ปฏิกิริยาย้อนกลับ การย้อนกลับของปฏิกิริยาเคมี สมดุลเคมี

ปฏิกิริยาเคมีสามารถย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้

เหล่านั้น. ถ้าปฏิกิริยา A + B = C + D ไม่สามารถย้อนกลับได้ แสดงว่าปฏิกิริยาย้อนกลับ C + D = A + B จะไม่เกิดขึ้น

ตัวอย่างเช่น ถ้าปฏิกิริยาบางอย่าง A + B = C + D สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าทั้งปฏิกิริยา A + B → C + D (ทางตรง) และปฏิกิริยา C + D → A + B (ย้อนกลับ) ดำเนินไปพร้อมกัน ).

อันที่จริงเพราะ ทั้งปฏิกิริยาโดยตรงและปฏิกิริยาย้อนกลับดำเนินไป รีเอเจนต์ (สารตั้งต้น) ในกรณีของปฏิกิริยาย้อนกลับสามารถเรียกได้ว่าทั้งสองสารทางด้านซ้ายของสมการและสารทางด้านขวาของสมการ เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์

สำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับใดๆ เป็นไปได้ว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังจะเท่ากัน สภาวะเช่นนี้เรียกว่า สภาวะสมดุล.

ในสภาวะสมดุล ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นที่สมดุลเรียกว่า ความเข้มข้นที่สมดุล.

การเปลี่ยนแปลงสมดุลเคมีภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ

เนื่องจากอิทธิพลภายนอกดังกล่าวที่มีต่อระบบ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความดัน หรือความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ ความสมดุลของระบบอาจถูกรบกวน อย่างไรก็ตาม หลังจากหมดอิทธิพลจากภายนอกแล้ว ระบบก็จะเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของระบบจากสภาวะสมดุลหนึ่งไปสู่สภาวะสมดุลอื่นเรียกว่า กะ (กะ) ของสมดุลเคมี .

เพื่อให้สามารถระบุได้ว่าสมดุลเคมีเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามการรับสัมผัสบางประเภท จะใช้หลักการ Le Chatelier ได้สะดวก ดังนี้

หากอิทธิพลภายนอกใดๆ ส่งผลต่อระบบในสภาวะสมดุล ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมีจะสอดคล้องกับทิศทางของปฏิกิริยาที่ทำให้ผลกระทบของการกระทบลดลง

อิทธิพลของอุณหภูมิต่อสภาวะสมดุล

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง สมดุลของปฏิกิริยาเคมีใดๆ จะเปลี่ยนไป เนื่องจากปฏิกิริยาใดๆ ที่มีผลทางความร้อน ในกรณีนี้ ผลกระทบจากความร้อนของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและถอยหลังมักจะตรงกันข้ามเสมอ เหล่านั้น. ถ้าปฏิกิริยาไปข้างหน้าเป็นแบบคายความร้อนและเกิดขึ้นด้วยเอฟเฟกต์ความร้อนเท่ากับ +Q ปฏิกิริยาย้อนกลับก็จะดูดความร้อนเสมอและมีผลทางความร้อนเท่ากับ -Q

ดังนั้น ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ หากเราเพิ่มอุณหภูมิของระบบบางระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุล ดุลยภาพก็จะเคลื่อนไปสู่ปฏิกิริยา ซึ่งในระหว่างนั้นอุณหภูมิจะลดลง กล่าวคือ ไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน และในทำนองเดียวกัน หากเราลดอุณหภูมิของระบบในสภาวะสมดุล สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยา ซึ่งเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน

ตัวอย่างเช่น พิจารณาปฏิกิริยาย้อนกลับต่อไปนี้และระบุว่าสมดุลจะเปลี่ยนแปลงไปที่ใดเมื่ออุณหภูมิลดลง:

