэрэв хатуу бодис байхгүй бол

хатуу уусмал үүсгэдэг бөгөөд өндөр тархалттай төлөвт байдаггүй;

дараа нь даралт гэх мэтийг температураар өвөрмөц байдлаар тодорхойлно. Хэрэгжүүлэхийн тулд Т.

г. хатуу бодис (оксид, талст гидрат гэх мэт)

Мэдэх нь чухал

диссоциацийн даралт нь гадаад даралттай тэнцүү болох температур (ялангуяа,

агаарын даралт. Учир нь ялгарсан хий нь даван туулж чадна

орчны даралт, дараа нь энэ температурт хүрэхэд задралын үйл явц

тэр даруй эрчимждэг.

Температураас диссоциацийн зэрэглэлийн хамаарал: температур нэмэгдэх тусам диссоциацийн зэрэг нэмэгддэг (температур нэмэгдэх нь ууссан хэсгүүдийн кинетик энерги нэмэгдэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь молекулуудыг ион болгон задлахад хүргэдэг)

Эхлэх бодисын хувирлын зэрэг ба бүтээгдэхүүний тэнцвэрт гарц. Өгөгдсөн температурт тэдгээрийг тооцоолох арга. Үүнд ямар өгөгдөл хэрэгтэй вэ? Химийн тэнцвэрт байдлын эдгээр тоон шинж чанаруудын аль нэгийг тооцоолох схемийг дурын жишээ ашиглан өг.

Хувиралтын зэрэг нь урвалд орсон урвалжийн хэмжээг анхны хэмжээгээр нь хуваасан юм. Хамгийн энгийн урвалын хувьд реакторын оролт эсвэл үечилсэн процессын эхэн дэх концентраци хаана байна вэ гэвэл реакторын гаралтын концентраци эсвэл үечилсэн процессын одоогийн момент байна. Сайн дурын хариу өгөхийн тулд, жишээлбэл, , тодорхойлолтын дагуу тооцоолох томъёо нь ижил байна: . Хэрэв урвалд хэд хэдэн урвалж байгаа бол хувиргах зэргийг тус бүрээр нь, жишээлбэл, урвалын хувьд тооцоолж болно. Хувиргах зэрэг нь урвалын хугацаанаас хамаарах нь цаг хугацааны явцад урвалжийн концентрацийн өөрчлөлтөөр тодорхойлогддог. Юу ч өөрчлөгдөөгүй анхны цаг мөчид хувирлын зэрэг нь тэг байна. Дараа нь урвалжийг хувиргах тусам хувирлын зэрэг нэмэгддэг. Урвалжийг бүрэн хэрэглэхэд юу ч саад болохгүй үед эргэлт буцалтгүй урвалын хувьд түүний үнэ цэнэ (Зураг 1) нэгдмэл байдалд (100%) ханддаг. Зураг 1 Урвалжийн хэрэглээний хурд нь хурдны тогтмолын утгаар тодорхойлогддог, зурагт үзүүлсэн шиг хувиргалтын зэрэг хурдан өсдөг. Хэрэв урвал буцах боломжтой бол урвал тэнцвэрт байдал руу чиглэх тусам хувирлын зэрэг нь тэнцвэрийн утга руу чиглэдэг бөгөөд түүний утга нь шууд ба урвуу урвалын хурдны тогтмолуудын харьцаанаас (тэнцвэрийн тогтмол дээр) хамаарна (Зураг 1). 2). Зураг 2 Зорилтот бүтээгдэхүүний гарц Бүтээгдэхүүний гарц гэдэг нь бодитоор олж авсан зорилтот бүтээгдэхүүний хэмжээг энэ бүтээгдэхүүнд бүх урвалж орсон бол олж авах байсан бүтээгдэхүүний хэмжээнд хуваасан (боломжтой хамгийн их хэмжээгээр) юм. үүссэн бүтээгдэхүүн). Эсвэл (урвалжаар дамжуулан): зорилтот бүтээгдэхүүнд бодитоор хөрвүүлсэн урвалжийн хэмжээг урвалжийн анхны хэмжээнд хуваана. Хамгийн энгийн урвалын хувьд гарц нь , мөн энэ урвалын хувьд , өөрөөр хэлбэл Хамгийн энгийн урвалын хувьд гарц ба хувирлын зэрэг нь ижил утгатай байна. Хэрэв хувиргалт нь бодисын хэмжээг өөрчлөх замаар явагддаг бол, жишээлбэл, тодорхойлолтын дагуу стехиометрийн коэффициентийг тооцоолсон илэрхийлэлд оруулах ёстой. Эхний тодорхойлолтын дагуу урвалжийн анхны хэмжээнээс гаргаж авсан бүтээгдэхүүний төсөөллийн хэмжээ нь энэ урвалын хувьд урвалжийн анхны хэмжээнээс хоёр дахин бага байх болно, өөрөөр хэлбэл. , болон тооцооны томъёо. Хоёрдахь тодорхойлолтын дагуу зорилтот бүтээгдэхүүн болгон хувиргасан урвалжийн хэмжээ нь энэ бүтээгдэхүүн үүссэнээс хоёр дахин их байх болно, өөрөөр хэлбэл. , тэгвэл тооцооны томъёо нь . Мэдээжийн хэрэг, хоёр илэрхийлэл нь адилхан. Илүү төвөгтэй урвалын хувьд тооцооллын томьёо нь тодорхойлолтын дагуу яг адилхан бичигдсэн боловч энэ тохиолдолд гарц нь хөрвүүлэх зэрэгтэй тэнцүү байхаа больсон. Жишээлбэл, урвалын хувьд, . Хэрэв урвалд хэд хэдэн урвалж байгаа бол тэдгээрийн гарцыг хэд хэдэн зорилтот бүтээгдэхүүн байгаа бол аль ч урвалжийн хувьд гарцыг тооцоолж болно. Тооцооллын томъёоны бүтцээс харахад (хүлээн авагч нь тогтмол утгыг агуулна) урвалын хугацаанаас гарцын хамаарлыг зорилтот бүтээгдэхүүний концентрацийн цаг хугацааны хамаарлаар тодорхойлно. Жишээлбэл, хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд энэ хамаарал нь 3-р зурагт харагдаж байна. Зураг 3

