화학 반응의 가역성. 화학 평형
가역적이고 비가역적인 화학 반응. 화학 균형. 다양한 요인의 영향을 받는 평형 이동
화학 평형
같은 방향으로 진행되는 화학반응을 화학반응이라고 한다. 뒤집을 수 없는.
대부분의 화학 공정은 거꾸로 할 수 있는. 이는 동일한 조건에서 정방향 및 역방향 반응이 모두 발생함을 의미합니다(특히 우리 대화하는 중이 야폐쇄 시스템에 대해).
예를 들어:
a) 반응
$CaCO_3(→)↖(t)CaO+CO_2$
개방형 시스템에서는 되돌릴 수 없습니다.
b) 같은 반응
$CaCO_3⇄CaO+CO_2$
닫힌 시스템에서는 가역적입니다.
예를 들어 조건부 반응과 같이 가역 반응 중에 발생하는 프로세스를 더 자세히 살펴 보겠습니다.
질량 작용의 법칙에 따라 직접 반응 속도
$(υ)↖(→)=k_(1) C_(A)^(α) C_(B)^(β)$
$A$와 $B$ 물질의 농도는 시간이 지남에 따라 감소하므로 직접 반응 속도도 감소합니다.
반응 생성물의 출현은 역반응의 가능성을 의미하며 시간이 지남에 따라 $C$ 및 $D$ 물질의 농도가 증가하여 역반응 속도도 증가합니다.
$(υ)↖(→)=k_(2) C_(C)^(γ) C_(D)^(δ)$
조만간 정방향 반응과 역방향 반응의 속도가 같아지는 상태에 도달할 것입니다.
${υ}↖{→}={υ}↖{←}$
정반응 속도와 역반응 속도가 같은 시스템의 상태를 화학 평형이라고 합니다.
이 경우 반응물과 반응 생성물의 농도는 변하지 않습니다. 그들 불리는 평형 농도. 거시적 수준에서는 일반적으로 아무것도 변하지 않는 것 같습니다. 그러나 실제로 직접 및 역 프로세스는 계속 진행되지만 동일한 속도로 진행됩니다. 따라서 시스템의이 균형을 호출합니다. 이동하는그리고 동적.
평형 상수
물질 $[A], [B], [C], [D]$의 평형 농도를 나타내자.
그러면 $(υ)↖(→)=(υ)↖(←)이므로 k_(1) [A]^(α) [B]^(β)=k_(2) [C]^ (γ) [ D]^(δ)$, 어디서
$([C]^(γ) [D]^(δ))/([A]^(α) [B]^(β))=(k_1)/(k_2)=K_(같음) $
여기서 $γ, δ, α, β$는 가역 반응의 계수와 같은 지수입니다. $K_(equal)$는 화학 평형 상수입니다.
결과 표현은 평형 상태를 정량적으로 설명하고 평형 시스템에 대한 질량 작용 법칙의 수학적 표현입니다.
일정한 온도에서 평형 상수는 주어진 가역 반응에 대한 일정한 값입니다. 평형 상태에서 설정된 반응 생성물(분자)과 출발 물질(분모)의 농도 사이의 비율을 보여줍니다.
평형 상수는 특정 온도에서 초기 물질과 반응 생성물의 평형 농도를 결정하여 실험 데이터로부터 계산됩니다.
평형 상수의 값은 반응 생성물의 수율, 과정의 완전성을 나타냅니다. $K_(equal) >> 1$가 얻어지면 평형에서 $[C]^(γ) [D]^(δ) >> [A]^(α) [B]^( β)$ 즉, 반응 생성물의 농도가 초기 물질의 농도보다 우세하고 반응 생성물의 수율이 크다.
$K_(동일)
$CH_3COOC_2H_5+H_2O⇄CH_3COOH+C_2H_5OH$
평형 상수
$K_(같음)=( )/( )$
$20°C$에서 값은 $0.28$(즉, $1$ 미만)입니다. 이는 에스테르의 상당 부분이 가수분해되지 않았음을 의미합니다.
불균일 반응의 경우 평형 상수의 표현에는 기체 또는 액체 상태에 있는 물질의 농도만 포함됩니다. 예를 들어, 반응에 대해
평형 상수는 다음과 같이 표현됩니다.
$K_(같음)=(^2)/()$
평형 상수의 값은 반응물의 특성과 온도에 따라 달라집니다.
상수는 정방향 및 역방향 반응 모두의 활성화 에너지를 같은 양만큼 변경하기 때문에 촉매의 존재에 의존하지 않습니다. 촉매는 평형 상수의 값에 영향을 주지 않고 평형 시작을 가속화할 수 있습니다.