ดังที่คุณเห็นจากสมการข้างต้น ปฏิกิริยาไปข้างหน้าเป็นแบบคายความร้อน กล่าวคือ อันเป็นผลมาจากการไหลของความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นปฏิกิริยาย้อนกลับจะเป็นดูดความร้อนนั่นคือมันดำเนินไปด้วยการดูดซับความร้อน ตามเงื่อนไข อุณหภูมิจะลดลง ดังนั้นสมดุลจะเลื่อนไปทางขวา กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาโดยตรง

ผลของความเข้มข้นต่อสมดุลเคมี

การเพิ่มความเข้มข้นของรีเอเจนต์ตามหลักการ Le Chatelier ควรนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาที่รีเอเจนต์ถูกบริโภค กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาโดยตรง

ในทางกลับกัน หากความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาที่ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสารตั้งต้น กล่าวคือ ด้านปฏิกิริยาย้อนกลับ (←)

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาก็มีผลเช่นเดียวกัน หากคุณเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยา ซึ่งเป็นผลมาจากการบริโภคผลิตภัณฑ์นั้น กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาย้อนกลับ (←) ในทางตรงกันข้าม หากความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง (→) เพื่อให้ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น

ผลของความดันต่อสมดุลเคมี

การเปลี่ยนแปลงของความดันไม่ส่งผลต่อสภาวะสมดุลของปฏิกิริยาทุกประการ ซึ่งต่างจากอุณหภูมิและความเข้มข้น เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงของความดันนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมี ผลรวมของสัมประสิทธิ์หน้าสารก๊าซทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการจะต้องแตกต่างกัน

เหล่านั้น. จากสองปฏิกิริยา:

การเปลี่ยนแปลงของความดันสามารถส่งผลต่อสภาวะสมดุลได้เฉพาะในกรณีของปฏิกิริยาที่สองเท่านั้น เนื่องจากผลรวมของสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสารก๊าซในกรณีของสมการแรกทางซ้ายและขวาเท่ากัน (เท่ากับ 2) และในกรณีของสมการที่สองจะต่างกัน (4 บน ซ้ายและ 2 ทางด้านขวา)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จากนี้ไป หากไม่มีสารที่เป็นก๊าซระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ การเปลี่ยนแปลงของความดันจะไม่ส่งผลต่อสภาวะสมดุลในปัจจุบันแต่อย่างใด ตัวอย่างเช่น ความดันจะไม่ส่งผลต่อสภาวะสมดุลของปฏิกิริยา:

หากปริมาณของก๊าซทางด้านซ้ายและด้านขวาแตกต่างกัน ความดันที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสมดุลไปสู่ปฏิกิริยา ในระหว่างที่ปริมาตรของก๊าซลดลง และความดันที่ลดลงจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลง ในทิศทางของปฏิกิริยาซึ่งเป็นผลมาจากปริมาณก๊าซที่เพิ่มขึ้น

ผลของตัวเร่งปฏิกิริยาต่อสมดุลเคมี

เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและถอยหลังอย่างเท่าเทียมกัน การมีอยู่หรือไม่มีของมัน ไม่กระทบกระเทือนสู่สภาวะสมดุล

สิ่งเดียวที่ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถส่งผลกระทบได้คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของระบบจากสภาวะที่ไม่สมดุลไปเป็นสภาวะสมดุล

ผลกระทบของปัจจัยทั้งหมดข้างต้นที่มีต่อดุลยภาพทางเคมีได้สรุปไว้ด้านล่างในเอกสารสรุป ซึ่งในตอนแรกคุณสามารถดูได้เมื่อทำงานเกี่ยวกับเครื่องชั่ง อย่างไรก็ตาม เธอจะไม่สามารถใช้มันในการสอบได้ ดังนั้น หลังจากวิเคราะห์ตัวอย่างหลายๆ ตัวอย่างด้วยความช่วยเหลือของเธอ เธอควรได้รับการสอนและฝึกฝนเพื่อแก้ปัญหาต่างๆ ให้สมดุล ไม่แอบมองเธออีกต่อไป:

