khả năng đảo ngược của hóa chất. phản ứng. Cân bằng hóa học và điều kiện để xảy ra sự chuyển dịch của nó, ứng dụng trong thực tế.

Tất cả các phản ứng hóa học có thể được chia thành đảo ngược và không thể đảo ngược.

Phản ứng thuận nghịch không đi đến kết thúc: trong phản ứng thuận nghịch không có chất phản ứng nào bị tiêu hao hoàn toàn. Phản ứng thuận nghịch có thể tiến hành theo cả hai chiều thuận và nghịch. Các phản ứng hóa học thuận nghịch được viết dưới dạng một phương trình hóa học duy nhất có dấu hiệu thuận nghịch: .

Phản lực đi từ trái sang phải được gọi là dài phản ứng, và từ phải sang trái - đảo ngược .

Hầu hết các phản ứng hóa học đều có thể đảo ngược. Ví dụ, một phản ứng thuận nghịch là sự tương tác của hydro với hơi iốt:

Ban đầu, khi các nguyên liệu ban đầu được trộn lẫn, tốc độ của phản ứng thuận cao và tốc độ của phản ứng nghịch bằng không. Khi phản ứng diễn ra, các nguyên liệu ban đầu được tiêu thụ và nồng độ của chúng giảm xuống. Kết quả là tốc độ của phản ứng thuận giảm. Đồng thời, các sản phẩm phản ứng xuất hiện và nồng độ của chúng tăng lên. Do đó, phản ứng ngược bắt đầu diễn ra và tốc độ của nó tăng dần. Khi tốc độ của phản ứng thuận và nghịch trở nên như nhau, cân bằng hóa học.

Trạng thái cân bằng hóa học bị ảnh hưởng bởi: 1) nồng độ của các chất

2) nhiệt độ

3) áp lực

Khi một trong các thông số này thay đổi, trạng thái cân bằng hóa học bị xáo trộn và nồng độ của tất cả các chất phản ứng sẽ thay đổi cho đến khi trạng thái cân bằng mới được thiết lập. Sự chuyển đổi như vậy của hệ thống từ trạng thái này sang trạng thái khác được gọi là chuyển vị. Chiều chuyển dịch cân bằng hóa học được xác định theo nguyên tắc

Le Chatelier: Nếu bất kỳ tác động nào tác động lên một hệ đang ở trạng thái cân bằng hóa học, thì do các quá trình xảy ra trong hệ đó, trạng thái cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng mà tác động đó sẽ giảm đi.. Ví dụ, khi một trong các chất tham gia phản ứng được đưa vào hệ thống, trạng thái cân bằng chuyển dịch theo hướng tiêu thụ chất này. Khi áp suất tăng lên, nó sẽ dịch chuyển để áp suất trong hệ thống giảm xuống. Khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo hướng phản ứng thu nhiệt, nhiệt độ trong hệ giảm xuống.

Phản ứng không thể đảo ngược là những phản ứng tiến hành hoàn thành. – cho đến khi tiêu thụ hoàn toàn một trong các chất phản ứng. Điều kiện để xảy ra phản ứng hoá học không thuận nghịch:

	|	bài giảng tiếp theo ==>
Các loại liên kết hóa học: ion, kim loại, cộng hóa trị (có cực, không phân cực), hydro.	|

Về nguyên tắc, tất cả các phản ứng hóa học đều có thể đảo ngược.
Điều này có nghĩa là cả tương tác của các chất phản ứng và tương tác của các sản phẩm đều diễn ra trong hỗn hợp phản ứng. Theo nghĩa này, sự khác biệt giữa chất phản ứng và sản phẩm là tùy ý. Hướng của phản ứng hóa học được xác định bởi các điều kiện thực hiện nó (nhiệt độ, áp suất, nồng độ các chất).
Nhiều phản ứng có một hướng chiếm ưu thế và các điều kiện khắc nghiệt được yêu cầu để thực hiện các phản ứng đó theo hướng ngược lại. Trong các phản ứng như vậy, sự chuyển đổi gần như hoàn toàn các chất phản ứng thành các sản phẩm xảy ra.

Thí dụ. Sắt và lưu huỳnh với nhiệt độ vừa phải phản ứng với nhau tạo thành sắt (II) sunfua, FeS ổn định trong các điều kiện như vậy và thực tế không bị phân hủy thành sắt và lưu huỳnh:

Ở 200 atm và 400 0C thì hàm lượng NH3 trong hỗn hợp phản ứng thu được tối đa và bằng 36% (theo thể tích). Với sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa do dòng chảy của phản ứng ngược được tăng cường, phần thể tích của amoniac trong hỗn hợp giảm xuống.
Phản ứng thuận và nghịch tiến hành đồng thời theo hai hướng ngược nhau.

Trong tất cả các phản ứng thuận nghịch, tốc độ của phản ứng thuận giảm và tốc độ của phản ứng nghịch tăng cho đến khi cả hai tốc độ trở nên bằng nhau và trạng thái cân bằng được thiết lập.

Ở trạng thái cân bằng, tốc độ của phản ứng thuận và nghịch trở nên bằng nhau.

NGUYÊN TẮC LE CHATELIER SỰ CHUYỂN ĐỔI CÂN BẰNG HÓA HỌC.