Химийн тэнцвэрт байдлын тоон шинж чанар болох хувирлын зэрэг. Нийт даралт ба температурын өсөлт нь хийн фазын урвал дахь урвалжийн хувирлын зэрэгт хэрхэн нөлөөлөх вэ: ( тэгшитгэл өгөгдсөн)? Хариултынхаа үндэслэл, тохирох математик хэллэгийг гарга.

9. Химийн урвалын хурд. Химийн тэнцвэрт байдал

9.2. Химийн тэнцвэр ба түүний шилжилт хөдөлгөөн

Ихэнх химийн урвалууд буцах боломжтой, i.e. бүтээгдэхүүн үүсэх чиглэлд болон тэдгээрийн задралын чиглэлд (зүүнээс баруун тийш, баруунаас зүүн тийш) нэгэн зэрэг урсдаг.

Урвуу процессын урвалын тэгшитгэлийн жишээ:

N 2 + 3H 2 ⇄ t °, p, муур 2NH 3

2SO 2 + O 2 ⇄ t ° , p , муур 2SO 3

H 2 + I 2 ⇄ t ° 2HI

Урвуу урвал нь химийн тэнцвэрийн төлөв гэж нэрлэгддэг тусгай төлөвөөр тодорхойлогддог.

Химийн тэнцвэрт байдал- энэ бол шууд ба урвуу урвалын хурд тэнцүү болж буй системийн төлөв юм. Химийн тэнцвэрт байдал руу шилжих үед урагшлах урвалын хурд ба урвалд орох бодисын концентраци буурч, урвуу урвал ба бүтээгдэхүүний концентраци нэмэгддэг.

Химийн тэнцвэрт байдалд нэгж хугацаанд задрахын хэрээр бүтээгдэхүүн үүсдэг. Үүний үр дүнд химийн тэнцвэрт байдалд байгаа бодисын концентраци нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь бүх бодисын тэнцвэрт концентраци эсвэл масс (эзэлхүүн) нь хоорондоо заавал тэнцүү байна гэсэн үг биш юм (9.8 ба 9.9-р зургийг үз). Химийн тэнцвэрт байдал нь гадны нөлөөнд хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай динамик (хөдөлгөөнт) тэнцвэр юм.

Тэнцвэрийн систем нэг тэнцвэрийн төлөвөөс нөгөөд шилжихийг шилжилт хөдөлгөөн гэнэ. тэнцвэрт байдалд шилжих. Практикт тэд урвалын бүтээгдэхүүн рүү (баруун тийш) эсвэл эхлэлийн бодис руу (зүүн тийш) тэнцвэрт шилжих тухай ярьдаг; урагшлах урвал нь зүүнээс баруун тийш, урвуу урвал баруунаас зүүн тийш явагддаг. Тэнцвэрийн төлөвийг хоёр эсрэг чиглэлтэй сумаар харуулав: ⇄.