다양한 요인의 영향을 받는 평형 이동
평형 상태는 온도, 출발 물질의 농도, 압력(기체가 반응에 관여하거나 형성되는 경우)과 같은 일정한 외부 조건 하에서 임의로 오랜 시간 동안 유지됩니다.
이러한 조건을 변경하면 시스템을 한 평형 상태에서 새로운 조건에 해당하는 다른 평형 상태로 전환할 수 있습니다. 이러한 전환을 호출합니다. 배수량또는 균형 이동.
암모니아 형성과 질소와 수소의 상호 작용 반응의 예를 사용하여 평형을 이동시키는 다양한 방법을 고려하십시오.
$N_2+3H_2⇄2HN_3+Q$
$K_(같음)=(^2)/( ^3)$
물질의 농도 변화 효과
질소 $N_2$와 수소 $H_2$가 반응 혼합물에 첨가되면 이들 가스의 농도가 증가하여 직접 반응 속도가 증가합니다. 평형은 반응 생성물을 향해 오른쪽으로 이동합니다. 암모니아 $NH_3$ 쪽으로.
평형 상수에 대한 식을 분석하여 동일한 결론을 도출할 수 있습니다. 질소와 수소의 농도가 증가함에 따라 분모가 증가하고 $K_(equal)$는 상수이므로 분자도 증가해야 합니다. 따라서 반응 생성물 $NH_3$의 양이 반응 혼합물에서 증가할 것입니다.
암모니아 반응 생성물 $NH_3$의 농도가 증가하면 평형이 초기 물질 형성 쪽으로 왼쪽으로 이동합니다. 이러한 결론은 유사한 추론에 기초하여 도출될 수 있다.
압력 변화의 영향
압력 변화는 적어도 하나의 물질이 기체 상태인 시스템에만 영향을 미칩니다. 압력이 증가함에 따라 가스의 부피가 감소하여 농도가 증가합니다.
예를 들어 폐쇄 시스템의 압력이 $2$배 증가한다고 가정합니다. 이것은 우리가 고려하고 있는 반응에서 모든 기체 물질($N_2, H_2, NH_3$)의 농도가 $2$배 증가한다는 것을 의미합니다. 이 경우 $K_(같음)$에 대한 표현식의 분자는 4배 증가하고 분모는 $16$배, 즉 균형이 깨질 것입니다. 이를 되돌리려면 암모니아의 농도를 높이고 질소와 수소의 농도를 줄여야 한다. 균형이 오른쪽으로 이동합니다. 압력 변화는 액체 및 고체의 부피에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그들의 농도를 변경하지 않습니다. 따라서 가스가 참여하지 않는 반응의 화학 평형 상태는 압력과 무관합니다.
온도 변화의 영향
아시다시피 온도가 증가하면 모든 반응(발열 및 흡열) 속도가 증가합니다. 더욱이, 온도의 증가는 활성화 에너지가 큰 반응, 따라서 흡열 반응의 속도에 더 큰 영향을 미칩니다.
따라서 역반응(이 예에서는 흡열 반응) 속도가 정반응 속도보다 더 많이 증가합니다. 평형은 에너지 흡수와 함께 공정으로 이동합니다.
Le Chatelier의 원리(1884)를 사용하여 평형 이동의 방향을 예측할 수 있습니다.
평형 상태(농도, 압력, 온도 변화)에 있는 시스템에 외부 영향이 가해지면 이 영향을 약화시키는 방향으로 평형이 이동합니다.
결론을 내리자:
- 반응물의 농도가 증가함에 따라 시스템의 화학 평형은 반응 생성물의 형성으로 이동합니다.
- 반응 생성물의 농도가 증가함에 따라 시스템의 화학 평형은 출발 물질의 형성으로 이동합니다.
- 압력이 증가함에 따라 시스템의 화학 평형은 형성된 기체 물질의 양이 적은 반응으로 이동합니다.
- 온도가 상승함에 따라 시스템의 화학 평형은 흡열 반응으로 이동합니다.
- 온도가 떨어지면 - 발열 과정의 방향으로.
르샤틀리에 원리는 화학 반응뿐만 아니라 증발, 응축, 용융, 결정화 등 많은 다른 공정에도 적용할 수 있습니다. 가장 중요한 화학 제품의 생산에서 르샤틀리에 원리와 질량 작용 원하는 물질의 최대 수율을 제공하는 화학 공정을 수행하기위한 조건을 찾을 수 있습니다.
교육자 재교육.
