19.7: Вплив температури

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 19.6: Вплив концентрації
- 19.8: Вплив тиску

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Чадний газ часто розглядається як не що інше, як небезпечний газ, що утворюється в результаті неповного згоряння вуглецевих продуктів. Однак існує великий ринок промислового виробництва чадного газу, який використовується для синтезу більшої частини виробленої в світі оцтової кислоти. Одна реакція, яка призводить до $\ce{CO}$ утворення, передбачає її утворення шляхом пропускання повітря над надлишком вуглецю при високих температурах. Вихідний продукт (вуглекислий газ) врівноважується з залишився гарячим вуглецем, утворюючи чадний газ. При більш низьких температурах $\ce{CO_2}$ формування є сприятливим, тоді як $\ce{CO}$ є переважаючим продуктом вище $800^\text{o} \text{C}$ .

Вплив температури

Підвищення або зменшення температури системи при рівновазі також є напругою для системи. Рівняння для процесу Габера-Боша записано знову нижче, як термохімічне рівняння.

$\ce{N_2} \left( g \right) + 3 \ce{H_2} \left( g \right) \rightleftharpoons 2 \ce{NH_3} \left( g \right) + 91 \: \text{kJ}\nonumber$

Пряма реакція - екзотермічний напрямок: утворення $\ce{NH_3}$ виділяє тепла. Зворотною реакцією є ендотермічний напрямок: у міру $\ce{NH_3}$ розкладання до $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ , тепло поглинається. Підвищення температури системи сприяє напрямку реакції, яка поглинає тепло, ендотермічному напрямку. Поглинання тепла в даному випадку - це полегшення напруги, що забезпечується підвищенням температури. Для процесу Хабер-Боша підвищення температури сприяє зворотній реакції. Концентрація $\ce{NH_3}$ в системі знижується, при цьому концентрації $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ підвищуються.

Зниження температури системи сприяє напрямку реакції, яка виділяє тепло, екзотермічному напрямку. Для процесу Хабер-Боша зниження температури сприяє реакції вперед. Концентрація $\ce{NH_3}$ в системі збільшується, при цьому концентрації $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ зменшуються.

За зміни концентрації система реагує таким чином, що значення постійної рівноваги $K_\text{eq}$ , є незмінним. Однак зміна температури зміщує рівновагу, і $K_\text{eq}$ значення або збільшується, або зменшується. Як обговорювалося в попередньому розділі, значення $K_\text{eq}$ знаходяться в залежності від температури. Коли температура системи для процесу Хабер-Боша підвищується, результуючий зсув рівноваги в бік реагентів означає, що $K_\text{eq}$ значення зменшується. При зниженні температури зсув рівноваги в бік продуктів означає, що $K_\text{eq}$ величина збільшується.

Принцип Ле Шательє, пов'язаний зі змінами температури, можна проілюструвати реакцією, в якій тетроксид азоту знаходиться в рівновазі з діоксидом азоту:

$\ce{N_2O_4} \left( g \right) + \text{heat} \rightleftharpoons 2 \ce{NO_2} \left( g \right)\nonumber$

Тетроксид азоту $\left( \ce{N_2O_4} \right)$ безбарвний, тоді як діоксид $\left( \ce{NO_2} \right)$ азоту темно-коричневого кольору. Коли $\ce{N_2O_4}$ розпадається на $\ce{NO_2}$ , тепло поглинається відповідно до реакції вперед вище. Тому підвищення температури системи сприятиме прямої реакції. І навпаки, зниження температури сприятиме зворотній реакції.