การกำหนด: ตู่ - อุณหภูมิ, พี - ความดัน, กับ – ความเข้มข้น – เพิ่มขึ้น ↓ – ลดลง

ตัวเร่ง

ตู่	ตู่ - สมดุลเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน
	↓T - สมดุลเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน
พี	พี - สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ผลรวมน้อยกว่าหน้าสารก๊าซ
	↓p - สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาโดยมีค่าสัมประสิทธิ์รวมที่มากขึ้นต่อหน้าสารที่เป็นก๊าซ
ค	ค (รีเอเจนต์) - สมดุลเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง (ทางขวา)
	↓c (รีเอเจนต์) - สมดุลเลื่อนไปทางปฏิกิริยาย้อนกลับ (ไปทางซ้าย)
	ค (ผลิตภัณฑ์) - สมดุลเปลี่ยนทิศทางของปฏิกิริยาย้อนกลับ (ไปทางซ้าย)
	↓c (ผลิตภัณฑ์) - สมดุลเลื่อนไปทางปฏิกิริยาโดยตรง (ทางขวา)
ไม่กระทบยอด!

บ่อยครั้ง ปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปในลักษณะที่สารตั้งต้นหลักถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น หากวางเม็ดสังกะสีในกรดไฮโดรคลอริกด้วยกรดในปริมาณหนึ่ง (เพียงพอ) ปฏิกิริยาจะดำเนินการจนกว่าสังกะสีจะละลายหมดตามสมการ: 2HCL + ZN = ZnCl 2 + H 2 .

หากปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าไฮโดรเจนถูกส่งผ่านสารละลายของซิงค์คลอไรด์ สังกะสีโลหะจะไม่เกิดขึ้น - ปฏิกิริยานี้ไม่สามารถดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้ามได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถย้อนกลับได้

ปฏิกิริยาเคมีซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารหลักถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเกือบทั้งหมดเรียกว่ากลับไม่ได้

ทั้งปฏิกิริยาต่างกันและเป็นเนื้อเดียวกันเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาดังกล่าว ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารธรรมดา - มีเทน CH4, คาร์บอนไดซัลไฟด์ CS2 ดังที่เราทราบแล้ว ปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ในกรณีส่วนใหญ่ ปฏิกิริยาคายความร้อนรวมถึงปฏิกิริยาสารประกอบ เช่น ปฏิกิริยาการตกตะกอนของมะนาว: CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + Q (ปล่อยความร้อน)

น่าจะเป็นเหตุผลที่จะถือว่าปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นของปฏิกิริยาดูดความร้อน กล่าวคือ ปฏิกิริยาการสลายตัว ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการคั่วหินปูน: CaCo 3 \u003d CaO + CO 2 - Q (ความร้อนถูกดูดซับ)

ต้องจำไว้ว่าจำนวนของปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นั้นไม่ใหญ่นัก

ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน (ระหว่างสารละลายของสาร) จะไม่สามารถย้อนกลับได้หากดำเนินการด้วยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ก๊าซหรือน้ำที่ไม่ละลายน้ำ กฎนี้เรียกว่ากฎ Berthollet มาทำการทดลองกัน ใช้หลอดทดลองสามหลอดแล้วเทสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 2 มล. ลงไป ในภาชนะแรก เติมสารละลายราสเบอรี่อัลคาไล 1 มล. ที่ย้อมด้วยฟีนอฟทาลีน มันจะสูญเสียสีเนื่องจากปฏิกิริยา: HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

เพิ่มสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต 1 มล. ลงในหลอดทดลองที่สอง - เราจะเห็นปฏิกิริยาเดือดรุนแรงซึ่งเกิดจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์: Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

ลองเติมซิลเวอร์ไนเตรตสองสามหยดลงในหลอดที่สามและดูว่าซิลเวอร์คลอไรด์ก่อตัวอย่างไรในนั้น: HCl + AgNO 3 = AgCl↓ + HNO 3

ปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะย้อนกลับได้ มีปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้มากมาย

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นพร้อมกันในสองทิศทางตรงกันข้าม - ไปข้างหน้าและย้อนกลับ - เรียกว่าย้อนกลับได้

เทน้ำ 3 มล. ลงในหลอดทดลองแล้วเติมสารสีน้ำเงินสองสามชิ้นจากนั้นเราก็เริ่มผ่านมันด้วยความช่วยเหลือของท่อส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ออกมาจากภาชนะอื่นซึ่งเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของหินอ่อน และกรดไฮโดรคลอริก อีกสักครู่เราจะมาดูกันว่าสารสีน้ำเงินสีม่วงเปลี่ยนเป็นสีแดงได้อย่างไร ซึ่งบ่งชี้ว่ามีกรดอยู่ เราได้รับกรดคาร์บอนิกที่เปราะบางซึ่งเกิดจากพันธะของคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ: CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3

ปล่อยให้วิธีแก้ปัญหานี้อยู่ในขาตั้งกล้อง ผ่านไปซักพักเราจะสังเกตเห็นว่าสารละลายเปลี่ยนเป็นสีม่วงอีกครั้ง กรดสลายตัวเป็นส่วนประกอบดั้งเดิม: H 2 CO 3 \u003d H 2 O + CO 2

กระบวนการนี้จะเร็วขึ้นมากหากเราให้ความร้อนกับสารละลายกรดคาร์บอนิก ดังนั้นเราจึงพบว่าปฏิกิริยาของการได้รับกรดคาร์บอนิกสามารถดำเนินการได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ ซึ่งหมายความว่าสามารถย้อนกลับได้ การย้อนกลับของปฏิกิริยาจะแสดงบนตัวอักษรด้วยลูกศรชี้ตรงข้ามสองอัน: CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

ในบรรดาปฏิกิริยาย้อนกลับที่รองรับการผลิตผลิตภัณฑ์เคมีที่สำคัญ เราได้ยกตัวอย่างปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) จากซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) และออกซิเจน: 2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q

เว็บไซต์ที่มีการคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

>> เคมี: ปฏิกิริยาย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้

CO2 + H2O = H2CO3

ปล่อยให้สารละลายกรดที่ได้นั้นยืนบนขาตั้งสามขา สักพักจะเห็นว่าสารละลายเปลี่ยนเป็นสีม่วงอีกครั้ง เนื่องจากกรดได้สลายตัวเป็นสารเดิมแล้ว

กระบวนการนี้สามารถทำได้เร็วกว่ามากหากหนึ่งในสามเป็นสารละลายของกรดคาร์บอนิก ดังนั้นปฏิกิริยาของการได้รับกรดคาร์บอนิกจึงเกิดขึ้นทั้งไปข้างหน้าและในทิศทางตรงกันข้ามนั่นคือย้อนกลับได้ การกลับตัวของปฏิกิริยาจะแสดงด้วยลูกศรชี้ตรงข้ามสองอัน:

ในบรรดาปฏิกิริยาที่ย้อนกลับได้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์เคมีที่สำคัญที่สุด เราได้กล่าวถึงตัวอย่างปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ (สารประกอบ) ของซัลเฟอร์(VI) ออกไซด์จากซัลเฟอร์(IV) ออกไซด์และออกซิเจน

1. ปฏิกิริยาย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้

2. กฎของ Berthollet

เขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่กล่าวถึงในข้อความของย่อหน้า โดยเว้นว่างว่าเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเหล่านี้ ออกไซด์ขององค์ประกอบเหล่านั้นจึงเกิดขึ้นจากสารตั้งต้นที่ถูกสร้างขึ้น

ให้คำอธิบายของปฏิกิริยาสามประการสุดท้ายที่ดำเนินการในตอนท้ายของย่อหน้า ตามแผน: ก) ลักษณะและจำนวนของน้ำยาและผลิตภัณฑ์ b) สถานะของการรวมกลุ่ม; c) ทิศทาง: d) การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา; จ) การปล่อยหรือดูดซับความร้อน