자연과학과
주제: “가역적 및 비가역적 반응.
화학 균형. 르샤틀리에의 원리.
완료된 작업:
리스너 그룹 X - 1
중등학교 화학교사 6번
디미트로브그라드
울리야놉스크 지역
레피코바 타티아나 바실리에브나
과학 고문:
부서장
자연 과학
아흐메토프 마라트 안바로비치
울리야놉스크 2009
가역적이고 비가역적인 화학 반응.
화학 균형.
르샤틀리에의 원리.
작업의 목표: 1) 가역성을 기반으로 다양한 유형의 화학 반응에 대한 아이디어 형성의 연속으로서 화학 반응 과정의 특징 및 패턴에 대한 연구.
2) 화학 반응의 법칙에 대한 지식의 일반화 및 구체화, 특정 반응의 발생에 필요한 특징 및 결과 조건을 결정하고 설명하는 기술 및 능력의 형성. 3) 다양한 화학 공정에 대한 지식을 확장하고 심화하고 학생들에게 비교, 분석, 설명, 결론 도출 및 일반화를 가르칩니다. 4) 응용 측면에서 가장 중요한 화학 과학 섹션을 고려하고 자연 평형의 단일 법칙, 보상에 대한 욕구, 주요 형태와 단일한 평형의 안정성의 특정 사례로 화학 평형의 개념을 고려하십시오. 물질의 존재, 운동, 역학.
작업.
"가역적 및 비가역적 반응" 주제를 고려하십시오. 구체적인 예, 화학 반응 속도에 대한 이전 아이디어를 사용합니다.
가역 화학 반응의 특징과 반응 시스템의 동적 상태로서의 화학 평형에 대한 아이디어 형성을 계속 연구합니다.
화학 평형 이동의 원리를 연구하고 학생들에게 화학 평형 이동 조건을 결정하도록 가르칩니다.
학생들에게 화학 생산뿐만 아니라 살아있는 유기체와 자연 전체의 정상적인 기능에 대한 이 주제의 중요성에 대한 아이디어를 제공합니다.
소개
자연에서, 생명체의 유기체에서, 인간의 생리적 활동 과정에서, 조건을 만드는 그의 행동에서 다른 수준: 가정, 국방, 산업, 기술, 환경 및 기타 - 수천, 수백만 가지의 완전히 다른 반응이 발생하거나 수행됩니다. 다른 점비전과 분류. 가역성과 비가역성의 측면에서 화학 반응을 고려할 것입니다.
이러한 개념의 중요성을 과대 평가하는 것은 어렵습니다. 생각하는 사람이있는 한 그의 몸에서 일어나는 과정의 가역성과 비가역성에 대한 인간의 생각은 그만큼 뛰고 있습니다. 영원한 문제인간 수명의 연장, 그의 삶의 결과의 돌이킬 수없는 문제, 자연에 대한 무분별한 태도에 대해.
저는 화학 반응의 가역성과 비가역성의 개념, 화학 평형의 개념 및 "유용한" 방향으로의 이동 조건을 고려하고 싶습니다. 소개하다 이론적 근거후속 검증을 통해 다양한 유형의 테스트를 사용하여 이 주제에 대한 지식을 자체적으로 검토합니다. 단순한 것에서 더 많은 것으로 "길을 갔다"고 생각합니다. 어려운 작업, 학생들은 이 주제에 대한 명확하고 좋은 지식을 갖게 될 뿐만 아니라 화학에 대한 지식도 심화될 것입니다.
화학 반응은 한 물질이 다른 물질로 전환되는 현상이며, 이에 대한 증거는 눈에 보이고 보이지 않는 변화입니다. 눈에 보이는 것: 색상, 냄새, 맛, 강수량의 변화, 표시기의 색상 변화, 열 흡수 및 방출. 비가시적: 정성적 및 분석적 반응을 사용하여 결정될 수 있는 물질 조성의 변화. 이러한 모든 반응은 가역 반응과 비가역 반응의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
돌이킬 수 없는 반응. 한 방향으로만 진행되고 초기 반응물이 최종 물질로 완전히 변환되어 끝나는 반응을 비가역 반응이라고 합니다.
이러한 반응의 예는 가열 시 염소산칼륨(bertolet 염)의 분해입니다.
2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2
모든 염소산칼륨이 염화칼륨과 산소로 전환되면 반응이 중지됩니다. 돌이킬 수 없는 반응은 많지 않습니다.
산성 및 알칼리성 용액이 배수되면 예를 들어 염과 물이 형성됩니다.