Тэнцвэрийг өөрчлөх зарчимФранцын эрдэмтэн Ле Шателье (1884) томъёолсон: тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны нөлөөлөл нь энэ тэнцвэрт байдал нь гадны нөлөөллийн нөлөөг сулруулах чиглэлд шилжихэд хүргэдэг.

Тэнцвэрийг өөрчлөх үндсэн дүрмийг томъёолъё.

Төвлөрлийн нөлөө: бодисын концентраци нэмэгдэхэд тэнцвэр нь түүний хэрэглээ рүү, буурах үед үүсэх тал руу шилждэг.

Жишээлбэл, урвуу урвалд H 2-ийн концентраци нэмэгддэг

H 2 (г) + I 2 (г) ⇄ 2HI (г)

устөрөгчийн агууламжаас хамааран урагшлах урвалын хурд нэмэгдэх болно. Үүний үр дүнд тэнцвэр баруун тийш шилжих болно. H 2-ийн концентраци буурах тусам урагшлах урвалын хурд буурч, үр дүнд нь процессын тэнцвэрт байдал зүүн тийш шилжих болно.

Температурын нөлөө: Температур нэмэгдэхэд тэнцвэр нь эндотермик урвал руу, температур буурахад экзотермик урвал руу шилждэг.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр экзо- болон эндотермик урвалын хурд нэмэгддэг боловч эндотермик урвал илүү олон удаа нэмэгддэг тул E a үргэлж их байдаг гэдгийг санах нь чухал юм. Температур буурах тусам хоёр урвалын хурд буурдаг боловч дахин илүү олон удаа - эндотермик. Хурдны утга нь сумны урттай пропорциональ байх ба тэнцвэр нь урт сумны чиглэлд шилждэг диаграммд үүнийг харуулах нь тохиромжтой.

Даралтын нөлөө: Даралтын өөрчлөлт нь урвалд хий оролцох үед л тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөг, тэр ч байтугай хийн бодис нь химийн тэгшитгэлийн зөвхөн нэг талд байх үед ч нөлөөлнө. Урвалын тэгшитгэлийн жишээ:

• Даралт нь тэнцвэрийн өөрчлөлтөд нөлөөлдөг:

3H 2 (г) + N 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г),

CaO (тв) + CO 2 (г) ⇄ CaCO 3 (тв);

• даралт нь тэнцвэрийн шилжилтэд нөлөөлөхгүй:

Cu (sv) + S (sv) = CuS (sv),

NaOH (уусмал) + HCl (уусмал) = NaCl (уусмал) + H 2 O (l).

Даралт буурах үед тэнцвэр нь илүү их хэмжээний хийн бодис үүсэх тал руу шилжиж, ихсэх үед тэнцвэр нь бага хэмжээний химийн бодис үүсэх тал руу шилждэг. Хэрэв тэгшитгэлийн хоёр тал дахь хийн химийн хэмжээ ижил байвал даралт нь химийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлөхгүй.

H 2 (г) + Cl 2 (г) = 2HCl (г).

Даралтын өөрчлөлтийн нөлөө нь концентрацийн өөрчлөлттэй төстэй байдаг тул үүнийг ойлгоход хялбар байдаг: даралт n дахин нэмэгдэхэд тэнцвэрт байгаа бүх бодисын концентраци ижил хэмжээгээр нэмэгддэг (мөн эсрэгээр). ).

Урвалын системийн эзлэхүүний нөлөө: урвалын системийн эзэлхүүний өөрчлөлт нь даралтын өөрчлөлттэй холбоотой бөгөөд зөвхөн хийн бодисуудтай холбоотой урвалын тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөг. Эзлэхүүн буурах нь даралтыг нэмэгдүүлж, тэнцвэрийг цөөн тооны химийн хий үүсэх тал руу шилжүүлдэг. Системийн эзэлхүүн нэмэгдэх нь даралт буурч, илүү их хэмжээний химийн бодис үүсэх тэнцвэрт байдалд шилжихэд хүргэдэг.