Vị trí cân bằng hóa học phụ thuộc vào các thông số phản ứng sau: nhiệt độ, áp suất và nồng độ. Ảnh hưởng của các yếu tố này đối với phản ứng hóa học tuân theo một khuôn mẫu đã được nhà khoa học người Pháp Le Chatelier thể hiện bằng thuật ngữ chung vào năm 1884. Công thức hiện đại của nguyên tắc Le Chatelier như sau:

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong mỗi phản ứng thuận nghịch, một trong các hướng tương ứng với quá trình tỏa nhiệt và hướng còn lại tương ứng với quá trình thu nhiệt.

2. Ảnh hưởng của áp suất. Trong mọi phản ứng có sự tham gia của các chất ở thể khí, kèm theo sự thay đổi thể tích do sự thay đổi lượng chất khi chuyển từ chất ban đầu sang sản phẩm, áp suất trong hệ ảnh hưởng đến vị trí cân bằng.
Sự ảnh hưởng của áp suất lên vị trí cân bằng tuân theo các quy luật sau:

Như vậy, trong quá trình chuyển từ chất ban đầu sang sản phẩm, thể tích khí giảm đi một nửa. Điều này có nghĩa là khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành NH3, bằng chứng là dữ liệu sau cho phản ứng tổng hợp amoniac ở 400 0C:

3. Ảnh hưởng của nồng độ. Ảnh hưởng của nồng độ đến trạng thái cân bằng tuân theo các quy luật sau:

Trạng thái trong đó tốc độ của các phản ứng thuận và nghịch bằng nhau được gọi là cân bằng hóa học. Phương trình phản ứng thuận nghịch ở dạng tổng quát:

Chuyển tiếp tốc độ phản ứng v 1 =k 1 [A] m [B] n , tốc độ phản ứng nghịch v 2 =k 2 [С] p [D] q , trong ngoặc vuông là nồng độ cân bằng. Theo định nghĩa, ở trạng thái cân bằng hóa học v 1 =v 2, từ đâu

K c \u003d k 1 / k 2 \u003d [C] p [D] q / [A] m [B] n,

trong đó K c là hằng số cân bằng hóa học biểu thị theo nồng độ mol. Biểu thức toán học trên thường được gọi là định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng hóa học thuận nghịch: tỷ lệ tích của nồng độ cân bằng của các sản phẩm phản ứng với tích của nồng độ cân bằng của các chất ban đầu.

Vị trí cân bằng hóa học phụ thuộc vào các thông số phản ứng sau: nhiệt độ, áp suất và nồng độ. Ảnh hưởng của các yếu tố này đối với phản ứng hóa học tuân theo một khuôn mẫu đã được nhà khoa học người Pháp Le Chatelier thể hiện bằng thuật ngữ chung vào năm 1884. Công thức hiện đại của nguyên tắc Le Chatelier như sau:

Nếu một ảnh hưởng bên ngoài được tác động lên một hệ thống đang ở trạng thái cân bằng, thì hệ thống sẽ chuyển sang một trạng thái khác theo cách làm giảm ảnh hưởng của ảnh hưởng bên ngoài.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong mỗi phản ứng thuận nghịch, một trong các hướng tương ứng với quá trình tỏa nhiệt và hướng còn lại tương ứng với quá trình thu nhiệt.

Khi nhiệt độ tăng, cân bằng hóa học dịch chuyển theo hướng phản ứng thu nhiệt và khi nhiệt độ giảm theo hướng phản ứng tỏa nhiệt.

2. Ảnh hưởng của áp suất. Trong mọi phản ứng có sự tham gia của các chất khí, kèm theo sự thay đổi thể tích do sự thay đổi lượng chất trong quá trình chuyển từ chất ban đầu sang sản phẩm, vị trí cân bằng bị ảnh hưởng bởi áp suất trong hệ.
Sự ảnh hưởng của áp suất lên vị trí cân bằng tuân theo các quy luật sau:

Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành các chất (ban đầu hoặc sản phẩm) có thể tích nhỏ hơn.

3. Ảnh hưởng của nồng độ. Ảnh hưởng của nồng độ đến trạng thái cân bằng tuân theo các quy luật sau:

Với sự gia tăng nồng độ của một trong các chất ban đầu, trạng thái cân bằng sẽ thay đổi theo hướng hình thành các sản phẩm phản ứng;
khi tăng nồng độ của một trong các sản phẩm phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành các chất ban đầu.

Câu hỏi để kiểm soát bản thân:

1. Tốc độ của một phản ứng hóa học là gì và nó phụ thuộc vào những yếu tố nào? Hằng số tốc độ phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2. Viết phương trình tốc độ phản ứng tạo thành nước từ hydro và oxy và cho biết tốc độ thay đổi như thế nào nếu nồng độ hydro tăng gấp ba lần.

3. Tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào theo thời gian? Những phản ứng nào được gọi là thuận nghịch? Trạng thái cân bằng hóa học là gì? Thế nào gọi là hằng số cân bằng, nó phụ thuộc vào những yếu tố nào?

4. Những tác động bên ngoài nào có thể làm rối loạn cân bằng hóa học? Cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào khi nhiệt độ thay đổi? Sức ép?

5. Làm thế nào để có thể chuyển dịch và hoàn thành phản ứng thuận nghịch theo một chiều nhất định?

Bài giảng số 12 (có vấn đề)

Các giải pháp

Mục tiêu:Đưa ra kết luận định tính về độ tan của các chất và đánh giá định lượng về độ tan.

từ khóa: Các giải pháp - đồng nhất và không đồng nhất; đúng và keo; độ tan của các chất; nồng độ dung dịch; giải pháp của nonelectrols; định luật Raoult và van't Hoff.