HCl + NaOH \u003d NaCl + H 2 O이며 물질을 올바른 비율로 취하면 용액은 중성 반응을 나타내며 미량의 염산과 수산화 나트륨도 남지 않습니다. 형성된 물질 (염화나트륨과 물) 사이의 용액에서 반응을 시도하면 변화가 없습니다. 이러한 경우 산과 알칼리의 반응은 비가역적이라고 합니다. 반응이 없습니다. 매우 많은 반응이 실온에서 실질적으로 비가역적입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl, 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O 등
가역 반응. 가역 반응은 서로 반대 방향으로 동시에 진행되는 반응입니다.
대부분의 반응은 가역적입니다. 가역 반응 방정식에서 반대 방향을 가리키는 두 개의 화살표는 왼쪽과 오른쪽 부분 사이에 배치됩니다. 이러한 반응의 예는 수소와 질소로부터 암모니아를 합성하는 것입니다.
,
∆H = -46.2kJ/mol
공학에서 가역 반응은 일반적으로 바람직하지 않습니다. 따라서 다양한 방법(온도, 압력 등의 변화)으로 이를 실질적으로 되돌릴 수 없게 만듭니다.
돌이킬 수 없는 것은 다음과 같은 반응입니다.
1) 생성된 생성물이 반응구를 떠남 - 침전물 형태로 침전되고, 예를 들어 가스 형태로 방출됨
ВаСl 2 + Н 2 SO 4 = ВаSO 4 ↓ + 2НCl
Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 ↓ + H 2 O
2) 물과 같이 약간 해리된 화합물이 형성됩니다.
Hcl + NaOH \u003d H 2 O + NaCl
3) 반응은 예를 들어 마그네슘의 연소와 같은 많은 에너지 방출을 동반합니다.
Mg + 1 / 2 O 2 \u003d MgO, ∆H \u003d -602.5 kJ / mol
비가역 반응 방정식에서 등호 또는 화살표는 왼쪽과 오른쪽 부분 사이에 배치됩니다.
많은 반응은 일반적인 조건에서 이미 가역적이며, 이는 역반응이 눈에 띄는 정도로 진행됨을 의미합니다. 예를 들어, 매우 약한 차아염소산 수용액을 알칼리로 중화하려고 하면 중화 반응이 끝까지 가지 않고 용액은 강알칼리성 환경을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이는 HClO + NaOH NaClO + H 2 O 반응이 가역적이라는 것을 의미합니다. 서로 반응하는이 반응의 생성물은 부분적으로 출발 화합물로 전달됩니다. 결과적으로 용액은 알칼리성 반응을 보입니다. 에스테르 형성 반응은 가역적입니다(역반응을 비누화라고 함): RCOOH + R "OH RCOOR" + H 2 O, 기타 많은 공정.
화학의 다른 많은 개념과 마찬가지로 가역성 개념은 대체로 임의적입니다. 일반적으로 반응은 비가역적인 것으로 간주되며 그 이후에는 출발 물질의 농도가 너무 낮아 감지할 수 없습니다(물론 이는 분석 방법의 민감도에 따라 다름). 외부 조건(주로 온도 및 압력)이 변경되면 비가역적 반응이 가역적이 될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서 대기압과 1000 ° C 미만의 온도에서 반응 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O는 여전히 돌이킬 수없는 것으로 간주 될 수 있지만 2500 ° C 이상의 온도에서는 물이 약 4만큼 수소와 산소로 해리됩니다. % 및 3000 ° С의 온도에서 - 이미 20%.
19세기 말 독일의 물리화학자 Max Bodenstein(1871–1942)은 H 2 + I 2 2HI라는 수소 요오드의 형성 및 열 분해 과정을 자세히 연구했습니다. 온도를 변화시킴으로써 그는 순방향 반응만 또는 역방향 반응만 우세한 흐름을 달성할 수 있었지만, 일반적으로 두 반응은 반대 방향으로 동시에 진행되었습니다. 그러한 예가 많이 있습니다. 가장 유명한 것 중 하나는 암모니아 합성 반응 3H 2 + N 2 2NH 3입니다. 예를 들어 이산화황 2SO 2 + O 2 2SO 3 의 산화, 유기산과 알코올의 반응 등과 같은 많은 다른 반응도 가역적입니다.
