Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.
Задачи на концентрацию
Химическое равновесие — состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.
Химическое равновесие имеет динамический характер. Это означает, что в состоянии химического равновесия и прямая, и обратная реакции продолжают протекать, но так как их скорости равны, то концентрации всех веществ в реакционной системе не меняются. Эти концентрации называются равновесными.
Количественной характеристикой химического равновесия служит константа равновесия. Она определяется через концентрации всех участников реакции в состоянии равновесия, т. е. через равновесные концентрации. Для обратимой реакции, протекающей в растворе или в газовой фазе, константа равновесия равна произведению равновесных концентраций продуктов, деленному на произведение равновесных концентраций исходных веществ, причем концентрация каждого вещества возводится в степень, равную коэффициенту при этом веществе в уравнении реакции:
H2 + I2 = 2HI
Константы равновесия характеризуются следующими общими свойствами.
1. Константы равновесия зависят только от природы реагирующих веществ и температуры.
2. Любая константа равновесия не зависит от концентраций отдельных веществ (поэтому она и называется константой). При изменении концентрации любого из веществ концентрации остальных веществ также изменяются, и константа равновесия остается постоянной. При любой начальной концентрации веществ, их равновесные концентрации однозначно определяются константой равновесия.
3. Чем больше константа равновесия, тем сильнее равновесие смещено в сторону образования продуктов прямой реакции. Очень большое значение константы равновесия соответствует практически необратимой реакции, а очень малое значение говорит о том, что прямая реакция практически не протекает.
Константы равновесия позволяют рассчитывать концентрации веществ при химическом равновесии и выход продуктов реакций, что особенно важно при разработке промышленных технологических процессов. Чем больше константа равновесия, тем выше выход продуктов реакции.
Пример.
В замкнутой системе постоянного объема в результате протекания обратимой реакции в реакционной системе
СО(г) + 2H2(г) ↔︎ СН3-ОН(г)
установилось химическое равновесие.
Используя данные, приведенные в таблице, определите исходную концентрацию СО и равновесную концентрацию H2.
| Реагент | СО | H2 | СН3-ОН |
|---|---|---|---|
| Исходная концентрация, моль/л | X | 0,4 | 0 |
| Равновесная концентрация, моль/л | 0,15 | Y | 0,12 |
Решение:
Начнем с равновесной концентрации. Формально это та концентрация вещества, которая установилась после протекания химического превращения.
Известно, что в результате реакции образовалось метанола концентрацией 0,12 моль/л. По уравнению реакции можем сказать о том, что количества вещества водорода в два раза больше, чем метанола, поэтому его прореагировало 0,24 моль. Таким образом, после протекания реакции в растворе осталось 0,4 – 0,24 = 0,16 моль. А так как мы имеем дело с реактором постоянного объема, то можем отметить равновесную концентрацию: Y = 0,16 моль.
| Реагент | СО | H2 | СН3-ОН |
|---|---|---|---|
| Исходная концентрация, моль/л | X | 0,4 | 0 |
| Равновесная концентрация, моль/л | 0,15 | 0,16 | 0,12 |
Теперь перейдем к расчету исходной концентрации СО. Она будет складываться из затраченного количества вещества на реакцию и из равновесной концентрации.
Равновесная концентрация нам известна, а затраченное количество вещества мы можем узнать из соотношения коэффициентов в уравнении реакции. Количества вещества метанола и СО равны, значит, исходная концентрация будет равна 0,15 + 0,12 = 0,27 моль/л.
| Реагент | СО | H2 | СН3-ОН |
|---|---|---|---|
| Исходная концентрация, моль/л | 0,27 | 0,4 | 0 |
| Равновесная концентрация, моль/л | 0,15 | 0,16 | 0,12 |
Таким образом, алгоритм решения задания на концентрации имеет вид:
1) Ищем неизвестную равновесную концентрацию. Для этого из исходной концентрации вычитаем количество прореагировавшего вещества (смотрим на соотношение коэффициентов в уравнении реакции).
2) Ищем неизвестную равновесную концентрацию. Для этого складываем равновесную концентрацию и количество прореагировавшего вещества (смотрим на соотношение коэффициентов в уравнении реакции).