Най-важното от урока
Химичното равновесие се установява при обратими реакции (\(\rightleftharpoons\)), когато скоростите на правата и обратната реакция се изравнят.
Характеристики: То е динамично (реакциите не спират), подвижно (променя се с условията) и независимо от пътя на достигане.
Равновесна константа \(K_c\): Количествена мярка, показваща съотношението \(\frac{[\text{продукти}]}{[\text{реагенти}]}\) при равновесие. Зависи само от температурата.
Важно правило: Твърди вещества (s) не се включват в израза за \(K_c\). Пример: За \(C(s) + O_2(g) \rightleftharpoons CO_2(g)\), \(K_c = \frac{c(CO_2)}{c(O_2)}\).
Характеристики: То е динамично (реакциите не спират), подвижно (променя се с условията) и независимо от пътя на достигане.
Равновесна константа \(K_c\): Количествена мярка, показваща съотношението \(\frac{[\text{продукти}]}{[\text{реагенти}]}\) при равновесие. Зависи само от температурата.
Важно правило: Твърди вещества (s) не се включват в израза за \(K_c\). Пример: За \(C(s) + O_2(g) \rightleftharpoons CO_2(g)\), \(K_c = \frac{c(CO_2)}{c(O_2)}\).
Необратими процеси са химични реакции, при които реагиращите вещества се превръщат напълно в продукти. Те протичат само в една посока. Означават се с \(\rightarrow\).
Обратими процеси са химични реакции, при които продуктите могат да взаимодействат помежду си и да образуват отново изходните вещества. Протичат едновременно и в двете посоки (права и обратна). Означават се с \(\rightleftharpoons\).
Процесът на горене на дърва е необратим.
Процесът на изпарение и кондензация на вода е обратим: \(H_2O(l) \rightleftharpoons H_2O(g)\).
Процесът на изпарение и кондензация на вода е обратим: \(H_2O(l) \rightleftharpoons H_2O(g)\).
Образуването на ръжда (\(Fe_2O_3\)) от желязо (\(Fe\)) и кислород (\(O_2\)) обратим или необратим процес е в обикновени условия?
Отговор: Процесът е необратим, тъй като ръждата не се превръща спонтанно обратно в желязо и кислород.
Химично равновесие е състояние при обратими реакции в затворени системи, при което скоростите на правата и обратната реакция се изравняват. В резултат на това концентрациите на всички участващи вещества остават постоянни с времето.
Концентрациите на веществата в състояние на равновесие се наричат равновесни концентрации.
В затворен съд с \(H_2\) и \(I_2\) започва реакция: \(H_2(g) + I_2(g) \rightarrow 2HI(g)\). Едновременно с това полученият \(HI\) започва да се разпада: \(2HI(g) \rightarrow H_2(g) + I_2(g)\). След известно време скоростите на двата процеса се изравняват и концентрациите на \(H_2\), \(I_2\) и \(HI\) спират да се променят. Системата е в равновесие.
Ако в една система в равновесие концентрациите са постоянни, означава ли това, че химичните реакции са спрели?
Отговор: Не. Равновесието е динамично. Правата и обратната реакция продължават да протичат, но с еднаква скорост, затова няма видима промяна в концентрациите.
Динамичност: Правата и обратната реакция протичат непрекъснато с равни скорости.
Подвижност: При промяна на условията (температура, налягане, концентрация), равновесието се нарушава и системата се стреми да достигне ново равновесно състояние, което противодейства на промяната.
Независимост от пътя на достигане: Равновесното състояние е едно и също, независимо дали се тръгва от изходните вещества или от продуктите на реакцията.
Ако повишим температурата на система в равновесие, какво ще се случи?
Отговор: Равновесието ще се наруши (ще се измести). Системата ще реагира, докато установи ново равновесно състояние с нови равновесни концентрации, характерни за по-високата температура.
Равновесната константа \(K_c\) е числена стойност, която представлява отношението между равновесните концентрации на продуктите и реагентите, повдигнати на степен техните стехиометрични коефициенти.
За реакцията: \(aA + bB \rightleftharpoons cC + dD\)
\[ K_c = \frac{c^c(C) \cdot c^d(D)}{c^a(A) \cdot c^b(B)} \]
\(K_c\) зависи само от температурата и природата на веществата.
Концентрациите на твърди вещества (s) и чисти течности (l) се приемат за константа и не се включват в израза за \(K_c\).
За процеса \(2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)\), равновесната константа е:
\[ K_c = \frac{c^2(SO_3)}{c^2(SO_2) \cdot c(O_2)} \]
Напишете израза за равновесната константа \(K_c\) за реакцията: \(CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g)\).
Отговор: \(K_c = c(CO_2)\). Веществата \(CaCO_3\) и \(CaO\) са в твърдо състояние (s) и не се включват в израза.
Задачи за упражнение
Лесна: Напишете израза за равновесната константа \(K_c\) за синтеза на амоняк: \(N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)\).
\[ K_c = \frac{c^2(NH_3)}{c(N_2) \cdot c^3(H_2)} \]
Средна: За обратимата реакция \(A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g)\) е установено равновесие. Какво ще се случи със скоростта на правата реакция, ако добавим още от веществото А? А с равновесието?
Скоростта на правата реакция временно ще се увеличи, защото има по-висока концентрация на един от реагентите. Това ще наруши равновесието. Системата ще се стреми да противодейства, като измести равновесието надясно (към образуване на повече продукт C), докато се установи ново равновесно състояние.
Трудна: Изразът за равновесната константа на даден процес е \(K_c = \frac{c^2(NO_2)}{c^2(NO) \cdot c(O_2)}\). Напишете химичното уравнение, което отговаря на този израз.
Веществата в числителя са продукти, а в знаменателя - реагенти. Степените са стехиометричните коефициенти.
Отговор: \(2NO(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g)\)
Отговор: \(2NO(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g)\)