반응의 방향이 반응에 참여하는 물질의 농도에 따라 달라지는 경우 반응을 가역적이라고 합니다. 예를 들어, 불균일 촉매 반응 N2 + 3H2 = 2NH3 (1)의 경우, 가스 상태의 물에서 낮은 농도의 암모니아와 높은 농도의 질소 및 수소에서 암모니아가 형성됩니다. 반대로 암모니아 농도가 높으면 분해되고 반응은 반대 방향으로 진행됩니다. 가역 반응이 완료되면, 즉 화학적 평형에 도달하면 시스템은 출발 물질과 반응 생성물을 모두 포함합니다. 반응이 한 방향으로만 일어날 수 있고 출발 물질이 생성물로 완전히 변환되는 것으로 끝나는 경우 반응을 비가역적이라고 합니다. 폭발물의 분해가 그 예입니다. 조건(온도, 압력)에 따라 동일한 반응이 본질적으로 가역적이거나 실질적으로 비가역적일 수 있습니다. 단순(1단계) 가역 반응은 동시에 발생하는 두 개의 기본 반응으로 구성되며 화학적 변환 방향만 서로 다릅니다. 직접 관찰할 수 있는 최종 반응의 방향은 이러한 상호 반응 중 어느 것이 더 빠른지에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 단순 반응 N2O4 Û 2NO2 (2)는 기본 반응 N2O4→2NO2 및 2NO2→N2O4로 구성됩니다. M. I. Tyomkin.
화학 평형.
화학 평형- 정방향 반응 속도(V 1)가 역 반응 속도(V 2)와 동일한 시스템 상태. 화학 평형에서 물질의 농도는 변하지 않습니다. 화학 평형에는 동적 특성이 있습니다. 순방향 및 역방향 반응은 평형 상태에서 멈추지 않습니다.
화학 평형 상태는 직접(K 1) 반응과 역(K 2) 반응의 상수 비율인 평형 상수로 정량적으로 특성화됩니다.
반응 mA + nB pC + dD의 경우 평형 상수는 다음과 같습니다.
K = K 1 / K 2 = ([C] p [D] d) / ([A] m [B] n)
평형 상수는 온도와 반응물의 특성에 따라 달라집니다. 평형 상수가 클수록 평형이 직접 반응 생성물의 형성 쪽으로 더 많이 이동합니다. 평형 상태에서 분자는 충돌을 멈추지 않고 분자 간의 상호 작용은 멈추지 않지만 물질의 농도는 일정하게 유지됩니다. 이러한 농도를 평형이라고 합니다.
|
평형 농도- 평형 상태에 도달한 가역 화학 반응에 참여하는 물질의 농도. |
평형 농도는 대괄호 안에 있는 물질의 공식으로 표시됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
와 함께평형 (H 2) \u003d 또는 아르 자형평형(HI) = .
다른 농도와 마찬가지로 평형 농도는 리터당 몰로 측정됩니다.
고려한 예에서 초기 물질의 다른 농도를 취한 경우 평형에 도달한 후 평형 농도의 다른 값을 얻었을 것입니다. 이러한 새 값(별표로 표시됨)은 다음과 같이 이전 값과 관련됩니다.
.
일반적으로 가역반응의 경우
ㅏ A+ 비비 디 D+ 에프에프
일정한 온도에서 평형 상태에서 관계가 관찰됩니다.
이 비율은 대량 행동의 법칙, 다음과 같이 공식화됩니다.
일정한 온도에서 반응 생성물의 평형 농도 곱(그 계수와 같은 거듭제곱 단위)과 출발 물질의 평형 농도 곱(계수 단위로 취함)의 비율은 일정합니다. 값.
상수 값( 에게 와 함께) 라고 합니다 평형 상수이 반응. 이 수량 지정의 색인 "c"는 상수를 계산하는 데 농도가 사용되었음을 나타냅니다.
평형 상수가 크면 평형이 직접 반응 생성물쪽으로 이동하고 작 으면 출발 물질쪽으로 이동합니다. 평형 상수가 매우 크면 반응 " 사실상 돌이킬 수 없는,평형 상수가 매우 작으면 반응 " 실질적으로 작동하지 않습니다."
평형 상수 - 각 가역 반응에 대해 값은 일정한 온도에서만 일정합니다. 다른 온도에서 동일한 반응에 대해 평형 상수는 다른 값을 취합니다.
질량 작용 법칙에 대한 위의 표현은 모든 참여자가 기체이거나 용해된 물질인 반응에만 유효합니다. 다른 경우에는 평형 상수에 대한 방정식이 다소 변경됩니다.
예를 들어, 고온에서 진행되는 가역 반응에서
C(gr) + CO22CO(g)
단단한 흑연 C(gr)가 포함됩니다. 공식적으로 질량 작용의 법칙을 사용하여 이 반응의 평형 상수에 대한 표현을 씁니다. 에게":
반응기 바닥에 놓인 고체 흑연은 표면에서만 반응하며 그 "농도"는 흑연의 질량에 의존하지 않고 가스 혼합물의 모든 물질 비율에 대해 일정합니다.