Катализаторыг тэнцвэрийн системд оруулах эсвэл түүний шинж чанарыг өөрчлөх нь тэнцвэрийг өөрчлөхгүй (бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэхгүй), учир нь катализатор нь урагш болон урвуу урвалыг ижил хэмжээгээр хурдасгадаг. Энэ нь катализатор нь урагш болон урвуу үйл явцын идэвхжүүлэлтийн энергийг тэнцүү хэмжээгээр бууруулдагтай холбоотой юм. Тэгвэл яагаад тэд урвуу процесст катализатор ашигладаг вэ? Баримт нь урвуу процесст катализатор ашиглах нь тэнцвэрт байдал хурдан эхлэхэд хувь нэмэр оруулдаг бөгөөд энэ нь аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийн үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

Тэнцвэрийн өөрчлөлтөд янз бүрийн хүчин зүйлсийн нөлөөллийн тодорхой жишээг Хүснэгтэнд үзүүлэв. 9.1 Дулаан ялгарах үед үүсэх аммиакийн синтезийн урвалын хувьд. Өөрөөр хэлбэл, урагшлах урвал нь экзотермик, урвуу урвал нь эндотермик юм.

Хүснэгт 9.1

Аммиакийн синтезийн урвалын тэнцвэрт өөрчлөлтөд янз бүрийн хүчин зүйлийн нөлөөлөл

Жишээ 9.3. Үйл явцын тэнцвэрт байдалд байна

2SO 2 (г) + O 2 (г) ⇄ 2SO 3 (г)

бодисын концентраци (моль/дм 3) SO 2, O 2 ба SO 3 тус тус 0.6, 0.4 ба 0.2 байна. SO 2 ба O 2-ийн анхны концентрацийг ол (SO 3-ийн анхны концентраци нь тэг).

Шийдэл.

Урвалын явцад SO 2 ба O 2 зарцуулагддаг

c гадагш (SO 2) = c тэнцүү (SO 2) + c гадагш (SO 2),

c out (O 2) = c тэнцүү (O 2) + c out (O 2).

зарцуулсан c утгыг c (SO 3) ашиглан олно:

x = 0.2 моль/дм3.

c out (SO 2) = 0.6 + 0.2 = 0.8 (моль/дм 3).

y = 0.1 моль/дм3.

c out (O 2) = 0.4 + 0.1 = 0.5 (моль/дм 3).

Хариулт: 0.8 моль/дм 3 SO 2; 0.5 моль/дм 3 O 2.

Шалгалтын даалгаврыг гүйцэтгэхдээ нэг талаас урвалын хурд, нөгөө талаас химийн тэнцвэрт байдлын өөрчлөлт зэрэг янз бүрийн хүчин зүйлсийн нөлөөг ихэвчлэн эргэлздэг.

Урвуу үйл явцын хувьд

температур нэмэгдэхийн хэрээр урагш болон урвуу урвалын хурд нэмэгддэг; температур буурах тусам урагш болон урвуу урвалын хурд буурдаг;

даралт ихсэх тусам хийн оролцоотойгоор явагдах бүх урвалын хурд шууд ба урвуу байдлаар нэмэгддэг. Даралт буурах тусам шууд ба урвуу хийн оролцоотойгоор явагдах бүх урвалын хурд буурдаг;

катализаторыг системд оруулах эсвэл өөр катализатороор солих нь тэнцвэрт байдлыг өөрчлөхгүй.

N 2 (г) + 3Н 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г) + Q

Ямар хүчин зүйлсийг авч үзье: 1) аммиакийн урвалын синтезийн хурдыг нэмэгдүүлэх; 2) тэнцвэрийг баруун тийш шилжүүлэх:

а) температур буурах;

б) даралт ихсэх;

в) NH 3 концентраци буурах;

г) катализатор ашиглах;

e) N 2 концентрацийг нэмэгдүүлэх.

Шийдэл.

Хүчин зүйлүүд b), d) ба e) аммиакийн синтезийн урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх (түүнчлэн температурыг нэмэгдүүлэх, H 2 концентрацийг нэмэгдүүлэх); тэнцвэрийг баруун тийш шилжүүлэх - a), b), c), e).

Хариулт: 1) b, d, d; 2) a, b, c, d.

Жишээ 9.5. Урвуу урвалын энергийн диаграммыг доор харуулав

Бүх үнэн мэдэгдлийг жагсаа:

а) урвуу урвал нь урагшлах урвалаас хурдан явагддаг;

б) температур нэмэгдэхийн хэрээр урвуу урвалын хурд нь шууд урвалаас олон дахин нэмэгддэг;

в) дулаан шингээх үед шууд урвал үүсдэг;

d) урвуу урвалын хувьд температурын коэффициент γ их байна.

Шийдэл.

a) E arr = 500 − 300 = 200 (кЖ) нь E arr = 500 − 200 = 300 (кЖ) -ээс бага тул мэдэгдэл зөв байна.

b) Энэ мэдэгдэл буруу байна E a илүү байх шууд урвалын хурд хэд дахин нэмэгддэг.

