Практикалық сабақта және білім алушы оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар 1
жүктеу/скачать 41,25 Kb.
|
материалы по химии
- Бұл бет үшін навигация:
- Тепе-теңдік константасы реакцияласатын заттар табиғатына және температураға тәуелді, ал концентрацияларына тәуелді емес.
| Химиялық тепе-теңдік
Көптеген реакциялар бір бағытта жүреді. Мысалы, 2КСІО3 → 2КСІ + 3О2, 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 , оларды қайтымсыз реакциялар деп атайды. Бірдей жағдайда қарама-қарсы екі бағытта жүретін реакцияларды қайтымды деп атайды. N2 + 3H2 ↔ 2NH3 , Fe3O4 + 4H2 ↔ 3Fe + 4H2O. Солдан оңға қарай жазылған реакцияны тура, оңнан солға қарай жазылған реакцияны кері реакция деп атайды. Қайтымсыз реакция деп атау тек шартты түрде ғана. Химиялық реакция жүрген кезде алғашқы заттардың концентрациялары азаяды, олай болса, әрекеттесуші массалар заңы бойынша реакция жылдамдығы да азаяды. Егер реакция қайтымды болса, белгілі бір уақыт өткен соң кері реакцияның жылдамдығы арта бастайды, себебі реакция нәтижесінде пайда болған заттар концентрациялары артады. Тура және кері реакциялар жылдамдықтары теңескенде химиялық тепе-теңдік орнайды, енді реакцияға қатысатын заттардың концентрациялары ары қарай өзгермейді. Егер жалпы теңдеуді былай жазса аА + bВ ↔ сС + ▲▲, онда тура реакция жылдамдығы u→ = k→ [A]a × [B]b; u ← = k ← [C]c × [▲]▲ тепе-теңдік кезінде u→ = u ← , олай болса, k→ [A]a × [B]b = k ← [C]c × [▲]▲ сонда, k→ /k ← = К т – реакцияның тепе-теңдік константасы болады. Тепе-теңдік константасына кіретін концентрацияларды тепе-теңдік концентрациялары деп атайды. Сонымен, тепе-теңдік константасы сол температурада тұрақты шама, реакция нәтижесінде түзілген заттардың тепе-теңдік концентрациялары көбейтіндісінің реакцияға түскен заттардың тепе-теңдік концентрациялары көбейтіндісіне қатынасын көрсетеді: К т = [C]c × [▲]▲ /[A]a × [B]b Тепе-теңдік константасы – реакцияның маңызды сипаттамасы, оның мәні көп болған сайын, реакция ↔тереңірек» жүреді, яғни реакция нәтижесінде түзілген заттардың шығымы жоғары болады. Гетерогенді реакциялар үшін тепе-теңдік константасы мәніне де қатты заттардың концентрациясы кірмейді, реакциялар жылдамдығы мәніне кірмеген сияқты. Химиялық тепе-теңдік кезінде реакциялар тоқтамайды, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары теңеседі, уақыт бірлігінде түзілген заттар молекулаларының саны реакцияға түскен заттар молекулалары санына тең болады. Олай болса, химиялық тепе-теңдік динамикалық, жылжымалы болады. Химиялық тепе-теңдік кезінде жүйеде Гиббс энергиясы өзгермейді, ▲G = 0, ▲H = T▲S, ▲G° = - RT ln K, ▲G°298 (кДж) = - 5,71 lg K298 не ▲G°298 (кДж) = - 19,1Т; lg K – тепе-теңдік константасы мен Гиббс энергиясы арасындағы қатынас. Тепе-теңдік константасы реакцияласатын заттар табиғатына және температураға тәуелді, ал концентрацияларына тәуелді емес. Эндотермиялық реакциялар үшін температураны көтерсе, тепе-теңдік константасы жоғарылайды, ал экзотермиялық реакцияларда – азаяды. Тепе-теңдік константасы (егер қысым онша жоғары болмаса) қысымға тәуелді емес. Тепе-теңдік константасының энтальпиялық және энтропиялық факторларға тәуелділігі оған реагенттер табиғаты әсер ететіндігін көрсетеді. Сонымен бірге, тепе-теңдік костантасы мәніне катализатор қатысы да әсер етпейді, ол тура және кері реакциялардың активтену энергияларын бірдей өзгертетіндіктен олардың жылдамдықтарын да бірдей өзгертеді. Катализатор тек жүйенің тепе-теңдік жағдайына келуін тездетеді, бірақ реакция нәтижесінде түзілетін заттардың шығымына әсер етпейді. Әлсіз электролиттердің (электролиттік диссоциация) диссоциация константасы, комплекс иондардың тұрақсыздық константасы, судың иондық көбейтіндісі, ерігіштік көбейтіндісі – бұл шамалар қайтымды процестерді сипаттайтындықтан тепе-теңдік константалары болады. Ле Шателье принципі. Жағдайды өзгертпесе тепе-теңдікке келген жүйенің күйі сақталады. Сыртқы жағдайдың (реагенттер концентрацияларының, қысымның, температураның) өзгеруінің тепе-теңдікке әсерін Ле Шателье принципін (жылжымалы тепе-теңдік принципін) қолдану