방정식의 오른쪽과 왼쪽에 다음 상수를 곱합니다.
결과 값은 이 반응의 평형 상수입니다.
유사하게, 고온에서 일어나는 또 다른 가역 반응의 평형에 대해서도,
CaCO3(cr) CaO(cr) + CO2(g),
우리는 평형 상수를 얻습니다
에게 와 함께 = .
이 경우 단순히 이산화탄소의 평형 농도와 같습니다.
도량형 관점에서 평형 상수는 단일 물리량이 아닙니다. 이것은 평형 농도를 통한 상수의 특정 표현에 따라 측정 단위가 다른 양의 그룹입니다. 예를 들어, 흑연과 이산화탄소의 가역 반응에 대해 [ 케이 씨] = 1 mol/l, 탄산칼슘의 열분해 반응의 평형상수는 측정 단위가 같고, 요오드화수소 합성 반응의 평형상수는 무차원의 값이다. 일반적으로 [ 케이 씨] = 1(몰/리터) N .
화학 평형의 이동. 르샤틀리에의 원리
한 평형 상태에서 다른 평형 상태로 평형 화학 시스템의 이동을 호출합니다. 화학 평형의 이동 (이동), 시스템의 열역학적 매개 변수 (온도, 농도, 압력)를 변경하여 수행됩니다. 평형이 순방향으로 이동하면 제품 수율이 증가하고 반대 방향으로 이동하면 감소합니다. 시약의 전환 정도. 둘 다 화학 공학에 유용할 수 있습니다. 거의 모든 반응이 어느 정도 가역적이기 때문에 산업 및 실험실 관행에서 두 가지 문제가 발생합니다. 최대 수율로 "유용한" 반응 생성물을 얻는 방법과 "유해한" 반응 생성물 수율을 줄이는 방법입니다. 두 경우 모두 반응 생성물이나 출발 물질 쪽으로 평형을 이동시켜야 합니다. 이를 수행하는 방법을 배우려면 가역 반응의 평형 위치를 결정하는 것이 무엇인지 알아야 합니다.
평형 위치는 다음에 따라 달라집니다.
1) 평형 상수의 값(즉, 반응물 및 온도의 특성),
2) 반응에 관여하는 물질의 농도 및
3) 압력(가스 시스템의 경우 물질 농도에 비례함).
이 모든 매우 다른 요소의 화학 평형에 미치는 영향에 대한 정성적 평가를 위해 본질적으로 보편적인 방법을 사용합니다. 르샤틀리에의 원리(프랑스의 물리화학자이자 야금학자인 Henri Louis Le Chatelier가 1884년에 공식화했습니다.) 이것은 화학적 시스템뿐만 아니라 모든 평형 시스템에 적용할 수 있습니다.
평형 상태의 시스템이 외부에서 작용하면 시스템의 평형 상태는 이 효과가 부분적으로 보상되는 방향으로 이동합니다.
반응에 참여하는 물질 농도의 평형 위치에 대한 영향의 예로 요오드화 수소를 얻는 가역 반응을 고려하십시오.
H2(g) + I2(g)2HI(g) .
평형 상태에서 대중 행동의 법칙에 따라
.
반응에 참여하는 모든 참가자의 농도가 동일하고 1 mol/l( = 1 mol/l; = 1 mol /l; = 1몰/l). 따라서 이 온도에서 에게 와 함께= 1. 반응기의 부피가 1리터이므로, N(H2) \u003d 1몰, N(I 2) \u003d 1몰 및 N(HI) = 1몰. 시간 t 1에서 또 다른 1 mol의 HI를 반응기에 도입하면 농도가 2 mol/L가 됩니다. 그러나 하기 위해서는 에게 와 함께일정하게 유지되면 수소와 요오드의 농도가 증가해야 하며 이는 방정식에 따라 요오드화 수소의 일부 분해로 인해 가능합니다.
2HI (g) \u003d H 2 (g) + I 2 (g).
새로운 평형 상태에 도달하는 순간 t 2 분해 엑스 HI의 mol 및 따라서 추가 0.5 엑스 mol H 2 및 I 2 . 반응 참가자의 새로운 평형 농도: = (1 + 0.5 엑스) mol/l; = (1 + 0.5 엑스) mol/l; = (2 - 엑스) 몰/리터. 수량의 수치를 대량 작용 법칙의 표현으로 대체하면 방정식을 얻습니다.