Kế hoạch.

1. Phân loại giải pháp.

2. Nồng độ dung dịch.

3. Dung dịch chất không điện li. định luật Raoult.

Phân loại giải pháp

Các giải pháp là các hệ thống đồng nhất (một pha) có thành phần thay đổi, bao gồm hai hoặc nhiều chất (thành phần).

Theo bản chất của trạng thái tập hợp, các giải pháp có thể ở dạng khí, lỏng và rắn. Thông thường, cấu tử nào ở những điều kiện nhất định ở trạng thái đông tụ như dung dịch thu được thì được coi là dung môi, các cấu tử còn lại của dung dịch là chất tan. Trong trường hợp trạng thái tổng hợp của các cấu tử giống nhau thì dung môi là cấu tử chiếm ưu thế trong dung dịch.

Tùy thuộc vào kích thước của các hạt, các giải pháp được chia thành thật và keo. Trong các dung dịch thực (thường được gọi đơn giản là dung dịch), chất tan được phân tán đến cấp độ nguyên tử hoặc phân tử, các hạt của chất tan không nhìn thấy được bằng mắt thường hoặc dưới kính hiển vi, chúng di chuyển tự do trong môi trường dung môi. Các giải pháp thực sự là các hệ thống ổn định về mặt nhiệt động, ổn định vô hạn theo thời gian.

Các động lực cho sự hình thành các giải pháp là các yếu tố entropy và entanpy. Khi hòa tan chất khí trong chất lỏng, entropi luôn giảm ΔS< 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS >0). Tương tác giữa chất tan và dung môi càng mạnh thì vai trò của hệ số entanpi trong quá trình tạo thành dung dịch càng lớn. Dấu của sự thay đổi entanpi hòa tan được xác định bằng dấu tổng của tất cả các hiệu ứng nhiệt của các quá trình đi kèm với quá trình hòa tan, trong đó đóng góp chính là do sự phá hủy mạng tinh thể thành các ion tự do (ΔH > 0) và sự tương tác của các ion được tạo thành với các phân tử dung môi (sự hòa tan, ΔH< 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T·ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

Nồng độ của dung dịch bão hòa được xác định bởi độ hòa tan của chất ở nhiệt độ nhất định. Các giải pháp có nồng độ thấp hơn được gọi là không bão hòa.

Độ hòa tan của các chất khác nhau thay đổi đáng kể và phụ thuộc vào bản chất của chúng, sự tương tác của các phân tử chất tan với nhau và với các phân tử dung môi, cũng như vào các điều kiện bên ngoài (áp suất, nhiệt độ, v.v.)

Trong thực hành hóa học, các dung dịch được điều chế trên cơ sở dung môi lỏng là quan trọng nhất. Đó là hỗn hợp chất lỏng trong hóa học được gọi đơn giản là dung dịch. Dung môi vô cơ được sử dụng rộng rãi nhất là nước. Các giải pháp với các dung môi khác được gọi là không dung dịch nước.

Các giải pháp có tầm quan trọng thực tế cực kỳ lớn, nhiều phản ứng hóa học diễn ra trong đó, bao gồm cả những phản ứng cơ bản trong quá trình trao đổi chất trong các sinh vật sống.

nồng độ dung dịch

Một đặc điểm quan trọng của các dung dịch là nồng độ của chúng, biểu thị lượng tương đối của các thành phần trong dung dịch. Có nồng độ khối lượng và thể tích, có chiều và không có thứ nguyên.

Đến không thứ nguyên nồng độ (cổ phần) bao gồm các nồng độ sau:

Phần khối lượng của chất tan W(B) được biểu thị dưới dạng một phần của đơn vị hoặc dưới dạng phần trăm:

trong đó m(B) và m(A) là khối lượng của chất tan B và khối lượng của dung môi A.

Phần thể tích của chất hòa tan σ(B) được biểu thị bằng phần trăm đơn vị hoặc phần trăm thể tích:

trong đó V i là thể tích của thành phần dung dịch, V(B) là thể tích của chất hòa tan B. Phần trăm thể tích gọi là độ *) .

*) Đôi khi nồng độ thể tích được biểu thị bằng phần nghìn (ppm, ‰) hoặc bằng phần triệu (ppm), ppm.

Phần mol của chất tan χ(B) được biểu thị bằng hệ thức

Tổng các phân số mol của k thành phần của dung dịch χ i bằng một

Đến chiều nồng độ bao gồm các nồng độ sau:

Nồng độ mol chất tan C m(B) được xác định bằng lượng chất n(B) có trong 1 kg (1000 g) dung môi, đơn vị tính là mol/kg.

Nồng độ mol của chất B trong dung dịch C(B) - hàm lượng chất hòa tan B trên một đơn vị thể tích của dung dịch, mol/m 3, hoặc thường xuyên hơn là mol/lít:

trong đó μ(B) là khối lượng mol của B, V là thể tích dung dịch.

Đương lượng nồng độ mol của chất B C E (B) (chuẩn - lỗi thời.) được xác định bằng số đương lượng của chất tan trên một đơn vị thể tích của dung dịch, mol / lít:

trong đó n E (B) là lượng đương lượng chất, μ E là khối lượng mol đương lượng.

Độ chuẩn độ của dung dịch chất B( t B) được xác định bằng khối lượng chất tan tính bằng g có trong 1 ml dung dịch:

g/ml hoặc g/ml.

