Обратимые химические реакции. Химическое равновесие и условия его смещения.

---

📘 Тема 13: Обратимые химические реакции. Химическое равновесие и условия его смещения

---

🔷 1. Обратимые химические реакции

Определение: Реакции, которые могут протекать в обоих направлениях — как в сторону образования продуктов, так и в сторону восстановления исходных веществ.

Запись:

$A + B \rightleftharpoons C + D$

• Прямая реакция: $A + B \to C + D$
• Обратная реакция: $C + D \to A + B$

📌 Примеры:

• $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ (синтез аммиака)

---

🔷 2. Химическое равновесие

Определение: Состояние обратимой реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, и концентрации всех веществ остаются постоянными.

📌 Важно:

• Равновесие динамическое — реакции продолжаются, но изменений концентраций нет.
• Условие равновесия описывается законом действующих масс:

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

где $K$ — константа равновесия, a, b, c, d — коэффициенты из уравнения реакции.

---

🔷 3. Константа равновесия (K)

• Если $K \gg 1$ → в равновесии много продуктов.
• Если $K \ll 1$ → в равновесии много исходных веществ.

---

🔷 4. Смещение равновесия (Принцип Ле Шателье)

Формулировка: Если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие смещается в сторону, противоположную воздействию.

---

Факторы, влияющие на смещение:

1. Концентрация

   • ↑ [реагента] → равновесие смещается в сторону продуктов.
   • ↑ [продукта] → равновесие смещается в сторону исходных веществ.

2. Температура

   • В экзотермической реакции (тепло выделяется) ↑ T → равновесие смещается в сторону реагентов.
   • В эндотермической реакции (тепло поглощается) ↑ T → равновесие смещается в сторону продуктов.

3. Давление (только для газов)

   • ↑ давление → равновесие смещается в сторону меньшего числа молей газа.
   • ↓ давление → в сторону большего числа молей газа.

4. Катализатор

   • Ускоряет достижение равновесия, но не смещает его.

---

🔷 5. Пример: Синтез аммиака

$$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + Q$$

• Экзотермическая реакция.

• Для увеличения выхода NH₃:

  • Повысить давление (слева 4 моль газа, справа 2 моль).
  • Понизить температуру (экзотермическая).
  • Использовать катализатор Fe.

---

📊 Сводная таблица смещения равновесия

| Фактор | Воздействие | Смещение равновесия | | ------------------------------- | ------------------------------ | ------------------- | | ↑ концентрации реагента | В сторону продуктов | → | | ↑ концентрации продукта | В сторону реагентов | ← | | ↑ температура (экзотермическая) | В сторону реагентов | ← | | ↑ температура (эндотермическая) | В сторону продуктов | → | | ↑ давление (газы) | В сторону меньшего объёма газа | — |

---

📋 Примеры ОРТ

1. При синтезе SO₃ из SO₂ и O₂ ↑ давление. Куда сместится равновесие?

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

✅ В сторону продуктов (слева 3 моль газа, справа 2 моль).

2. Реакция экзотермическая. Что будет при повышении температуры? ✅ Смещение в сторону исходных веществ.

---