어디 엑스= 0.667. 따라서 = 1.333mol/l; = 1.333몰/l; = 1.333몰/리터.
반응 속도와 균형.
가역 반응 A + B C + D가 있다고 가정합니다. 정반응과 역반응이 한 단계에서 일어난다고 가정하면 이러한 반응의 속도는 시약의 농도에 정비례합니다. 직접 반응의 속도 V 1 = 케이 1 [A][B], 역반응률 V 2 = 케이 2 [C][D](대괄호는 시약의 몰 농도를 나타냄). 직접반응이 진행됨에 따라 출발물질 A와 B의 농도가 각각 감소하고 직접반응의 속도도 감소함을 알 수 있다. 초기 순간에 0인(제품 C 및 D가 없음) 역반응 속도는 점차 증가합니다. 조만간 정방향 반응과 역방향 반응의 속도가 같아지는 순간이 올 것입니다. 그 후, 모든 물질(A, B, C, D)의 농도는 시간이 지나도 변하지 않습니다. 이것은 반응이 평형 위치에 도달했음을 의미하며 시간에 따라 변하지 않는 물질의 농도를 평형이라고합니다. 그러나 모든 움직임이 멈추는 기계적 평형과 달리 화학적 평형에서는 정반응과 역반응 모두 계속 진행되지만 반응 속도는 동일하므로 시스템에 변화가 발생하지 않는 것처럼 보입니다. 평형에 도달한 후 정반응과 역반응의 흐름을 증명하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 약간의 수소 동위 원소 - 중수소 D 2가 평형 위치에있는 수소, 질소 및 암모니아의 혼합물에 도입되면 민감한 분석을 통해 암모니아 분자에서 중수소 원자의 존재를 즉시 감지합니다. 반대로 중수소화 암모니아 NH 2 D가 시스템에 도입되면 중수소가 HD 및 D 2 분자 형태로 초기 물질에 즉시 나타납니다. 모스크바 주립 대학의 화학 학부에서 또 다른 놀라운 실험이 수행되었습니다. 은판을 질산은 용액에 넣었더니 변화가 관찰되지 않았습니다. 그런 다음 미량의 방사성 은 이온이 용액에 도입되었고 그 후 은판이 방사성이되었습니다. 이 방사능은 접시를 물로 헹구거나 염산으로 씻어도 "씻겨 없어질" 수 없습니다. 질산으로 에칭하거나 고운 사포로 표면을 기계적으로 처리하면 비활성화됩니다. 이 실험을 설명할 수 있는 유일한 방법은 금속과 용액 사이에 은 원자의 지속적인 교환이 있다는 것입니다. 시스템에는 가역 반응 Ag (tv) - e - \u003d Ag +가 있습니다. 따라서 용액에 방사성 이온 Ag +를 추가하면 전기적으로 중성이지만 여전히 방사성 원자의 형태로 플레이트에 "매립"됩니다. 따라서 가스 또는 용액 사이의 화학 반응뿐만 아니라 금속의 용해 및 침전 과정도 평형 상태입니다. 예를 들어, 시스템이 평형에서 멀리 떨어져 있을 때 고체는 순수한 용매에 놓일 때 가장 빨리 용해됩니다. 이 경우- 포화 용액에서. 점차적으로 용해 속도가 감소하고 동시에 역 과정의 속도가 증가합니다. 즉, 물질이 용액에서 결정 침전물로 전이됩니다. 용액이 포화되면 시스템은 평형 상태에 도달하지만 용해 속도와 결정화 속도는 동일하고 침전물의 질량은 시간에 따라 변하지 않습니다. 시스템은 어떻게 외부 조건의 변화에 "대응"할 수 있습니까? 예를 들어 가열에 의해 평형 혼합물의 온도가 상승하면 시스템 자체는 물론 외부 가열을 "약화"할 수 없지만 반응 시스템을 특정 온도로 가열하는 방식으로 평형이 이동합니다. 균형이 바뀌지 않는 한 케이스보다 더 많은 열이 필요합니다. 이 경우 열이 흡수되도록 평형이 이동합니다. 흡열 반응 쪽으로. 이는 "외부 영향을 약화시키려는 체제의 욕망"으로 해석할 수 있다. 반면에 방정식의 왼쪽과 오른쪽에 기체 분자의 수가 같지 않으면 그러한 시스템의 평형도 압력을 변경하여 이동할 수 있습니다. 압력이 증가함에 따라 평형은 기체 분자의 수가 적은 쪽으로 이동합니다(이런 식으로 외부 압력에 "반대"). 반응 중에 기체 분자의 수가 변하지 않는 경우
(H 2 + Br 2 (g) 2HBr, CO + H 2 O (g) CO 2 + H 2) 압력은 평형 위치에 영향을 미치지 않습니다. 온도가 변하면 반응의 평형 상수도 변하고 압력만 변하면 일정하게 유지된다는 점에 유의해야 합니다.