ความไม่ถูกต้องที่เกิดขึ้นในสมการสำหรับปฏิกิริยาของการคั่วหินปูนที่เสนอในข้อความของย่อหน้าคืออะไร

ข้อความที่ว่าปฏิกิริยาของสารประกอบนั้นตามกฎแล้วจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนจริงแค่ไหน? ปรับมุมมองของคุณโดยใช้ข้อเท็จจริงที่ให้ไว้ในข้อความของหนังสือเรียน

เนื้อหาบทเรียน สรุปบทเรียนสนับสนุนการนำเสนอบทเรียนกรอบแบบเร่งรัด เทคโนโลยีแบบโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด เวิร์คช็อป สอบด้วยตนเอง อบรม เคส เควส การบ้าน คำถาม อภิปราย คำถามเชิงวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียรูปถ่าย, รูปภาพกราฟิก, ตาราง, อารมณ์ขันแบบแผน, เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย, เรื่องตลก, อุปมาการ์ตูน, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อชิปบทความสำหรับแผ่นโกงที่อยากรู้อยากเห็น ตำราพื้นฐานและคำศัพท์เพิ่มเติมอื่น ๆ ปรับปรุงตำราและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนการปรับปรุงชิ้นส่วนในตำราองค์ประกอบนวัตกรรมในบทเรียนแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบแผนปฏิทินสำหรับปี ข้อเสนอแนะเชิงระเบียบวิธีของโปรแกรมสนทนา บทเรียนแบบบูรณาการ

คำนิยาม

ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของสารที่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและ (หรือ) โครงสร้าง

ปฏิกิริยานี้เป็นไปได้ด้วยอัตราส่วนพลังงานและปัจจัยเอนโทรปีที่เหมาะสม หากปัจจัยเหล่านี้สมดุลกัน สถานะของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลง ในกรณีเช่นนี้ ถือว่าระบบอยู่ในสมดุล
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในทิศทางเดียวเรียกว่ากลับไม่ได้ ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะย้อนกลับได้ ซึ่งหมายความว่าภายใต้สภาวะเดียวกัน ทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้น (โดยเฉพาะเมื่อเป็นเรื่องของระบบปิด)

สถานะของระบบซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเรียกว่าสมดุลเคมี . ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง (ความเข้มข้นที่สมดุล)

ค่าคงที่สมดุล

พิจารณาปฏิกิริยาเพื่อให้ได้แอมโมเนีย:

N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g)

ให้เราเขียนนิพจน์เพื่อคำนวณอัตราของปฏิกิริยาโดยตรง (1) และย้อนกลับ (2):

1 = k 1 [ H 2 ] 3

2 = k 2 2

อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน ดังนั้นเราจึงสามารถเขียนได้ว่า:

k 1 3 = k 2 2

k 1 / k 2 = 2 / 3

อัตราส่วนของค่าคงที่สองตัวเป็นค่าคงที่ ค่าคงที่สมดุลคืออัตราส่วนของค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ

K = 2 / 3

โดยทั่วไป ค่าคงที่สมดุลคือ:

mA + nB ↔ พีซี + qD

K = [C] p [D] q / [A] m [B] n

ค่าคงที่สมดุลคืออัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่ยกกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์กับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ยกกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ของพวกมัน

ถ้า K แสดงในรูปของความเข้มข้นที่สมดุล K s มักจะแสดงแทน นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณ K สำหรับก๊าซในแง่ของความดันบางส่วน ในกรณีนี้ K จะแสดงเป็น K p มีความสัมพันธ์ระหว่าง K s และ K p:

K p \u003d K c × (RT) Δn,

โดยที่ Δn คือการเปลี่ยนแปลงของจำนวนโมลของก๊าซทั้งหมดระหว่างการเปลี่ยนจากสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ R คือค่าคงที่ของแก๊สสากล

