Смещение химического равновесия под действием различных факторов

Факторы, смещающие равновесие, рассмотрим на примере реакции:

N₂(г) + 3H₂(г)  2NH₃(г) + 92 кДж

и других химических процессов.

При экзотермической прямой реакции:

• если увеличить температуру, то равновесие смещается в сторону обратной реакции (т. е. влево);
• с уменьшением температуры равновесие смещается в сторону прямой реакции (т. е. вправо).

При эндотермической прямой реакции:

• если увеличить температуру, то равновесие смещается вправо;
• с уменьшением температуры равновесие смещается влево.

Вывод: при повышении температуры равновесной системы равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.

Химическое уравнение показывает, что прямая реакция идёт с образованием меньшего числа молекул (молей) газа, т. е. с уменьшением давления (при постоянном объёме):

Следовательно:

• с увеличением давления равновесие смещается в сторону прямой реакции (вправо);
• с уменьшением давления равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево).

Вывод: при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул (молей) газообразных веществ; при уменьшении давления равновесие смещается в сторону увеличения числа молекул (молей) газообразных веществ.

Катализаторы в равной степени ускоряют как прямую, так и обратную реакции, следовательно, не смещают равновесие.

Содержимое левого сосуда, находящегося в стакане с ледяной крошкой, постепенно становится все более светлым из-за реакции димеризации, протекающей обратимо и приводящей к образованию бесцветного тетраоксида диазота N₂O₄:

В соответствии с принципом Ле Шателье для приведённой выше экзотермической реакции охлаждение приводит к смещению равновесия в сторону продукта, и охлаждённый сосуд с газом обесцвечивается; наоборот, нагревание ведет к сдвигу равновесия в сторону реагента. Поэтому в нагретом сосуде бурая окраска усиливается. Если оба сосуда вынуть из химических стаканов, то в результате выравнивания температур равновесие устанавливается таким образом, что содержание NO₂ и N₂O₄, а следовательно, и цвет газов в обоих сосудов становится одинаковым.

В реакции синтеза аммиака при добавлении в реакционную смесь азота и водорода увеличивается концентрация этих газов, а значит, увеличивается скорость прямой реакции. Равновесие смещается вправо, в сторону продукта реакции.

Вывод: равновесие обратимой реакции смещается вправо при увеличении концентрации исходных веществ или уменьшении концентрации продуктов реакции. Равновесие смещается влево при уменьшении концентрации исходных веществ или увеличении концентрации продуктов реакции.

В водном растворе дихромата калия K₂Cr₂O₇, в присутствии серной кислоты H₂SO₄ существует равновесие между хромат- идихромат-ионами:

При добавлении кислоты (фактически – ионов оксония) равновесие смещается в сторону образования дихромат-анионов.

При добавлении раствора щелочи идёт обратный процесс, равновесие которого может быть представлено уравнением:

Переход хромат – дихромат-ион легко наблюдать, поскольку хромат-ионы окрашивают раствор в ярко-жёлтый, а дихромат-ионы– в оранжевый цвет.