Nồng độ khối lượng (phần khối lượng, phần trăm, mol) không phụ thuộc vào nhiệt độ; nồng độ thể tích đề cập đến một nhiệt độ cụ thể.

Tất cả các chất đều có khả năng hòa tan ở một mức độ nào đó và được đặc trưng bởi khả năng hòa tan. Một số chất tan vô hạn trong nhau (nước-axeton, benzen-toluen, natri-kali lỏng). Hầu hết các hợp chất ít tan (nước-benzen, nước-rượu butyl, muối ăn trong nước) và nhiều hợp chất ít tan hoặc thực tế không tan (nước-BaSO 4 , nước-xăng).

Độ tan của một chất ở những điều kiện cho trước là nồng độ của chất đó trong dung dịch bão hòa. Trong một giải pháp như vậy, đạt được trạng thái cân bằng giữa chất tan và dung dịch. Trong trường hợp không có trạng thái cân bằng, dung dịch vẫn ổn định nếu nồng độ của chất tan nhỏ hơn độ tan của nó (dung dịch chưa bão hòa) hoặc không ổn định nếu dung dịch chứa các chất lớn hơn độ tan của nó (dung dịch quá bão hòa).

9. Tốc độ phản ứng hóa học. Cân bằng hóa học

9.2. Cân bằng hóa học và chuyển vị của nó

Hầu hết các phản ứng hóa học đều có thể đảo ngược, tức là đồng thời chảy cả theo hướng hình thành sản phẩm và theo hướng phân rã của chúng (từ trái sang phải và từ phải sang trái).

Ví dụ về phương trình phản ứng cho quá trình thuận nghịch:

N 2 + 3H 2 ⇄ t°, p, cat 2NH 3

2SO 2 + O 2 ⇄ t°, p, mèo 2SO 3

H 2 + I 2 ⇄ t° 2HI

Phản ứng thuận nghịch được đặc trưng bởi một trạng thái đặc biệt, được gọi là trạng thái cân bằng hóa học.

Cân bằng hóa họcĐây là trạng thái của hệ trong đó tốc độ của phản ứng thuận và nghịch trở nên bằng nhau. Khi chuyển sang trạng thái cân bằng hóa học, tốc độ của phản ứng thuận và nồng độ các chất tham gia phản ứng giảm, còn phản ứng nghịch và nồng độ các chất sản phẩm tăng.

Ở trạng thái cân bằng hóa học, bao nhiêu sản phẩm được hình thành trong một đơn vị thời gian thì nó phân rã. Kết quả là nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng hóa học không thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, điều này hoàn toàn không có nghĩa là nồng độ cân bằng hoặc khối lượng (thể tích) của tất cả các chất nhất thiết phải bằng nhau (xem Hình 9.8 và 9.9). Cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động (di chuyển) có thể phản ứng với các tác động bên ngoài.

Sự chuyển của một hệ cân bằng từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác được gọi là sự chuyển vị hoặc chuyển dịch cân bằng. Trong thực tế, người ta nói về sự chuyển dịch cân bằng về phía sản phẩm của phản ứng (sang phải) hoặc về phía nguyên liệu ban đầu (sang trái); Phản ứng trực tiếp được gọi là phản ứng tiến hành từ trái sang phải và phản ứng ngược lại được gọi là từ phải sang trái. Trạng thái cân bằng được thể hiện bằng hai mũi tên ngược hướng: ⇄.

Nguyên lý chuyển dịch cân bằngđược công thức bởi nhà khoa học người Pháp Le Chatelier (1884): tác động bên ngoài lên một hệ thống ở trạng thái cân bằng dẫn đến sự dịch chuyển trạng thái cân bằng này theo hướng làm suy yếu tác động của ảnh hưởng bên ngoài

Hãy để chúng tôi xây dựng các quy tắc cơ bản cho chuyển dịch cân bằng.

Ảnh hưởng của nồng độ: với sự gia tăng nồng độ của một chất, trạng thái cân bằng dịch chuyển theo hướng tiêu thụ và giảm - theo hướng hình thành.

Ví dụ, khi tăng nồng độ H 2 trong phản ứng thuận nghịch

H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)

tốc độ của phản ứng thuận, phụ thuộc vào nồng độ hydro, sẽ tăng lên. Kết quả là cân bằng sẽ dịch chuyển sang phải. Khi nồng độ H 2 giảm, tốc độ của phản ứng trực tiếp sẽ giảm, do đó, trạng thái cân bằng của quá trình sẽ chuyển sang trái.

hiệu ứng nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thu nhiệt, khi giảm nhiệt độ cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng tỏa nhiệt.

Điều quan trọng cần nhớ là khi nhiệt độ tăng, tốc độ của cả phản ứng thu nhiệt và phản ứng thu nhiệt đều tăng, nhưng với số lượng lớn hơn - phản ứng thu nhiệt, trong đó E a luôn lớn hơn. Khi nhiệt độ giảm, tốc độ của cả hai phản ứng đều giảm, nhưng một lần nữa, với số lượng lớn hơn - thu nhiệt. Thật thuận tiện để minh họa những gì đã được nói bằng một sơ đồ trong đó giá trị của tốc độ tỷ lệ thuận với chiều dài của mũi tên và trạng thái cân bằng được dịch chuyển theo hướng của mũi tên dài hơn.