K ไม่ขึ้นกับความเข้มข้น ความดัน ปริมาตร และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและลักษณะของสารตั้งต้น ถ้า K น้อยกว่า 1 มาก แสดงว่ามีสารตั้งต้นในส่วนผสมมากกว่า และในกรณีที่มีมากกว่า 1 มาก จะมีผลิตภัณฑ์ในส่วนผสมมากกว่า

สมดุลที่แตกต่างกัน

พิจารณาปฏิกิริยา

CaCO 3 (ทีวี) ↔ CaO (ทีวี) + CO 2 (g)

นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลไม่รวมความเข้มข้นของส่วนประกอบของเฟสของแข็งดังนั้น

สมดุลเคมีเกิดขึ้นต่อหน้าส่วนประกอบทั้งหมดของระบบ แต่ค่าคงที่สมดุลไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารในเฟสของแข็ง สมดุลเคมีเป็นกระบวนการที่มีพลวัต K ให้ข้อมูลเกี่ยวกับเส้นทางของปฏิกิริยาและ ΔG - เกี่ยวกับทิศทางของมัน มีความเกี่ยวข้องกัน:

ΔG 0 = -R × T × lnK

ΔG 0 = -2.303 × R × T × lgK

การเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมี หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

จากมุมมองของกระบวนการทางเทคโนโลยี ปฏิกิริยาเคมีแบบย้อนกลับได้ไม่เป็นประโยชน์ เนื่องจากจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับวิธีเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา กล่าวคือ จำเป็นต้องเรียนรู้วิธีเปลี่ยนสมดุลเคมีไปสู่ผลคูณของปฏิกิริยา

พิจารณาปฏิกิริยาที่จำเป็นต้องเพิ่มผลผลิตของแอมโมเนีย:

N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g), ΔН< 0

เพื่อเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางของปฏิกิริยาโดยตรงหรือย้อนกลับ จำเป็นต้องใช้ หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์: หากระบบในสภาวะสมดุลได้รับผลกระทบจากปัจจัยบางอย่างจากภายนอก (เพิ่มขึ้นหรือลดลงของอุณหภูมิ ความดัน ปริมาตร ความเข้มข้นของสาร) ระบบจะต่อต้านผลกระทบนี้

ตัวอย่างเช่น ถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นในระบบสมดุล จาก 2 ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ ปฏิกิริยาหนึ่งจะไปที่การดูดความร้อน หากคุณเพิ่มความดันสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยากับสารจำนวนมาก หากปริมาตรในระบบลดลงการเลื่อนดุลจะมุ่งไปที่การเพิ่มแรงดัน ถ้าความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น จาก 2 ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ ปฏิกิริยาหนึ่งจะไปที่ความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ลดลง

ดังนั้นในความสัมพันธ์กับปฏิกิริยาที่พิจารณาเพื่อเพิ่มผลผลิตของแอมโมเนียจึงจำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น ลดอุณหภูมิลง เนื่องจากปฏิกิริยาโดยตรงเป็นแบบคายความร้อน เพิ่มความดันหรือลดปริมาตร

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

หัวข้อ Codifier: ปฏิกิริยาย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้ สมดุลเคมี การเคลื่อนตัวของสมดุลเคมีภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ

ตามความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาย้อนกลับ ปฏิกิริยาเคมีจะแบ่งออกเป็นแบบย้อนกลับและแบบย้อนกลับไม่ได้

ปฏิกิริยาเคมีย้อนกลับได้ เป็นปฏิกิริยาที่ผลิตภัณฑ์สามารถโต้ตอบกันได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่ผลิตภัณฑ์ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดไม่สามารถโต้ตอบกันได้

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การจำแนกปฏิกิริยาเคมีสามารถอ่านได้

ความน่าจะเป็นของการโต้ตอบกับผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของกระบวนการ

ดังนั้นหากระบบ เปิด, เช่น. แลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม จากนั้นปฏิกิริยาเคมี เช่น ก๊าซก่อตัวขึ้น จะไม่สามารถย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเผาโซเดียมไบคาร์บอเนตที่เป็นของแข็ง:

2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาและระเหยออกจากโซนปฏิกิริยา ดังนั้น ปฏิกิริยาดังกล่าวจะ กลับไม่ได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ หากเราพิจารณา ระบบปิด , ที่ ไม่ได้แลกเปลี่ยนสารกับสิ่งแวดล้อม (เช่น กล่องปิดที่เกิดปฏิกิริยา) จากนั้นคาร์บอนไดออกไซด์จะไม่สามารถหลบหนีออกจากเขตปฏิกิริยาได้ และจะเกิดปฏิกิริยากับน้ำและโซเดียมคาร์บอเนต จากนั้นปฏิกิริยาจะย้อนกลับได้ภายใต้ เงื่อนไขเหล่านี้:

2NaHCO 3 ⇔ นา 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

พิจารณา ปฏิกิริยาย้อนกลับ. ปล่อยให้ปฏิกิริยาย้อนกลับดำเนินไปตามรูปแบบ:

aA + bB = cC + dD

อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าตามกฎของการกระทำมวลถูกกำหนดโดยนิพจน์: v 1 =k 1 ·C A a ·C B b อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ: v 2 =k 2 ·C C c ·C D d หากในช่วงเวลาเริ่มต้นของปฏิกิริยาไม่มีสาร C และ D อยู่ในระบบ อนุภาค A และ B จะชนกันและโต้ตอบกันเป็นส่วนใหญ่ และจะเกิดปฏิกิริยาโดยตรงอย่างเด่นชัด ความเข้มข้นของอนุภาค C และ D จะเริ่มเพิ่มขึ้นทีละน้อย ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น ในบางจุด อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ. สถานะนี้เรียกว่า สมดุลเคมี .

ดังนั้น, สมดุลเคมี คือสถานะของระบบที่ อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน .

เพราะ อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากันอัตราการก่อตัวของสารเท่ากับอัตราการบริโภคและกระแส ความเข้มข้นของสารไม่เปลี่ยนแปลง . ความเข้มข้นดังกล่าวเรียกว่า สมดุล .

สังเกตว่าในภาวะสมดุล ทั้งปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังนั่นคือสารตั้งต้นมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน แต่ผลิตภัณฑ์ก็มีปฏิกิริยาโต้ตอบกันในอัตราเดียวกัน ในขณะเดียวกัน ปัจจัยภายนอกก็อาจส่งผลต่อ กะสมดุลเคมีในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ดังนั้นสมดุลทางเคมีจึงเรียกว่าเคลื่อนที่หรือไดนามิก

การวิจัยเกี่ยวกับความสมดุลของการเคลื่อนไหวเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 19 ในงานเขียนของอองรี เลอ ชาเตอลิเยร์ ได้มีการวางรากฐานของทฤษฎีนี้ ซึ่งต่อมาได้มีการสรุปโดยนักวิทยาศาสตร์ คาร์ล บราวน์ หลักการเคลื่อนที่สมดุลหรือหลักการของ Le Chatelier-Brown กล่าวว่า:

หากระบบซึ่งอยู่ในสภาวะสมดุลได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกที่เปลี่ยนแปลงสภาวะสมดุลใดๆ ก็ตาม กระบวนการที่มุ่งเป้าไปที่การชดเชยผลกระทบภายนอกจะทวีความรุนแรงขึ้นในระบบ

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ภายใต้อิทธิพลภายนอกในระบบ ดุลยภาพจะเปลี่ยนในลักษณะที่จะชดเชยอิทธิพลภายนอกนี้

หลักการนี้ ซึ่งสำคัญมาก ใช้ได้กับปรากฏการณ์สมดุลใดๆ (ไม่ใช่แค่ปฏิกิริยาเคมี) อย่างไรก็ตาม ตอนนี้เราจะพิจารณาเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมี ในกรณีของปฏิกิริยาเคมี การกระทำภายนอกนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารสมดุล

