Выражения скорости и константы равновесия химической реакции

Скорости прямой и обратной реакци разложения СО

Задача 128
Выразите через концентрации скорости прямой и обратной реакций и константу равновесия для системы:
2CO(г)  <=>  CO₂(г) + С(т), ∆Н < 0. 
Куда сместится равновесие при: а) при повышении температуры; б) при понижении давления;  в) при понижении концентрации CO₂?
Решение:

1. Выражение для прямой и обратной реакции для системы: 2CO(г) <=> CO₂(г)+С(т), ∆Н < 0

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»).

Закон действия масс (ЗДМ) выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.

ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

Выражение скорости прямой реакции будет иметь вид: vпр. = kпр.[СО]².

Выражение скорости обратной реакции будет иметь вид: vобр. = kобр.[СО₂].

2. Константа равновесия

Можно выразить константу равновесия через скорость реакции. При этом константа равновесия определяется как

K = k₁/k_-1 = const., где   

k₁ — константа скорости прямой реакции,  k_-1 — константа скорости обратной реакции.

Можно выразить Кр через соотношение констант прямо и обратной реакций, получим:

Кр  =  k_-1[СО₂]/k₁[СО]² = [СО₂]/[СО]².

3. Смещение равновесие в системе:

а) При повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, так как прямая реакция – экзотермическая. Согласно принципу Ле-Шателье равновесие реакции смещается в сторону уменьшения оказываемого на систему действия. Данная реакция протекает с выделением тепла (∆Н<0), то, естественно, что при повышении температуры равновесие экзотермической реакции сместится в сторону уменьшения тепловой энергии реакции, т.е. в сторону обратной реакции.

б) При понижении давления смещение равновесия будет наблюдаться в сторону прямой реакции, так как объм газообразного реагента в два раза больше объема продукта реакции системы равну: 2V(СО₂)  >  V(CO).

в) Понижение концентрации продукта реакции (отведение из системы СО₂) будет увеличивать скорость прямой реакции, поэтому согласно принципа Ле-Шателье при понижениии концентрации СО₂ равновесие сместится в сторону прямой реакции, т. е. в сторону увеличения образования СО₂. 
 

Зависимость скорости реакции от концентраций веществ

Задача 129.
В закрытом сосуде находиться смесь газов, состоящая из 1 моль азота и 3 моль водорода которая реагирует по уравнению:
N₂ + 3H₂ = 2NH₃.
Во сколько раз уменьшится скорость прямой реакции после того как прореагирует 0,65 моль азота.
Решение:
Зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ. Поэтому изменение концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ ведет к изменению ее скорости.

Выражение для скорости реакции до изменения концентрации вещества можно записать в общем виде:

V = k ^. [N₂] ^. [H₂]³

Обозначим скорость  реакции до изменения концентраций v₁, а после изменения концентраций v₂.

Тогда 

v₁ = {k [1 ^. (3)3]};

v₂ = {k [0,65 ^. (3)3]}.

изменение скорости (v₁/v₂) равно:

v₁/v₂ = {k [1 ^. (3)3]}/{k [0,65 ^. (3)3]} = 1,5.

Ответ: скорость прямой реакции уменьшится в 1,5 раза.