19.6: Вплив концентрації

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 19.5: Принцип Ле Шательє
- 19.7: Вплив температури

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Фенолфталеїн - це хімічна речовина, яка має одну структуру в висококислотному середовищі, а іншу структуру в низькокислотному середовищі. Якщо концентрація іонів водню висока, з'єднання безбарвне, але стає червоним, якщо концентрація іонів водню низька. Додаючи в розчин іони водню, або видаляючи їх за допомогою хімічної реакції, ми можемо варіювати колір барвника.

Вплив концентрації

Зміна концентрації однієї з речовин в системі рівноваги зазвичай передбачає або додавання, або видалення одного з реагентів або продуктів. Розглянемо процес Haber-Bosch для промислового виробництва аміаку з азоту і водневих газів:

$\ce{N_2} \left( g \right) + 3 \ce{H_2} \left( g \right) \rightleftharpoons 2 \ce{NH_3} \left( g \right)\nonumber$

Якщо концентрація однієї речовини в системі збільшується, система реагуватиме, сприяючи реакції, яка видаляє цю речовину. Коли $\ce{N_2}$ додається більше, реакція вперед буде сприяти тому, що пряма реакція використовує $\ce{N_2}$ і перетворює її в $\ce{NH_3}$ . Пряма реакція тимчасово прискорюється в результаті додавання реагенту. Положення рівноваги зміщується в міру того, як $\ce{NH_3}$ виробляється більше. Концентрація $\ce{NH_3}$ збільшується, при цьому концентрації $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ зменшуються. Через деякий час відновлюється рівновага з новими концентраціями всіх трьох речовин. Як видно на малюнку нижче, якщо додати більше $\ce{N_2}$ , нова рівновага досягається системою. Нова $\ce{NH_3}$ концентрація вище через прихильність реакції вперед. Нова концентрація $\ce{H_2}$ нижча. $\ce{N_2}$ Концентрація вище, ніж у вихідному рівновазі, але трохи знизилася після додавання того, $\ce{N_2}$ що порушило початкову рівновагу. Відповідаючи таким чином, значення постійної рівноваги для реакції $K_\text{eq}$ , не змінюється в результаті навантаження на систему.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Процес Хабера-Боша - це рівновага між реагентом $\ce{N_2}$ $\ce{H_2}$ і продуктом $\ce{NH_3}$ .

Якби $\ce{NH_3}$ було додано більше, зворотна реакція була б сприятливою. Це «прихильність» реакції означає тимчасове прискорення реакції в цьому напрямку, поки рівновага не буде відновлена. Нагадаємо, що після відновлення рівноваги швидкості прямої і зворотної реакцій знову рівні. Додавання $\ce{NH_3}$ призведе до збільшення утворення реагентів, $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ .

Рівновага також може порушуватися видаленням одного з речовин. Якщо концентрація речовини зменшується, система реагує, сприяючи реакції, яка замінює цю речовину. У промисловому процесі Хабер-Бош $\ce{NH_3}$ видаляється з системи рівноваги в міру протікання реакції. Як результат, пряма реакція сприяє тому, що $\ce{NH_3}$ буде вироблено більше. Концентрації $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ зменшуються. Постійне видалення зрештою змусить реакцію перейти до завершення, поки всі реагенти не $\ce{NH_3}$ будуть вичерпані. Якби $\ce{N_2}$ або $\ce{H_2}$ були видалені з системи рівноваги, зворотна реакція буде сприятливою, а концентрація $\ce{NH_3}$ зменшиться.

Вплив змін концентрації на рівноважну систему, згідно з принципом Ле Шательє, узагальнено в таблиці нижче.

Вплив змін концентрації на рівноважну систему за принципом Ле Шательє
Таблиця $\PageIndex{1}$
\ (\ pageIndex {1}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> Наголос	Відповідь
\ (\ pageIndex {1}\)» style="вертикальне вирівнювання: middle; ">Додавання реагенту	Вперед реакція сприяла.
\ (\ pageIndex {1}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">Додавання продукту	Зворотна реакція сприятлива.
\ (\ pageIndex {1}\)» style="вертикальне вирівнювання: middle; ">Видалення реагенту	Зворотна реакція сприятлива.
\ (\ pageIndex {1}\)» style="вертикальне вирівнювання: middle; ">Видалення продукту	Вперед реакція сприяла.