в) Мэдэгдэл зөв, Q pr = 200 − 300 = −100 (кЖ).

d) Энэ мэдэгдэл буруу, шууд урвалын хувьд γ нь их, энэ тохиолдолд E a илүү байна.

Хариулт: a), c).

Химийн урвал нь эргэлт буцалтгүй эсвэл эргэлт буцалтгүй байж болно.

тэдгээр. хэрэв A + B = C + D зарим урвал эргэлт буцалтгүй бол энэ нь урвуу урвал C + D = A + B явагдахгүй гэсэн үг юм.

Жишээлбэл, хэрэв тодорхой A + B = C + D урвал буцах боломжтой бол энэ нь A + B → C + D (шууд) болон C + D → A + B (урвуу) урвалууд нэгэн зэрэг явагдана гэсэн үг юм. ).

Үндсэндээ, учир нь Урвуу урвалын хувьд тэгшитгэлийн зүүн талд байгаа бодис, тэгшитгэлийн баруун талд байгаа бодисыг урвалж (эхлэх бодис) гэж нэрлэж болно. Бүтээгдэхүүний хувьд ч мөн адил. Аливаа урвуу урвалын хувьд шууд болон урвуу урвалын хурд тэнцүү байх нөхцөл байдал боломжтой. Энэ нөхцлийг нэрлэдэг.

тэнцвэрийн байдал Тэнцвэрийн үед бүх урвалж болон бүх бүтээгдэхүүний концентраци тогтмол байна. Тэнцвэрт байгаа бүтээгдэхүүн ба урвалж бодисын концентрацийг гэнэ.

тэнцвэрийн концентраци

Температурын өөрчлөлт, даралт, эхлэлийн бодис, бүтээгдэхүүний концентраци зэрэг гадны нөлөөллөөс болж системийн тэнцвэрт байдал алдагдаж болно. Гэсэн хэдий ч энэхүү гадны нөлөөлөл зогссоны дараа систем хэсэг хугацааны дараа тэнцвэрийн шинэ төлөвт шилжинэ. Системийн нэг тэнцвэрийн төлөвөөс нөгөө тэнцвэрт төлөвт шилжих ийм шилжилтийг нэрлэдэг химийн тэнцвэрийн шилжилт (шилжилт). .

Тодорхой төрлийн нөлөөллийн дор химийн тэнцвэрт байдал хэрхэн өөрчлөгдөхийг тодорхойлохын тулд Ле Шательегийн зарчмыг ашиглах нь тохиромжтой.

Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны ямар нэгэн нөлөөлөл үзүүлэх юм бол химийн тэнцвэрт байдалд шилжих чиглэл нь нөлөөллийн нөлөөг сулруулдаг урвалын чиглэлтэй давхцах болно.

Температурын тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөө

Температур өөрчлөгдөхөд аливаа химийн урвалын тэнцвэрт байдал өөрчлөгддөг. Энэ нь аливаа урвал нь дулааны нөлөөтэй байдагтай холбоотой юм. Түүнээс гадна урагш ба урвуу урвалын дулааны нөлөө нь үргэлж эсрэг байдаг. Тэдгээр. Хэрэв урагшлах урвал нь экзотермик бөгөөд +Q-тэй тэнцүү дулааны эффекттэй явагддаг бол урвуу урвал нь үргэлж эндотермик бөгөөд –Q-тэй тэнцүү дулааны нөлөөтэй байдаг.

Тиймээс, Ле Шательегийн зарчмын дагуу хэрэв бид тэнцвэрт байдалд байгаа зарим системийн температурыг нэмэгдүүлэх юм бол тэнцвэр нь температур буурах урвал руу шилжих болно, өөрөөр хэлбэл. эндотермик урвал руу. Үүний нэгэн адил, хэрэв бид тэнцвэрт байдалд байгаа системийн температурыг бууруулбал тэнцвэр нь урвал руу шилжих бөгөөд үүний үр дүнд температур нэмэгдэх болно, өөрөөр хэлбэл. экзотермик урвал руу.

Жишээлбэл, дараах урвуу урвалыг авч үзээд температур буурах үед түүний тэнцвэрт байдал хаашаа шилжихийг зааж өгнө үү.

Дээрх тэгшитгэлээс харахад урагшлах урвал нь экзотермик, өөрөөр хэлбэл. Үүний үр дүнд дулаан ялгардаг. Үүний үр дүнд урвуу урвал нь эндотермик байх болно, өөрөөр хэлбэл дулаан шингээх үед үүсдэг. Нөхцөл байдлын дагуу температур буурч байгаа тул тэнцвэр нь баруун тийш шилжих болно, өөрөөр хэлбэл. шууд хариу үйлдэл рүү.