ảnh hưởng áp lực: sự thay đổi áp suất chỉ ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng khi các chất khí tham gia vào phản ứng và ngay cả khi chất khí chỉ nằm trong một phần của phương trình hóa học. Ví dụ về các phương trình phản ứng:

• áp suất ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng:

3H 2 (g) + N 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g),

CaO (tv) + CO 2 (g) ⇄ CaCO 3 (tv);

• áp suất không ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng:

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

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

Khi giảm áp suất, trạng thái cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành một lượng hóa chất lớn hơn của các chất khí, và khi tăng lên, theo hướng tạo thành một lượng hóa chất nhỏ hơn của các chất khí. Nếu lượng hóa học của khí trong cả hai phần của phương trình là như nhau, thì áp suất không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng hóa học:

H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g).

Điều vừa nói rất dễ hiểu, vì tác động của sự thay đổi áp suất cũng giống như tác động của sự thay đổi nồng độ: khi áp suất tăng n lần thì nồng độ của tất cả các chất ở trạng thái cân bằng tăng một lượng như nhau (và ngược lại).

Ảnh hưởng thể tích của hệ phản ứng: sự thay đổi thể tích của hệ phản ứng gắn liền với sự thay đổi áp suất và chỉ ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng của các phản ứng có sự tham gia của các chất khí. Giảm thể tích có nghĩa là tăng áp suất và làm thay đổi trạng thái cân bằng theo hướng hình thành một lượng khí hóa học nhỏ hơn. Sự gia tăng thể tích của hệ thống dẫn đến giảm áp suất và thay đổi trạng thái cân bằng theo hướng hình thành một lượng hóa chất lớn hơn của các chất khí.

Việc đưa chất xúc tác vào hệ cân bằng hoặc thay đổi bản chất của nó không làm thay đổi trạng thái cân bằng (không làm tăng năng suất của sản phẩm), vì chất xúc tác làm tăng tốc cả phản ứng thuận và nghịch. Điều này là do thực tế là chất xúc tác làm giảm năng lượng kích hoạt của các quá trình trực tiếp và ngược lại. Vậy thì tại sao lại sử dụng chất xúc tác trong các quá trình thuận nghịch? Thực tế là việc sử dụng chất xúc tác trong các quá trình thuận nghịch góp phần vào sự khởi đầu nhanh chóng của trạng thái cân bằng và điều này làm tăng hiệu quả của sản xuất công nghiệp.

Các ví dụ cụ thể về ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự thay đổi trạng thái cân bằng được đưa ra trong Bảng. 9.1 đối với phản ứng tổng hợp amoniac có tỏa nhiệt. Nói cách khác, phản ứng thuận là tỏa nhiệt và phản ứng nghịch là phản ứng thu nhiệt.

Bảng 9.1

Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự chuyển dịch cân bằng trong phản ứng tổng hợp amoniac

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ cân bằng	Chiều chuyển dịch cân bằng của phản ứng 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, cat 2 NH 3 + Q
Tăng nồng độ hydro, s (H 2)	Cân bằng chuyển dịch sang phải, hệ phản ứng giảm c (H 2 )
Giảm nồng độ amoniac, s(NH 3)↓	Cân bằng chuyển dịch sang phải, hệ phản ứng tăng c(NH 3)
Tăng nồng độ amoniac, s (NH 3)	Cân bằng chuyển dịch sang trái, hệ phản ứng giảm c(NH 3)
Giảm nồng độ nitơ, s (N 2)↓	Cân bằng chuyển dịch sang trái, hệ phản ứng tăng c(N 2)
Nén (giảm thể tích, tăng áp suất)	Cân bằng chuyển dịch sang phải theo chiều giảm thể tích các khí
Mở rộng (tăng âm lượng, giảm áp suất)	Cân bằng chuyển dịch sang trái, theo chiều tăng thể tích khí
Tăng áp lực	Cân bằng chuyển dịch sang phải, về phía khối khí nhỏ hơn
giảm áp suất	Cân bằng chuyển dịch sang trái, về phía nhiều khí hơn
Nhiệt độ tăng	Cân bằng chuyển dịch sang trái, tạo thành phản ứng thu nhiệt
Nhiệt độ giảm	Cân bằng chuyển dịch sang phải, xảy ra phản ứng tỏa nhiệt
xúc tác tiêm	Cán cân không dịch chuyển

Ví dụ 9.3. Ở trạng thái cân bằng quá trình

2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)

nồng độ các chất (mol/dm 3) SO 2 , O 2 và SO 3 tương ứng là 0,6; 0,4 và 0,2. Tìm nồng độ ban đầu của SO 2 và O 2 (nồng độ ban đầu của SO 3 bằng không).

Dung dịch. Trong quá trình phản ứng, SO 2 và O 2 được tiêu thụ, do đó

c ref (SO 2) \u003d c bằng (SO 2) + c thải (SO 2),

c ref (O ​​2 ) = c bằng (O 2 ) + c out (O 2 ) .

Giá trị của c được tìm thấy từ c (SO 3):

x \u003d 0,2 mol/dm 3.

c ref (SO 2) \u003d 0,6 + 0,2 \u003d 0,8 (mol / dm 3).

y \u003d 0,1 mol/dm 3.

c ref (O ​​2) \u003d 0,4 + 0,1 \u003d 0,5 (mol / dm 3).

Đáp số: 0,8 mol/dm 3 SO 2; 0,5 mol/dm 3 O 2 .

Khi thực hiện các nhiệm vụ kiểm tra, người ta thường nhầm lẫn ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau, một mặt là tốc độ phản ứng, mặt khác là sự chuyển dịch cân bằng hóa học.

