Выберите верное выражение константы равновесия для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃. Варианты: K = [NO]2 / ([N₂] · [O₂]); K = [NH₃]2 / ([N₂] · [H₂]3); K = [HI]2 / ([H₂] · [I₂]); K = [SO₃]2 / ([SO₂]2 · [O₂]).

K = [NH₃]2 / ([N₂] · [H₂]3)

Тема 6. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье

Обратимые реакции, признаки равновесия, константа равновесия и смещение равновесия при изменении температуры, давления и концентраций. 100 заданий на отработку.

Простыми словами

Представим эскалаторы в метро: вверх и вниз едут одинаково людей в минуту. Люди всё время перемещаются, но число людей наверху и внизу не меняется. Так же в обратимой реакции: прямая и обратная реакции идут непрерывно, но с равными скоростями, и состав смеси стоит на месте. Это химическое равновесие.

После наступления равновесия скорости равны, концентрации постоянны

Химическое равновесие — состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной. Равновесие динамическое: обе реакции продолжают идти, но концентрации веществ (их называют равновесными) не меняются.

Константа равновесия

Для обратимой реакции $a A + b B ⇄ c C + d D$ :

K = \frac{[ C ] ^{c} \cdot [ D ] ^{d}}{[ A ] ^{a} \cdot [ B ] ^{b}}

в числителе — продукты, в знаменателе — исходные вещества

где $[A]$ — равновесная концентрация вещества A, моль/л; показатели степеней $a, b, c, d$ — коэффициенты в уравнении.

$N_{2} + 3 H_{2} ⇄ 2N H_{3}$ : $K = \frac{[ N H _{3} ] ^{2}}{[ N _{2} ] \cdot [ H _{2} ] ^{3}}$
$2S O_{2} + O_{2} ⇄ 2S O_{3}$ : $K = \frac{[ S O _{3} ] ^{2}}{[ S O _{2} ] ^{2} \cdot [ O _{2} ]}$

Концентрации твёрдых веществ в выражение $K$ не входят.
Чем больше $K$ , тем сильнее равновесие сдвинуто к продуктам.
$K$ зависит только от природы веществ и температуры; от давления, концентраций и катализатора — нет.

Принцип Ле Шателье

Если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие смещается в сторону той реакции, которая это воздействие ослабляет.

Воздействие	Куда смещается
повысить температуру	в сторону эндотермической реакции ( $- Q$ )
понизить температуру	в сторону экзотермической реакции ( $+ Q$ )
повысить давление	в сторону меньшего числа моль газов
понизить давление	в сторону большего числа моль газов
добавить исходное вещество или вывести продукт	вправо, к продуктам
добавить продукт	влево, к исходным веществам
катализатор	не смещает — равновесие лишь наступает быстрее

Куда сместится равновесие $N_{2} + 3 H_{2} ⇄ 2N H_{3} + Q$ ?

Считаем моль газов по коэффициентам: слева $1 + 3 = 4$ , справа $2$ .
Давление ↑ → в сторону меньшего числа моль → вправо.
$+ Q$ у продуктов: прямая реакция экзотермическая, обратная — эндотермическая. Температура ↑ → к эндотермической → влево.
Для $2S O_{2} + O_{2} ⇄ 2S O_{3} + Q$ понижение температуры → к экзотермической → вправо.

Если моль газов слева и справа поровну ( $H_{2} + I_{2} ⇄ 2HI$ : 2 и 2), давление на равновесие не влияет. Твёрдые вещества и жидкости при подсчёте газов не учитываются.

Система «сопротивляется»: греют — она поглощает тепло; сжимают — уменьшает число молекул газа; добавляют вещество — расходует его.

Графики и применение

На графике концентраций смещение видно так: если после воздействия концентрации продуктов растут, а исходных веществ падают — равновесие сместилось вправо; наоборот — влево. Затем кривые снова выходят на горизонтальные участки — установилось новое равновесие.

Синтез аммиака $N_{2} + 3 H_{2} ⇄ 2N H_{3} + Q$ : выходу продукта помогают высокое давление и низкая температура. Но на холоде реакция слишком медленная, поэтому в промышленности берут компромисс: около 450–500 °C, высокое давление, железный катализатор, а аммиак постоянно выводят из системы.

Примеры заданий

Это несколько заданий из тренажёра, остальные — в тренажёре в начале страницы.

Куда сместится равновесие реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q, если повысить температуру?

Параметр	Значение
прямая реакция	экзотермическая
моль газов слева	4
моль газов справа	2
воздействие	повысить температуру
смещение	?

вправо
влево
не сместится

Показать ответ

Ответ: влево
Решение. Здесь прямая реакция экзотермическая, обратная — эндотермическая; при нагревании система противодействует нагреву и идёт в сторону эндотермической реакции — равновесие смещается влево.

Куда сместится равновесие реакции N₂ + O₂ ⇄ 2NO − Q, если повысить давление?

Параметр	Значение
прямая реакция	эндотермическая
моль газов слева	2
моль газов справа	2
воздействие	повысить давление
смещение	?

вправо
влево
не сместится

Показать ответ

Ответ: не сместится
Решение. Здесь слева 2 моль газа и справа 2 моль газа — числа равны, поэтому изменение давления равновесие не смещает — равновесие смещается не сместится.

Куда сместится равновесие реакции H₂ + I₂ ⇄ 2HI + Q, если понизить давление?

Параметр	Значение
прямая реакция	экзотермическая
моль газов слева	2
моль газов справа	2
воздействие	понизить давление
смещение	?

вправо
влево
не сместится

Показать ответ

Сколько моль ГАЗОВ находится в левой части уравнения N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃?

Часть уравнения	Моль газов
левая	?
правая	2

Показать ответ

Ответ: 4
Решение. В левой части 4 моль газа, в правой 2 моль.

Сколько моль ГАЗОВ находится в правой части уравнения N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃?

Часть уравнения	Моль газов
левая	4
правая	?

Показать ответ

Ответ: 2
Решение. В правой части 2 моль газа (слева 4 моль). Именно сравнение этих чисел и определяет влияние давления на равновесие.

Выберите верное выражение константы равновесия для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.

Часть уравнения	Моль газов
левая	4
правая	2

K = [NO]² / ([N₂] · [O₂])
K = [NH₃]² / ([N₂] · [H₂]³)
K = [HI]² / ([H₂] · [I₂])
K = [SO₃]² / ([SO₂]² · [O₂])

Показать ответ

Ответ: K = [NH₃]² / ([N₂] · [H₂]³)
Решение. Для реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ константа равновесия записывается так: K = [NH₃]² / ([N₂] · [H₂]³).

Куда сместится равновесие реакции CaCO₃ ⇄ CaO + CO₂ − Q, если увеличить концентрацию исходного вещества?

Параметр	Значение
прямая реакция	эндотермическая
моль газов слева	0
моль газов справа	1
воздействие	увеличить концентрацию исходного вещества
смещение	?

вправо
влево
не сместится

Показать ответ

Ответ: вправо
Решение. Здесь избыток исходного вещества система «расходует», усиливая прямую реакцию — равновесие смещается вправо.