Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Смещение равновесия
Темы кодификатора: обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов.
По возможности протекания обратной реакции химические реакции делят на обратимые и необратимые.
Обратимые химические реакции – это реакции, продукты которых при данных условиях могут взаимодействовать друг с другом.
Процесс протекает при высокой температуре, под давлением и в присутствии катализатора (железо). Такие процессы, как правило, обратимые.
Необратимые реакции – это реакции, продукты которых при данных условиях взаимодействовать друг с другом не могут.
Более подробно про классификацию химических реакций можно прочитать здесь.
Вероятность взаимодействия продуктов зависит от условий проведения процесса.
Например , при прокаливании твердого гидрокарбоната натрия:
выделяется газообразный углекислый газ и улетучиватся из зоны проведения реакции. Следовательно, такая реакция будет необратимой при данных условиях.
Рассмотрим обратимые реакции. Пусть обратимая реакция протекает по схеме:
aA + bB ⇔ cC + dD
Скорость прямой реакции по закону действующих масс определяется выражением:
Скорость обратной реакции:
Здесь k1 и k2 – константы скорости прямой и обратной реакции соответственно, СA, CB, CC, CD – концентрации веществ А, В, С и D соответственно.
Если в начальный момент реакции в системе нет веществ C и D, то сталкиваются и взаимодействуют преимущественно частицы A и B, и протекает преимущественно прямая реакция.
Исследования в области подвижного равновесия начались еще в XIX веке. В трудах Анри Ле-Шателье были заложены основы теории, которые позже обобщил ученый Карл Браун. Принцип подвижного равновесия, или принцип Ле-Шателье-Брауна, гласит:
Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействовать внешним фактором, который изменяет какое-либо из условий равновесия, то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.
Иными словами: при внешнем воздействии на систему равновесие сместится так, чтобы компенсировать это внешнее воздействие.
Этот принцип, что очень важно, работает для любых равновесных явлений (не только химических реакций). Однако мы сейчас рассмотрим его применительно к химическим взаимодействиям. В случае химических реакций внешнее воздействие приводит к изменению равновесных концентраций веществ.
На химические реакции в состоянии равновесия могут воздействовать три основных фактора – температура, давление и концентрации реагентов или продуктов.
2. В случае равновесных реакций, когда хотя бы одно из веществ находится в газовой фазе, на равновесие также существенно влияет изменение давления в системе. При повышении давления химическая система пытается компенсировать это воздействие, и увеличивает скорость реакции, в которой количество газообразных веществ уменьшается. При понижении давления система увеличивает скорость реакции, в которой образуется больше молекул газообразных веществ. Таким образом: при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газов, при уменьшении давления — в сторону увеличения числа молекул газов.
Обратите внимание! На системы, где число молекул газов-реагентов и продуктов одинаково, давление не оказывает воздействие! Также изменение давления практически не влияет на равновесие в растворах, т.е. на реакции, где газов нет.
3. Также на равновесие в химических системах влияет изменение концентрации реагирующих веществ и продуктов. При повышении концентрации реагентов система пытается их израсходовать, и увеличивает скорость прямой реакции. При понижении концентрации реагентов система пытается их наработать, и увеличивается скорость обратной реакции. При повышении концентрации продуктов система пытается их также израсходовать, и увеличивает скорость обратной реакции. При понижении концентрации продуктов химическая система увеличивает скорость их образования, т.е. скорость прямой реакции.
повышение давления приводит к увеличению скорости реакции, в которой образуется меньшее число молекул газов, т.е. прямой реакции (число молекул газов-реагентов равно 4, число молекул газов в продуктах равно 2). При повышении давления равновесие смещается вправо, в сторону продуктов. При повышении температуры равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, т.е. влево, в сторону реагентов. Увеличение концентрации азота или водорода сместит равновесие в сторону их расходования, т.е. вправо, в сторону продуктов.
Катализатор не влияет на равновесие, т.к. ускоряет и прямую, и обратную реакции.
Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие
Теория к заданию 24 из ЕГЭ по химии
Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение равновесия под действием различных факторов
Химическое равновесие
Химические реакции, протекающие в одном направлении, называют необратимыми.
Большинство химических процессов являются обратимыми. Это значит, что при одних и тех же условиях протекают и прямая, и обратная реакции (особенно если речь идет о замкнутых системах).
в открытой системе необратима;
в замкнутой системе обратима.
Рассмотрим более подробно процессы, протекающие при обратимых реакциях, например, для условной реакции:
На основании закона действующих масс скорость прямой реакции
Рано или поздно будет достигнуто состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций станут равными
Состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называют химическим равновесием.
При этом концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции остаются без изменения. Их называют равновесными концентрациями. На макроуровне кажется, что в целом ничего не изменяется. Но на самом деле и прямой, и обратный процессы продолжают идти, но с равной скоростью. Поэтому такое равновесие в системе называют подвижным и динамическим.
Константа равновесия
Полученное выражение количественно описывает состояние равновесия и представляет собой математическое выражение закона действующих масс для равновесных систем.
При неизменной температуре константа равновесия — величина постоянная для данной обратимой реакции. Она показывает соотношение между концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель), которое устанавливается при равновесии.
Константы равновесия рассчитывают из опытных данных, определяя равновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции при определенной темпера туре.
Реакции в химии имеют много типов классификации, и одна из них базируется на том, возможно или невозможно протекание процессов в разных направлениях, и в зависимости от этого разделяют обратимые и необратимые химические реакции.
Обратимые химические реакции
Большинство известных взаимодействий в химии относятся именно к этому виду. Что же они представляют собой?