Химийн тэнцвэрт байдалд концентрацийн нөлөө

Ле Шательегийн зарчмын дагуу урвалжуудын концентрацийг нэмэгдүүлэх нь урвалжууд зарцуулагдах урвал руу тэнцвэрт байдалд шилжихэд хүргэх ёстой, өөрөөр хэлбэл. шууд хариу үйлдэл рүү.

Мөн эсрэгээр, хэрэв урвалд орох бодисын концентраци буурсан бол тэнцвэр нь урвалд орох урвал руу шилжинэ, үүний үр дүнд урвалд орно. урвуу урвалын тал (←).

Урвалын бүтээгдэхүүний концентрацийн өөрчлөлт нь мөн адил нөлөө үзүүлдэг. Хэрэв бүтээгдэхүүний концентрацийг нэмэгдүүлбэл тэнцвэрт байдал нь урвал руу шилжих бөгөөд үүний үр дүнд бүтээгдэхүүнийг хэрэглэж болно, өөрөөр хэлбэл. урвуу урвал руу (←). Хэрэв эсрэгээр бүтээгдэхүүний концентраци буурсан бол тэнцвэр нь шууд урвал руу (→) шилжих бөгөөд ингэснээр бүтээгдэхүүний концентраци нэмэгдэнэ.

Даралтын химийн тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөө

Температур ба концентрацаас ялгаатай нь даралтын өөрчлөлт нь урвал бүрийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөггүй. Даралтын өөрчлөлт нь химийн тэнцвэрт байдалд шилжихийн тулд тэгшитгэлийн зүүн ба баруун талд байгаа хийн бодисын коэффициентүүдийн нийлбэр өөр байх ёстой.

Тэдгээр. хоёр урвалаас:

даралтын өөрчлөлт нь зөвхөн хоёр дахь урвалын үед тэнцвэрт байдалд нөлөөлж болно. Зүүн ба баруун талд байгаа эхний тэгшитгэлийн хувьд хийн бодисын томъёоны өмнөх коэффициентүүдийн нийлбэр нь ижил (2-той тэнцүү), хоёр дахь тэгшитгэлийн хувьд өөр (4 дээр) байна. зүүн, баруун талд 2).

Эндээс, ялангуяа урвалд орж буй бодис ба бүтээгдэхүүний аль алинд нь хийн бодис байхгүй бол даралтын өөрчлөлт нь одоогийн тэнцвэрт байдалд ямар ч байдлаар нөлөөлөхгүй гэсэн үг юм. Жишээлбэл, даралт нь урвалын тэнцвэрт байдалд нөлөөлөхгүй.

Хэрэв зүүн ба баруун талд хийн бодисын хэмжээ ялгаатай бол даралт ихсэх нь хийн эзэлхүүн буурах урвал руу тэнцвэрт байдалд шилжих ба даралт буурах нь хийн хэмжээ өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. тэнцвэрт байдал, үүний үр дүнд хийн хэмжээ нэмэгддэг.

Химийн тэнцвэрт байдалд катализаторын үзүүлэх нөлөө

Катализатор нь урагшлах болон урвуу урвалын аль алиныг нь адилхан хурдасгадаг тул түүний байгаа эсэх ямар ч нөлөө үзүүлэхгүйтэнцвэрт байдалд оруулна.

Катализаторын нөлөөлж чадах цорын ганц зүйл бол системийн тэнцвэргүй байдлаас тэнцвэрт байдалд шилжих хурд юм.

Дээрх бүх хүчин зүйлсийн химийн тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөөллийг тэнцвэрийн даалгавруудыг гүйцэтгэхдээ эхлээд харж болохуйц хууран мэхлэлтийн хуудсанд нэгтгэн харуулав. Гэсэн хэдий ч үүнийг шалгалтанд ашиглах боломжгүй тул түүний тусламжтайгаар хэд хэдэн жишээнд дүн шинжилгээ хийсний дараа та үүнийг сурч, тэнцвэрийн асуудлыг харахгүйгээр шийдвэрлэх дасгал хийх хэрэгтэй.

Тэмдэглэл: Т - температур, х - даралт, -тай – төвлөрөл, – нэмэгдэх, ↓ – буурах

1. Мэдэгдэж буй бүх урвалын дотроос буцах ба эргэлт буцалтгүй урвалыг ялгадаг. Ион солилцооны урвалыг судлахдаа тэдгээрийг дуусгах нөхцлийг жагсаав. ().