ปัจจัยหลักสามประการสามารถส่งผลต่อปฏิกิริยาเคมีที่สมดุล: อุณหภูมิ ความดัน และความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์

1. ดังที่คุณทราบ ปฏิกิริยาเคมีจะมาพร้อมกับผลกระทบทางความร้อน หากปฏิกิริยาโดยตรงเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน (คายความร้อนหรือ + Q) ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดขึ้นด้วยการดูดซับความร้อน (ดูดความร้อนหรือ -Q) และในทางกลับกัน ถ้าคุณเลี้ยง อุณหภูมิ ในระบบสมดุลจะเปลี่ยนไปเพื่อชดเชยการเพิ่มขึ้นนี้ มีเหตุผลว่าด้วยปฏิกิริยาคายความร้อน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นไม่สามารถชดเชยได้ ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สมดุลในระบบจะเปลี่ยนไปสู่การดูดซับความร้อน กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาดูดความร้อน (-Q); ด้วยอุณหภูมิที่ลดลง - ในทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน (+ Q)

2. ในกรณีของปฏิกิริยาสมดุล เมื่อสารอย่างน้อยหนึ่งชนิดอยู่ในเฟสของแก๊ส สมดุลก็จะได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงเช่นกัน ความดันในระบบ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ระบบเคมีจะพยายามชดเชยผลกระทบนี้ และเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งปริมาณของก๊าซจะลดลง เมื่อความดันลดลง ระบบจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งจะมีการสร้างโมเลกุลของสารก๊าซมากขึ้น ดังนั้น: เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การลดจำนวนโมเลกุลของแก๊ส โดยความดันลดลง - ไปสู่การเพิ่มจำนวนโมเลกุลของแก๊ส

บันทึก! ระบบที่จำนวนโมเลกุลของก๊าซและผลิตภัณฑ์ของสารตั้งต้นเท่ากันจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงดัน! นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันแทบไม่ส่งผลต่อสมดุลในสารละลาย เช่น ในปฏิกิริยาที่ไม่มีก๊าซ

3. นอกจากนี้ ความสมดุลในระบบเคมียังได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น ระบบจะพยายามใช้พวกมันจนหมดและเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า เมื่อความเข้มข้นของรีเอเจนต์ลดลง ระบบจะพยายามสะสมรีเอเจนต์ และอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น ด้วยความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น ระบบจะพยายามใช้จนหมด และเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ลดลง ระบบเคมีจะเพิ่มอัตราการก่อตัวเช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า

ถ้าอยู่ในระบบเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น ขวา , ต่อการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ และ การบริโภครีเอเจนต์ . ถ้า อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเพิ่มขึ้น,เราว่ายอดขยับแล้ว ไปทางซ้าย , ต่อการบริโภคอาหาร และ เพิ่มความเข้มข้นของรีเอเจนต์ .

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนีย:

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 + Q

ความดันที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาซึ่งโมเลกุลของก๊าซจะก่อตัวขึ้นจำนวนน้อยลงเช่น ปฏิกิริยาโดยตรง (จำนวนโมเลกุลของก๊าซสารตั้งต้นคือ 4 จำนวนโมเลกุลของก๊าซในผลิตภัณฑ์คือ 2) เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ดุลยภาพจะเลื่อนไปทางขวา ไปทางผลิตภัณฑ์ ที่ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นความสมดุลจะเปลี่ยนไป ต่อปฏิกิริยาดูดความร้อน, เช่น. ไปทางซ้าย ไปทางรีเอเจนต์ การเพิ่มความเข้มข้นของไนโตรเจนหรือไฮโดรเจนจะทำให้สมดุลไปสู่การบริโภค กล่าวคือ ไปทางขวา สู่ผลิตภัณฑ์

ตัวเร่ง ไม่กระทบยอดเพราะ เร่งความเร็วทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