Đối với quá trình thuận nghịch

khi nhiệt độ tăng, tốc độ của cả phản ứng thuận và nghịch đều tăng; khi nhiệt độ giảm, tốc độ của cả phản ứng thuận và nghịch đều giảm;

với áp suất ngày càng tăng, tốc độ của tất cả các phản ứng xảy ra với sự tham gia của các chất khí đều tăng, cả trực tiếp và ngược lại. Khi áp suất giảm, tốc độ của tất cả các phản ứng xảy ra với sự tham gia của các chất khí đều giảm, cả trực tiếp và ngược lại;

việc đưa chất xúc tác vào hệ thống hoặc thay thế nó bằng chất xúc tác khác không làm thay đổi trạng thái cân bằng.

Ví dụ 9.4. Một quá trình thuận nghịch diễn ra, được mô tả bởi phương trình

N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g) + Q

Xem xét các yếu tố nào: 1) tăng tốc độ tổng hợp phản ứng amoniac; 2) chuyển dịch cân bằng sang phải:

a) giảm nhiệt độ;

b) tăng áp suất;

c) giảm nồng độ NH 3;

d) việc sử dụng chất xúc tác;

e) tăng nồng độ N 2.

Dung dịch. Các yếu tố b), d) và e) làm tăng tốc độ phản ứng tổng hợp amoniac (cũng như tăng nhiệt độ, tăng nồng độ H 2); chuyển dịch cân bằng sang phải - a), b), c), e).

Trả lời: 1) b, d, e; 2) a,b,c,e.

Ví dụ 9.5. Dưới đây là giản đồ năng lượng của phản ứng thuận nghịch

Liệt kê tất cả các tuyên bố đúng:

a) phản ứng nghịch diễn ra nhanh hơn phản ứng thuận;

b) khi tăng nhiệt độ, tốc độ của phản ứng nghịch tăng nhiều lần so với phản ứng trực tiếp;

c) phản ứng trực tiếp tiến hành với sự hấp thụ nhiệt;

d) giá trị của hệ số nhiệt độ γ càng lớn đối với phản ứng nghịch.

Dung dịch.

a) Phát biểu đúng, vì E a rev = 500 - 300 = 200 (kJ) nhỏ hơn E a pr = 500 - 200 = 300 (kJ).

b) Phát biểu sai, tốc độ của phản ứng trực tiếp tăng lên gấp bao nhiêu lần thì E a càng lớn.

c) Phát biểu đúng, Q pr \u003d 200 - 300 \u003d -100 (kJ).

d) Phát biểu sai, γ càng lớn đối với phản ứng trực tiếp, trong trường hợp E a càng lớn.

Trả lời: a), c).

Bài chi tiết: Nguyên lý Le Chatelier-Brown

Vị trí cân bằng hóa học phụ thuộc vào các thông số phản ứng sau: nhiệt độ, áp suất và nồng độ. Ảnh hưởng của các yếu tố này đối với phản ứng hóa học tuân theo một khuôn mẫu đã được nhà khoa học người Pháp Le Chatelier thể hiện bằng thuật ngữ chung vào năm 1885.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học:

1) nhiệt độ

Khi nhiệt độ tăng, trạng thái cân bằng hóa học chuyển sang phản ứng thu nhiệt (hấp thụ) và khi nó giảm, chuyển sang phản ứng tỏa nhiệt (cô lập).

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Qt ←, t↓ →

2) áp lực

Khi áp suất tăng thì cân bằng hóa học chuyển dịch về phía thể tích các chất nhỏ hơn, còn khi giảm áp suất thì cân bằng chuyển dịch về phía thể tích lớn hơn. Nguyên tắc này chỉ áp dụng cho khí, tức là nếu chất rắn tham gia phản ứng thì không tính đến.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1mol=1mol+1mol

3) nồng độ chất ban đầu và sản phẩm phản ứng

Với sự gia tăng nồng độ của một trong các chất ban đầu, trạng thái cân bằng hóa học chuyển sang các sản phẩm phản ứng và với sự gia tăng nồng độ của các sản phẩm phản ứng, về phía các chất ban đầu.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←

Chất xúc tác không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học!

Các đặc trưng định lượng cơ bản của cân bằng hóa học: hằng số cân bằng hóa học, độ chuyển hóa, độ phân ly, năng suất cân bằng. Giải thích ý nghĩa của các đại lượng này trên ví dụ về các phản ứng hóa học cụ thể.

Trong nhiệt động hóa học, định luật tác dụng khối lượng liên quan đến hoạt động cân bằng của các chất ban đầu và các sản phẩm phản ứng, theo mối quan hệ:

hoạt động chất. Thay vì hoạt động, có thể sử dụng nồng độ (đối với phản ứng trong dung dịch lý tưởng), áp suất riêng phần (phản ứng trong hỗn hợp khí lý tưởng), độ chạy trốn (phản ứng trong hỗn hợp khí thực);

Hệ số cân bằng hóa học (đối với các chất ban đầu, nó được coi là âm, đối với các sản phẩm - dương);

Hằng số cân bằng hóa học. Chỉ số "a" ở đây có nghĩa là việc sử dụng giá trị hoạt động trong công thức.