Так называются процессы, которые при различных условиях протекают как напрямую (как и написано в уравнении), так и в обратную сторону (это так называемые прямая и обратная реакции).
Здесь можно привести такие примеры как гидратация натрий сульфида. Происходит образование веществ, формулы которых NaHS и NaOH. В таком порядке характерно прохождение первого подтипа (прямая реакция).
Если продукты и реагенты поменяются местами — это будет второй вид этих реакций. Интересно здесь то, что скорости протекания обратного и прямого уравнений равны между собой.
Факторы, влияющие на смещение химического равновесия
На состояние равновесия в уравнениях химии могут влиять такие факторы как концентрация, температура, давление, катализаторы и др. Все эти способы смещения равновесия действуют по-разному.
Рассмотрим главные из них:
Увеличение концентрации приводит к тому, что все растворы, участвующие в процессе, тоже изменяют свои концентрации так, чтобы система вновь возвратилась в состояние баланса.
Необратимые реакции
Необратимыми называются химические уравнения, происходящие до того, как полностью израсходуется одно из взаимодействующих реагентов, например, окисление фосфора кислородом с образованием оксида.
Как определить обратимую или необратимую реакцию
Различение этих двух типов производится с помощью таких признаков необратимых реакций:
выпадение осадка или выделение газа;
образование малодиссоциированных соединений (часто это вода);
большое высвобождение энергии.
Ещё одним признаком для их распознавания в книгах является то, что для необратимых уравнений между реагентами и продуктами ставятся две стрелки, указывающие на разные направления или знак равенства.
Обратимые и необратимые химические реакции — признаки, условия химического равновесия и примеры
Реакции в химии имеют много типов классификации, и одна из них базируется на том, возможно или невозможно протекание процессов в разных направлениях, и в зависимости от этого разделяют обратимые и необратимые химические реакции.
Обратимые химические реакции
Большинство известных взаимодействий в химии относятся именно к этому виду. Что же они представляют собой?
Так называются процессы, которые при различных условиях протекают как напрямую (как и написано в уравнении), так и в обратную сторону (это так называемые прямая и обратная реакции).
Здесь можно привести такие примеры как гидратация натрий сульфида. Происходит образование веществ, формулы которых NaHS и NaOH. В таком порядке характерно прохождение первого подтипа (прямая реакция).
Если продукты и реагенты поменяются местами — это будет второй вид этих реакций. Интересно здесь то, что скорости протекания обратного и прямого уравнений равны между собой.
Факторы, влияющие на смещение химического равновесия
На состояние равновесия в уравнениях химии могут влиять такие факторы как концентрация, температура, давление, катализаторы и др. Все эти способы смещения равновесия действуют по-разному.
Рассмотрим главные из них:
Увеличение концентрации приводит к тому, что все растворы, участвующие в процессе, тоже изменяют свои концентрации так, чтобы система вновь возвратилась в состояние баланса.
Температура — при её повышении, в случае обратимой реакции, равновесие смещается в сторону поглощения теплоты, а при понижении — в сторону выделения теплоты. Эти направления называются соответственно эндотермическое и экзотермическое.
Ещё один фактор — давление. Особенность в том, что оно может влиять только на системы, в которых есть хотя бы одно газообразное вещество. В случае обратимой реакции увеличение давления приводит к смещению равновесия в сторону уменьшения объёма (которая ведёт к уменьшению количества газов), а уменьшение — в сторону его увеличения.
Необратимые реакции
Необратимыми называются химические уравнения, происходящие до того, как полностью израсходуется одно из взаимодействующих реагентов, например, окисление фосфора кислородом с образованием оксида.
Как определить обратимую или необратимую реакцию
Различение этих двух типов производится с помощью таких признаков необратимых реакций:
выпадение осадка или выделение газа;
образование малодиссоциированных соединений (часто это вода);
большое высвобождение энергии.
Ещё одним признаком для их распознавания в книгах является то, что для необратимых уравнений между реагентами и продуктами ставятся две стрелки, указывающие на разные направления или знак равенства.
Обратимые и необратимые химические реакции
Реакции, идущие до конца и не изменяющие своего направления при изменении температуры и давления, называются необратимыми.
Химические реакции принято считать необратимыми, если:
Один из продуктов реакции выводится из сферы реакции в виде:
А) газа BaCO3 =t= BaO +CO2↑
Б) осадка Pb(NO3)2 + 2NaCl = PbCl2 ↓+ 2NaNO3
В) малодиссоциированного соединения – воды, слабой кислоты или основания, комплексной соли.
KOH +HCl = KCl + H2O
Г) выделяется большое количество тепла, например, реакция горения:
C +О2 = CO2 ΔH = + 393,5 кДж
Однако, большинство химических реакций являются обратимыми: при одних условиях (P, t, kat) они идут в одном направлении, при других – в обратном, а при некоторых промежуточных – протекают одновременно в двух взаимно противоположных направлениях.
Примером обратимых реакций служат реакции термического разложения гидроксида кальция, синтез аммиака:
Ca(OH) ↔ CaO + H2O – Q
Реакцию, идущую слева направо называют прямой, а справа налево – обратной.
Если прямая реакция экзотермическая, то обратная – эндотермическая. Причем, по закону сохранения энергии, количество теплоты, выделившееся в результате прямой реакции, равно количеству теплоты, поглощенному при обратном процессе, а наоборот.
Понятия «обратимая реакция» и «необратимая реакция» относительны: любая обратимая реакция может стать необратимой, если:
С другой стороны, многие реакции, протекающие необратимо, можно сделать обратимыми, изменив условия их протекания.
