Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.4: Зміна рівноваги - принцип Ле Шательє

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22570

    • Anonymous
    • LibreTexts
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визначте принцип Ле Шательє.
    • Прогнозувати напрямок зсуву для рівноваги під напругою.

    Як тільки рівновага встановлена, реакція закінчилася, правда? Не зовсім. Експериментатор має деяку здатність впливати на рівновагу.

    Хімічні рівноваги можуть бути зрушені шляхом зміни умов, які відчуває система. Ми говоримо, що «підкреслюємо» рівновагу. Коли ми підкреслюємо рівновагу, хімічна реакція вже не знаходиться в рівновазі, і реакція починає рухатися назад до рівноваги таким чином, щоб зменшити стрес. Формальне твердження називається принципом Ле Шательє: Якщо підкреслюється рівновага, то реакція зміщується, щоб зменшити стрес.

    Існує кілька способів підкреслити рівновагу. Одним із способів є додавання або видалення продукту або реагенту в хімічній реакції при рівновазі. Коли додається додатковий реагент, рівновага зміщується, щоб зменшити це напруження: він робить більше продукту. При додаванні додаткового продукту рівновага зміщується на реагенти, щоб зменшити напругу. Якщо реагент або продукт видаляється, рівновага зміщується, щоб зробити більше реагенту або продукту, відповідно, компенсувати втрати.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    З огляду на цю реакцію при рівновазі:

    \[N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons 2NH_{3}\nonumber \]

    У якому напрямку - до реагентів або до продуктів - чи зміщується реакція, якщо рівновага підкреслюється кожною зміною?

    1. Н 2 додається.
    2. Додано NH 3.
    3. NH 3 знімається.
    Рішення
    1. Якщо додати Н 2, тепер є більше реагенту, тому реакція зміститься в бік продуктів, щоб зменшити доданий Н 2.
    2. Якщо додати NH 3, тепер є більше продукту, тому реакція зміститься в бік реагентів, щоб зменшити доданий NH 3.
    3. Якщо NH 3 буде видалено, тепер менше продукту, тому реакція зміститься в бік продуктів, щоб замінити видалений продукт.
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    З огляду на цю реакцію при рівновазі:

    \[CO(g)+Br_{2}(g)\rightleftharpoons COBr_{2}(g)\nonumber \]

    У якому напрямку - до реагентів або до продуктів - чи зміщується реакція, якщо рівновага підкреслюється кожною зміною?

    1. Br 2 знімається.
    2. Додано CoBr 2.
    Відповіді
    1. до реагентів
    2. до реагентів

    Варто відзначити, що при додаванні або видаленні реагентів або продуктів значення K екв не змінюється. Хімічна реакція просто зміщується передбачуваним чином, щоб відновити концентрації, щоб вираз K eq повернувся до правильного значення.

    Як рівновага реагує на зміну тиску? Перепади тиску не помітно впливають на тверду або рідку фази. Однак тиск сильно впливає на газову фазу. Принцип Ле Шательє передбачає, що підвищення тиску зміщує рівновагу в сторону реакції з меншою кількістю молів газу, тоді як зниження тиску зміщує рівновагу в сторону реакції з більшою кількістю молів газу. Якщо кількість молів газу однаково по обидва боки реакції, тиск не впливає.

    Приклад\(\PageIndex{2}\)

    Який вплив на цю рівновагу, якщо тиск підвищений?

    \[N_{2}(g)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons 2NH_{3}(g)\nonumber \]

    Рішення

    За принципом Ле Шательє, якщо тиск підвищений, то рівновага зміщується в сторону з меншою кількістю молів газу. Ця конкретна реакція показує загалом 4 моль газу як реагентів і 2 моль газу як продуктів, тому реакція зміщується в бік продуктів.

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Який вплив на цю рівновагу, якщо тиск знижений?

    \[3O_{2}(g)\rightleftharpoons 2O_{3}(g)\nonumber \]

    Відповідь

    Реакція зміщується в бік реагентів.

    Який вплив температурних перепадів на рівновагу? Це залежить від того, ендотермічна реакція або екзотермічна. Нагадаємо, що ендотермічний означає, що енергія поглинається хімічною реакцією, в той час як екзотермічна означає, що енергія виділяється реакцією. Таким чином, енергія може розглядатися як реагент або продукт, відповідно, реакції:

    ендотермічний: енергія + реагенти → продуктиекзотермічні: реагенти → продукти + енергія

    Оскільки температура є мірою енергії системи, підвищення температури можна розглядати як додавання енергії. Реакція буде реагувати так, ніби додається реагент або продукт, і буде діяти відповідно, переходячи на іншу сторону. Наприклад, якщо температура підвищена для ендотермічної реакції, по суті додається реагент, тому рівновага зміщується в бік продуктів. Зниження температури еквівалентно зменшенню реагенту (для ендотермічних реакцій) або продукту (для екзотермічних реакцій), і рівновага зміщується відповідно.