Hiệu suất của phản ứng thường được đánh giá bằng cách tính hiệu suất của sản phẩm phản ứng (mục 5.11). Tuy nhiên, bạn cũng có thể đánh giá hiệu quả của phản ứng bằng cách xác định phần nào của chất quan trọng nhất (thường là đắt nhất) được biến thành sản phẩm phản ứng mục tiêu, ví dụ: phần nào của SO 2 biến thành SO 3 trong quá trình sản xuất lưu huỳnh axit, đó là, tìm mức độ chuyển đổi chất ban đầu.

Viết sơ đồ ngắn gọn về phản ứng đang diễn ra

Khi đó độ chuyển hóa chất A thành chất B (A) được xác định theo phương trình sau

ở đâu N proreag (A) là lượng chất của thuốc thử A đã phản ứng để tạo thành sản phẩm B, và N ban đầu (A) - lượng ban đầu của chất của thuốc thử A.

Đương nhiên, mức độ chuyển đổi có thể được biểu thị không chỉ bằng lượng chất mà còn bằng bất kỳ đại lượng nào tỷ lệ thuận với nó: số lượng phân tử (đơn vị công thức), khối lượng, thể tích.

Nếu chất phản ứng A được cung cấp thiếu và có thể bỏ qua sự mất mát của sản phẩm B, thì mức độ chuyển đổi của chất phản ứng A thường bằng năng suất của sản phẩm B

Một ngoại lệ là các phản ứng trong đó nguyên liệu ban đầu rõ ràng được tiêu thụ để tạo thành một số sản phẩm. Vì vậy, ví dụ, trong phản ứng

Cl 2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H 2 O

clo (thuốc thử) được chuyển đổi thành kali clorua và kali hypochlorite. Trong phản ứng này, ngay cả với hiệu suất 100% KClO, mức độ chuyển đổi clo thành nó là 50%.

Số lượng mà bạn biết - mức độ phân giải (đoạn 12.4) - là trường hợp đặc biệt của mức độ chuyển đổi:

Trong khuôn khổ của TED, các đại lượng tương tự được gọi là mức độ phân ly axit hoặc bazơ (còn được gọi là mức độ protolysis). Mức độ phân ly liên quan đến hằng số phân ly theo định luật pha loãng Ostwald.

Trong khuôn khổ của lý thuyết tương tự, trạng thái cân bằng của quá trình thủy phân được đặc trưng bởi mức độ thủy phân (h), đồng thời sử dụng các biểu thức sau liên hệ nó với nồng độ ban đầu của chất ( Với) và hằng số phân ly của axit yếu (K HA) và bazơ yếu tạo thành trong quá trình thủy phân ( k BYT):

Biểu thức thứ nhất đúng cho quá trình thủy phân muối của axit yếu, biểu thức thứ hai cho muối của bazơ yếu và biểu thức thứ ba cho muối của axit yếu và bazơ yếu. Tất cả các biểu thức này chỉ có thể được sử dụng cho các dung dịch loãng với mức độ thủy phân không quá 0,05 (5%).

Thông thường, năng suất cân bằng được xác định bởi hằng số cân bằng đã biết, mà nó được liên kết trong từng trường hợp cụ thể theo một tỷ lệ nhất định.

Năng suất của sản phẩm có thể thay đổi do chuyển dịch cân bằng của phản ứng trong các quá trình thuận nghịch, do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, áp suất, nồng độ.

Theo nguyên tắc Le Chatelier, mức độ chuyển đổi cân bằng tăng khi tăng áp suất trong quá trình phản ứng đơn giản, trong khi trong các trường hợp khác, thể tích của hỗn hợp phản ứng không thay đổi và năng suất của sản phẩm không phụ thuộc vào áp suất.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất cân bằng, cũng như đến hằng số cân bằng, được xác định bằng dấu của hiệu ứng nhiệt của phản ứng.

Để đánh giá đầy đủ hơn về các quá trình thuận nghịch, cái gọi là năng suất từ ​​​​lý thuyết (sản lượng từ trạng thái cân bằng) được sử dụng, bằng tỷ lệ của sản phẩm thực tế thu được w với lượng sẽ thu được ở trạng thái cân bằng.

PHÂN TÍCH NHIỆT hóa chất

một phản ứng phân hủy thuận nghịch của một chất gây ra bởi sự gia tăng nhiệt độ.

Với T. d., từ một chất tạo thành một số (2H2H + OSaO + CO) hoặc một chất đơn giản hơn

Cân bằng, v.v. được thiết lập theo quy luật diễn xuất của khối lượng. Nó

có thể được đặc trưng bởi hằng số cân bằng hoặc bởi mức độ phân ly

(tỷ lệ số phân tử bị phân rã trên tổng số phân tử). TẠI

trong hầu hết các trường hợp, T. d. đi kèm với sự hấp thụ nhiệt (tăng

entanpi

DN>0); do đó, theo nguyên tắc Le Chatelier-Brown

tăng cường độ nóng thì độ dịch chuyển của T. d. với nhiệt độ được xác định

giá trị tuyệt đối của DN. Áp suất ngăn cản T. d. càng mạnh, càng lớn

thay đổi (tăng) số mol (Di) của các chất khí

mức độ phân ly không phụ thuộc vào áp suất. Nếu chất rắn không

tạo thành các dung dịch rắn và không ở trạng thái phân tán cao,

thì áp suất T. d. được xác định duy nhất bởi nhiệt độ. Để thực hiện T

e. chất rắn (oxit, hydrat tinh thể, v.v.)