Өгөгдсөн нөхцөлд бүрэн гүйцэд болдоггүй урвалууд бас байдаг. Жишээлбэл, хүхрийн давхар ислийг усанд уусгахад урвал явагдана: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Гэхдээ усан уусмалд зөвхөн тодорхой хэмжээний хүхрийн хүчил үүсч болно. Үүнийг хүхрийн хүчил эмзэг, урвуу урвал явагддагтай холбон тайлбарлаж байна. хүхрийн исэл ба ус руу задрах. Иймээс энэ урвал дуусдаггүй, учир нь хоёр урвал нэгэн зэрэг явагддаг - Чигээрээ(хүхрийн исэл ба усны хооронд) ба урвуу(хүхрийн хүчлийн задрал). SO 2 + H 2 O↔ H 2 SO 3 .

Өгөгдсөн нөхцөлд харилцан эсрэг чиглэлд явагдах химийн урвалыг урвуу гэж нэрлэдэг.

2. Химийн урвалын хурд нь урвалж буй бодисын концентрацаас хамаардаг тул эхлээд шууд урвалын хурд( υ pr) хамгийн их байх ёстой ба урвуу урвалын хурд ( υ арр.) тэгтэй тэнцүү байна. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам урвалд орох бодисын концентраци буурч, урвалын бүтээгдэхүүний концентраци нэмэгддэг. Тиймээс урагшлах урвалын хурд буурч, урвуу урвалын хурд нэмэгддэг. Тодорхой цаг хугацааны хувьд урагшлах болон урвуу урвалын хурд тэнцүү болно.

Бүх урвуу урвалуудад урагшлах урвалын хурд буурч, урвуу урвалын хурд нь хоёулаа тэнцүү болж, тэнцвэрт байдал үүсэх хүртэл нэмэгддэг.

υ pr =υ арр.

Урагшлах урвалын хурд нь урвуу урвалын хурдтай тэнцүү байх системийн төлөвийг химийн тэнцвэр гэнэ.

Химийн тэнцвэрт байдалд урвалд орох бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний хоорондох тоон харьцаа тогтмол хэвээр байна: нэгж хугацаанд урвалын бүтээгдэхүүний хэдэн молекул үүсдэг тул тэдгээрийн ихэнх нь задардаг. Гэсэн хэдий ч урвалын нөхцөл өөрчлөгдөхгүй бол химийн тэнцвэрт байдал хадгалагдана: концентраци, температур, даралт.

Химийн тэнцвэрийн төлөвийг тоон байдлаар дүрсэлсэн байдаг массын үйл ажиллагааны хууль.

Тэнцвэртэй байх үед урвалын бүтээгдэхүүний концентрацийн үржвэрийн (тэдгээрийн коэффициентийн хэмжээгээр) урвалд орж буй бодисын концентрацийн үржвэрт (мөн тэдгээрийн коэффициентийн хэмжээгээр) харьцаа нь урвал дахь бодисын анхны концентрацаас үл хамааран тогтмол утга юм. холимог.

Энэ тогтмол гэж нэрлэдэг тэнцвэрийн тогтмол - к

Тиймээс урвалын хувьд: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (G) + 92.4 кЖ тэнцвэрийн тогтмолыг дараах байдлаар илэрхийлнэ.

υ 1 =υ 2

v 1 (шууд хариу үйлдэл) = к 1 [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 , хаана– тэнцвэрт молийн концентраци, = моль/л

υ 2 (эсрэг хариу) = к 2 [ Н.Х. 3 ] 2

к 1 [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 = к 2 [ Н.Х. 3 ] 2

Kp = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 – тэнцвэрийн тогтмол.

Химийн тэнцвэрт байдал нь концентраци, даралт, температураас хамаардаг.

зарчимтэнцвэрийн холих чиглэлийг тодорхойлно:

Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны нөлөөлөл үзүүлэх юм бол систем дэх тэнцвэр нь энэ нөлөөллийн эсрэг чиглэлд шилжинэ.

1) Төвлөрлийн нөлөө - Хэрэв эхлэлийн бодисын концентраци нэмэгдвэл тэнцвэр нь урвалын бүтээгдэхүүн үүсэх тал руу шилждэг.