    Приклад\(\PageIndex{3}\)

    Передбачте вплив підвищення температури на цю рівновагу.

    \[PCl_{3}+Cl_{2}\rightleftharpoons PCl_{5}+60kJ\nonumber \]

    Рішення

    Оскільки енергія вказана як продукт, вона виробляється, тому реакція екзотермічна. Якщо температура зростає, продукт додається до рівноваги, тому рівновага зміщується, щоб мінімізувати додавання зайвого продукту: він зміщується назад в бік реагентів.

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Передбачте вплив зниження температури на цю рівновагу.

    \[N_{2}O_{4}+57kJ\rightleftharpoons 2NO_{2}\nonumber \]

    Відповідь

    Рівновага зміщується в бік реагентів.

    У випадку температури значення рівноваги змінилося, оскільки K eq залежить від температури. Саме тому рівноваги зміщуються зі зміною температури.

    Каталізатор - це речовина, що збільшує швидкість реакції. Загалом, каталізатор не є реагентом і не витрачається, але він все ще впливає на те, наскільки швидко протікає реакція. Однак каталізатор не впливає на ступінь або положення реакції при рівновазі. Це допомагає реакції швидше досягти рівноваги.

    Хімія всюди: рівноваги в саду

    Гортензії - поширені квітучі рослини по всьому світу. Хоча багато гортензій білі, є один поширений вид (Hydrangea macrophylla), квіти якого можуть бути як червоними, так і синіми, як показано на супровідному малюнку. Як це так, що рослина може мати різні кольорові квіти, як це?

    Композиція з фіолетових гортензій.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) садові рівноваги © Thinkstock. Цей вид гортензії має квіти, які можуть бути як червоними, так і синіми. Чому різниця в кольорі?

    Цікаво, що забарвлення квіток обумовлена кислотністю грунту, в яку посаджена гортензія. Проникливий садівник може регулювати рН грунту і фактично змінити колір квітів. Однак на колір квіток впливають не іони H + або OH. Швидше, саме наявність алюмінію викликає зміну кольору.

    Розчинність алюмінію в грунті, і здатність рослин поглинати його залежать від кислотності грунту. Якщо грунт відносно кислий, алюміній більш розчинний, і рослини можуть легше його поглинати. У цих умовах квіти гортензії блакитні, так як іони Al взаємодіють з антоціановими пігментами в рослині. У більш основних грунтах алюміній менш розчинний, і в цих умовах квіти гортензії червоні. Тому садівники, які змінюють рН своїх ґрунтів, щоб змінити колір квітів гортензії, використовують принцип Ле Шательє: кількість кислоти в ґрунті змінює рівновагу розчинності алюмінію, що, в свою чергу, впливає на колір квітів.

    Ключові виноси

    • Принцип Ле Шательє стосується того, як зсувається рівновага при зміні умов рівноваги.
    • Напрямок зсуву можна передбачити для змін концентрацій, температури або тиску.
    • Каталізатори не впливають на положення рівноваги; вони допомагають реакціям швидше досягти рівноваги.
    Вправа\(\PageIndex{1}\)
    1. Визначте принцип Ле Шательє.
    2. Що мається на увазі під стресом? Якими способами можна підкреслити рівновагу?
    3. З огляду на цю рівновагу, прогнозують напрямок зсуву для кожного напруження. \[H_{2}(g)+I_{2}(s)+53kJ\rightleftharpoons 2HI(g)\nonumber \]
      1. знижена температура
      2. підвищений тиск
      3. видалення HI
    4. З огляду на цю рівновагу, прогнозують напрямок зсуву для кожного напруження. \[H_{2}(g)+F_{2}(g)\rightleftharpoons 2HF(g)+546kJ\nonumber \]
      1. підвищена температура
      2. додавання Н 2
      3. знижений тиск
    5. З огляду на цю рівновагу, прогнозують напрямок зсуву для кожного напруження. \[2SO_{2}(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2SO_{3}(g)+196kJ\nonumber \]
      1. видалення SO 3
      2. додавання О 2
      3. знижена температура
    6. З огляду на цю рівновагу, прогнозують напрямок зсуву для кожного напруження. \[CO_{2}(g)+C(s)+171kJ\rightleftharpoons 2CO(g)\nonumber \]
      1. додавання СО
      2. підвищений тиск
      3. додавання каталізатора
    7. Синтез NH 3 використовує цю хімічну реакцію. \[N_{2}(g)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons 2NH_{3}(g)+92kJ\nonumber \]
      Визначте три напруги, які можуть бути накладені на рівновагу, щоб максимізувати кількість NH 3.
    8. При синтезі CaCo 3 використовується ця хімічна реакція. \[CaO(s)+CO_{2}(g)\rightleftharpoons CaCO_{3}(s)+180kJ\nonumber \]
      Визначте три напруги, які можуть бути накладені на рівновагу, щоб максимізувати кількість СаСО 3.
    Відповіді
    1. Коли рівновага підкреслюється, рівновага зміщується, щоб мінімізувати цей стрес.
    2.  
      1. до реагентів
    • до реагентів
    • назустріч продуктам
    •  
      1. назустріч продуктам
      2. назустріч продуктам
      3. назустріч продуктам
    •  
    • підвищення тиску, зниження температури, видалення NH 3