điều quan trọng là phải biết

nhiệt độ, tại đó áp suất phân ly trở nên bằng với áp suất bên ngoài (đặc biệt,

áp suất không khí. Vì khí thoát ra có thể thắng được

áp suất xung quanh, sau đó khi đạt đến nhiệt độ này, quá trình phân hủy

ngay lập tức tăng cường.

Sự phụ thuộc của mức độ phân ly vào nhiệt độ: mức độ phân ly tăng khi nhiệt độ tăng (nhiệt độ tăng dẫn đến động năng của các hạt hòa tan tăng, góp phần phân hủy các phân tử thành ion)

Mức độ chuyển hóa của nguyên liệu ban đầu và năng suất cân bằng của sản phẩm. Phương pháp tính toán của họ ở một nhiệt độ nhất định. Dữ liệu nào là cần thiết cho việc này? Đưa ra sơ đồ tính toán bất kỳ đặc điểm định lượng nào của trạng thái cân bằng hóa học bằng một ví dụ tùy ý.

Mức độ chuyển đổi là lượng thuốc thử đã phản ứng liên quan đến lượng ban đầu của nó. Đối với phản ứng đơn giản nhất, ở đâu là nồng độ ở đầu vào lò phản ứng hoặc khi bắt đầu quá trình tuần hoàn, là nồng độ ở đầu ra của lò phản ứng hoặc thời điểm hiện tại của quá trình tuần hoàn. Đối với một phản ứng tùy ý, ví dụ, , theo định nghĩa, công thức tính cũng giống như vậy: . Nếu có một số thuốc thử trong phản ứng, thì mức độ chuyển đổi có thể được tính cho từng loại, ví dụ, đối với phản ứng Sự phụ thuộc của mức độ chuyển hóa vào thời gian phản ứng được xác định bởi sự thay đổi nồng độ của thuốc thử theo thời gian. Tại thời điểm ban đầu chưa có gì thay đổi thì độ biến đổi bằng không. Sau đó, khi thuốc thử được chuyển đổi, mức độ chuyển đổi tăng lên. Đối với phản ứng không thể đảo ngược, khi không có gì ngăn cản thuốc thử được tiêu thụ hoàn toàn, giá trị của nó có xu hướng (Hình 1) bằng 1 (100%). Hình 1 Tốc độ tiêu thụ thuốc thử càng cao, được xác định bằng giá trị của hằng số tốc độ, mức độ chuyển đổi càng tăng nhanh, được thể hiện trong hình. Nếu phản ứng là thuận nghịch, thì khi phản ứng có xu hướng cân bằng, mức độ chuyển hóa có xu hướng về giá trị cân bằng, giá trị này phụ thuộc vào tỷ lệ hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch (trên hằng số cân bằng) (Hình . 2). Hình 2 Hiệu suất của sản phẩm mục tiêu Hiệu suất của sản phẩm là lượng sản phẩm mục tiêu thực sự thu được, liên quan đến lượng sản phẩm này sẽ thu được nếu toàn bộ thuốc thử được chuyển vào sản phẩm này (với lượng tối đa có thể sản phẩm thu được). Hoặc (thông qua thuốc thử): lượng thuốc thử thực sự được chuyển đổi thành sản phẩm mục tiêu, chia cho lượng thuốc thử ban đầu. Đối với phản ứng đơn giản nhất, năng suất là , và hãy nhớ rằng đối với phản ứng này, , I E. đối với phản ứng đơn giản nhất, năng suất và mức độ chuyển đổi là một và cùng một lượng. Ví dụ, nếu quá trình chuyển đổi diễn ra với sự thay đổi về lượng chất, thì theo định nghĩa, hệ số cân bằng hóa học phải được đưa vào biểu thức tính toán. Theo định nghĩa đầu tiên, lượng tưởng tượng của sản phẩm thu được từ toàn bộ lượng thuốc thử ban đầu sẽ bằng một nửa cho phản ứng này so với lượng thuốc thử ban đầu, tức là , và công thức tính . Theo định nghĩa thứ hai, lượng thuốc thử thực sự được chuyển đổi thành sản phẩm mục tiêu sẽ gấp đôi lượng sản phẩm này được tạo thành, tức là , rồi công thức tính . Đương nhiên, cả hai cách diễn đạt đều giống nhau. Đối với một phản ứng phức tạp hơn, các công thức tính toán được viết theo cách tương tự theo định nghĩa, nhưng trong trường hợp này, năng suất không còn bằng mức độ chuyển đổi. Ví dụ, đối với phản ứng . Nếu có một số thuốc thử trong phản ứng, hiệu suất có thể được tính cho từng loại; nếu ngoài ra, có một số sản phẩm mục tiêu, thì hiệu suất có thể được tính cho bất kỳ sản phẩm mục tiêu nào cho bất kỳ thuốc thử nào. Như có thể thấy từ cấu trúc của công thức tính toán (mẫu số chứa một giá trị không đổi), sự phụ thuộc của năng suất vào thời gian phản ứng được xác định bởi sự phụ thuộc thời gian của nồng độ của sản phẩm mục tiêu. Vì vậy, ví dụ, đối với phản ứng sự phụ thuộc này trông giống như trong Hình.3. Hình 3

Mức độ chuyển đổi như một đặc tính định lượng của cân bằng hóa học. Sự gia tăng tổng áp suất và nhiệt độ sẽ ảnh hưởng như thế nào đến mức độ chuyển đổi của thuốc thử ... trong phản ứng ở pha khí: ( đưa ra phương trình)? Đưa ra cơ sở lý luận cho câu trả lời và các biểu thức toán học tương ứng.