арқылы анықтауға болады: Химиялық тепе-теңдік күйге келіп тұрған жүйенің жағдайының біреуін өзгерту, тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы әрекет туғызатын реакция бағытына қарай ығыстырады: Температура әсері. Температура көтерілгенде тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына қарай, ал температура төмендегенде экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады (Вант-Гофф заңы – Ле Шателье принципінің жеке бір түрі ) 2СО + О2 ↔ 2СО2, ▲Н < 0; N2O4 ↔ 2NO2, ▲H > 0 . Қысымның әсері. Тепе-теңдікте тұрған жүйенің сыртқы қысымын көбейткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны азаятын реакцияның бағытына қарай, яғни жүйенің ішкі қысымы кемитін жаққа қарай ығысады. Керісінше, сыртқы қысымды кеміткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны көбейетін бағытына қарай, яғни ішкі қысымның өсуі жағына қарай ығысады. Мысалы, N2 + 3H2 ↔ 2NH3 тепе-теңдіктің сол жағында 4 молекула, оң жағында 2 молекула, сонда сыртқы қысым артқанда тепе-теңдік оң жаққа, аммиак түзілетін жаққа ығысады. Тепе-теңдіктің екі жағындағы молекулалар саны бірдей болса, N2+O2↔2NO, онда қысымды өзгерту тепе-теңдікке әсер етпейді. Концентрацияның әсері. Реакцияға түсетін заттардың концентрацияларын арттырса, тепе-теңдік сол концентрациялардың азаятын жағына, яғни реакция өнімі түзілетін жаққа ығысады (тура реакция жүреді). Керісінше, азайтса, реакция нәтижесінде түзілген өнімнің айрылуы жүреді, кері реакция жүреді. Реакция нәтижесінде түзілген заттар айрылмас үшін оларды (не біреуін) реакциядан шығарса, тепе-теңдік сол шығарылған заттың орнын толтыратын жаққа қарай ығысады, яғни реакция аяғына дейін жүреді. 1-мысал: 2СО2 ↔ 2СО + О2 реакциясы үшін 2000°С температурада тепе-теңдіктегі қоспадағы заттардың көлемдік үлестері, %: 85,2СО2 ; 9,9СО және 4,9О2 болса, жүйенің жалпы қысымы 1,013×105Па болса, а. реакцияласатын заттардың парциалды қысымдары арқылы көрсетілген (Кр); б.молярлы концентрациялары арқылы көрсетілген (Кс) тепе-теңдік константалары нешеге тең? Шешуі: газдың парциалды қысымы жалпы қысымды қоспадағы газдың көлемдік үлесіне көбейткенге тең: а) р(СО2) = 1,013×105 ×0,852 = 0,863×105 Па; б) р(СО) = 1,013×105 ×0,099 = 0,1×105 Па; в) р(О2) = 1,013×105 ×0,049 = 0,050×105 Па; Кр = р(СО)2 × р(О2)/р(СО2)2 = 67,1Па; Кс = Кр /RT = 67,1/8,31×2273 = 3,6×10-3моль/л. Кр мен Кс арасындағы байланыс идеал газдар үшін Менделеев-Клапейрон теңдеуі арқылы көрсетіледі: Кр = Кс(RT)▲n, мұндағы ▲n – реакция нәтижесінде түзілген газ тәріздес заттардың моль саны мен реакцияға түскен газ тәріздес заттардың моль сандарының айырымы,осы реакция үшін ол ▲n = 3 – 2 = 1 болады. 2-мысал: Газ тәріздес мына заттар А + 2В = C әрекеттескенде, тепе-теңдік ол заттардың концентрациялары сәйкесінше мына сандарға тең болғанда 0,06моль/л, 0,12моль/л, 0,216моль/л орнаған болса, реакцияның тепе-теңдік константасын және А мен В заттарының алғашқы концентрацияларын табу керек. Шешуі: К = [С]/[А]× [В]2 ; К = 0,216/0,06×(0,12)2 = 2,5. 1моль А және 2моль В заттарынан 1моль С заты түзіледі. Есеп шарты бойынша жүйенің әр литрінде 0,216моль С заты түзіледі, сонда 0,216моль А және 0,216×2 = 0,432моль В заты түзіледі. Олай болса, алғашқы концентрациялар [А]0 = 0,06 + 0,216 = 0,276моль/л; [В]0 = 0,12 + 0,432 = 0,552моль/л. 3-мысал: Егер НІ қышқылының белгілі бір температурада диссоциация константасы 6,25×10-2 болса, осы температурада қышқылдың қанша пайызы диссоциацияға түседі? Шешуі: 2НІ ↔ Н2 + І2 қышқылдың диссоциациялану реакциясы. Егер қышқылдың алғашқы концентрациясын С,моль/л деп белгілеп тепе-теңдік орнаған кезде қышқылдың әр С мольдерінен х моль диссоциациаланса, онда теңдеуден көрініп тұрғандай 0,5хмоль Н2 және 0,5х моль І2 түзіледі. Олай болса, тепе-теңдік концентрациялар: [НІ] = (С-х)моль/л; [Н2] = [I2] = 0,5xмоль/л болады. Тепе-теңдік константасы К = [Н2] × [I2] /[НІ]2 ; 6,25 = 0,5х ×0,5х/(С - х)2, одан х = 0,333С. Олай болса, тепе-теңдік орнағанда йодты сутектің алғашқы мөлшерінің 33,3% ыдыраған. жүктеу/скачать 41,25 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|