Жишээлбэл,Kp = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3

Жишээлбэл, урвалын хольц дээр нэмэхэд азотын, өөрөөр хэлбэл урвалжийн концентраци нэмэгдэж, К-ийн илэрхийлэл дэх хуваагч нэмэгдэх боловч К нь тогтмол тул энэ нөхцлийг биелүүлэхийн тулд тоологч нэмэгдэх ёстой. Тиймээс урвалын хольц дахь урвалын бүтээгдэхүүний хэмжээ нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд тэд химийн тэнцвэрт байдал баруун тийш, бүтээгдэхүүн рүү шилжих тухай ярьдаг.

Тиймээс урвалд орох бодисын концентраци (шингэн эсвэл хий) нэмэгдэх нь бүтээгдэхүүн рүү шилждэг, жишээлбэл. шууд хариу үйлдэл рүү. Бүтээгдэхүүний (шингэн эсвэл хийн) концентраци нэмэгдэх нь тэнцвэрийг урвалд ордог бодис руу шилжүүлдэг, өөрөөр хэлбэл. эсрэг хариу үйлдэл рүү.

Хатуу биеийн массыг өөрчлөх нь тэнцвэрийн байрлалыг өөрчлөхгүй.

2) Температурын нөлөө - температурын өсөлт нь тэнцвэрийг эндотермик урвал руу шилжүүлдэг.

A)Н 2 (G) + 3Х 2 (D) ↔ 2Н.Х. 3 (G) + 92.4 кЖ (экзотермик - дулаан ялгаруулах)

Температур нэмэгдэхийн хэрээр тэнцвэр нь аммиак задрах урвал руу шилжинэ (←)

б)Н 2 (G) +О 2 (D) ↔ 2ҮГҮЙ(G) – 180.8 кЖ (эндотермик - дулаан шингээлт)

Температур нэмэгдэхийн хэрээр тэнцвэрт байдал үүсэх урвал руу шилжинэ ҮГҮЙ (→)

3) Даралтын нөлөө (зөвхөн хийн бодисын хувьд) – даралт ихсэх тусам тэнцвэр тогтоц руу шилждэгI бодис бага эзэлдэг oБи идэж.

Н 2 (G) + 3Х 2 (D) ↔ 2Н.Х. 3 (G)

1 В - Н 2

3 В - Х 2

2 В – Н.Х. 3

Даралт ихсэх тусам ( П): урвалын өмнө4 В хийн бодисууд → урвалын дараа2 Вхийн бодис, тиймээс тэнцвэр баруун тийш шилждэг ( → )

Даралт 2 дахин нэмэгдэхэд хийн эзэлхүүн ижил хэмжээгээр буурч, улмаар бүх хийн бодисын агууламж 2 дахин нэмэгдэх болно. Kp = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3

Энэ тохиолдолд K-ийн илэрхийллийн тоо 4-өөр нэмэгдэнэ удаа, хуваагч нь 16 байна удаа, өөрөөр хэлбэл. тэгш эрх зөрчигдөх болно. Үүнийг сэргээхийн тулд концентрацийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай аммиакба концентраци буурдаг азотынТэгээдустөрлийн. Тэнцвэр баруун тийш шилжих болно.

Тиймээс даралт ихсэх үед тэнцвэр нь эзлэхүүний бууралт, даралт буурах үед эзлэхүүний өсөлт рүү шилждэг.

Даралтын өөрчлөлт нь хатуу ба шингэн бодисын эзлэхүүнд бараг ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй, жишээлбэл. тэдний төвлөрлийг өөрчилдөггүй. Тиймээс хий оролцдоггүй урвалын тэнцвэр нь даралтаас бараг хамааралгүй байдаг.

! Химийн урвалын явцад бодисууд нөлөөлдөг - катализаторууд.Гэхдээ катализаторыг ашиглах үед шууд болон урвуу урвалын аль алиных нь идэвхжүүлэх энерги ижил хэмжээгээр буурдаг тул тэнцвэр өөрчлөгдөхгүй.

Асуудлыг шийдвэрлэх:

№1. Урвуу урвал дахь CO ба O 2-ийн анхны концентраци

2CO (г) + O 2 (г)↔ 2 CO 2 (г)

6 ба 4 моль/л-тэй тэнцүү байна. Тэнцвэрт байх үеийн CO 2-ын концентраци 2 моль/л байвал тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоол.

№2. Урвал тэгшитгэлийн дагуу явагдана

2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) + Q

Хэрэв тэнцвэр хаана шилжихийг заана уу

а) даралтыг нэмэгдүүлэх

б) температурыг нэмэгдүүлэх

в) хүчилтөрөгчийн концентрацийг нэмэгдүүлэх

г) катализаторыг нэвтрүүлэх үү?