화학 평형의 변화를 예측하기 위해 Le Chatelier의 원리를 사용하는 몇 가지 예. 반응 2SO 2 + O 2 2SO 3 (d)는 발열 반응이다. 온도를 올리면 SO3의 흡열분해가 우선하여 평형이 왼쪽으로 이동한다. 온도가 낮아지면 평형이 오른쪽으로 이동합니다. 따라서 SO 2와 O 2의 혼합물은 2 : 1의 화학량 론적 비율로 취합니다 ( 센티미터 . 화학양론), 400 ° C의 온도에서 대기압은 약 95 %의 수율로 SO 3로 바뀝니다. 이러한 조건 하에서 평형 상태는 SO 3 쪽으로 거의 완전히 이동합니다. 600°C에서 평형 혼합물은 이미 76% SO 3 를 포함하고 800°C에서는 25%만 포함합니다. 이것이 유황이 공기 중에서 연소될 때 주로 SO 2 가 형성되고 약 4%의 SO 3 만이 형성되는 이유입니다. 또한 반응 방정식에서 시스템의 전체 압력이 증가하면 평형이 오른쪽으로 이동하고 압력이 감소하면 평형이 왼쪽으로 이동합니다.
시클로헥산에서 수소를 추출하여 벤젠을 형성하는 반응
C 6 H 12 C 6 H 6 + 3H 2는 또한 촉매의 존재 하에 기상에서 수행된다. 이 반응은 에너지 소비(흡열)와 함께 진행되지만 분자 수가 증가합니다. 따라서 온도와 압력의 영향은 암모니아 합성의 경우와 정반대입니다. 즉, 혼합물에서 벤젠의 평형 농도 증가는 온도 증가와 압력 감소에 의해 촉진되므로 반응은 저압(2–3 atm) 및 고온(450–500 ℃). 여기에서 온도의 증가는 "이중으로 유리한" 것입니다. 이는 반응 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 목표 생성물의 형성을 향한 평형의 이동에도 기여합니다. 물론 압력이 훨씬 더 감소하면(예: 0.1atm) 평형이 오른쪽으로 더 이동하게 되지만 이 경우 반응기에 물질이 너무 적어 반응 속도가 느려집니다. 또한 감소하므로 전반적인 생산성은 증가하지 않고 감소합니다. 이 예는 경제적으로 정당한 산업적 합성이 Scylla와 Charybdis 사이의 성공적인 기동임을 다시 한 번 보여줍니다.
Le Chatelier의 원리는 티타늄, 니켈, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨 및 기타 고순도 금속을 생산하는 데 사용되는 소위 할로겐 사이클에서 "작동"합니다. 예를 들어 Ti + 2I 2 TiI 4와 같은 할로겐과 금속의 반응은 열 방출과 함께 진행되므로 온도가 상승함에 따라 평형이 왼쪽으로 이동합니다. 따라서 600°C에서 티타늄은 쉽게 휘발성 요오드화물을 형성하고(평형이 오른쪽으로 이동) 110°C에서 요오드화물이 분해되어 매우 순수한 금속이 방출됩니다(평형이 왼쪽으로 이동). 이러한 사이클은 할로겐 램프에서도 작동합니다. 여기서 텅스텐은 나선형에서 증발하고 더 차가운 벽에 침전되어 할로겐과 휘발성 화합물을 형성하고 뜨거운 나선형에서 다시 분해되고 텅스텐은 원래 위치로 옮겨집니다.
온도와 압력 변화 외에도 평형 위치에 영향을 미치는 또 다른 효과적인 방법이 있습니다. 평형 혼합물에서
A + B C + D 모든 물질이 배설됩니다. Le Chatelier의 원칙에 따라 시스템은 그러한 영향에 즉시 "반응"할 것입니다. 균형은 주어진 물질의 손실을 보상하는 방식으로 이동하기 시작할 것입니다. 예를 들어 물질 C 또는 D(또는 둘 다)가 반응 영역에서 제거되면 평형은 오른쪽으로 이동하고 물질 A 또는 B가 제거되면 왼쪽으로 이동합니다. 시스템에 어떤 물질을 도입해도 평형이 이동하지만 다른 방향으로 이동합니다.
반응 영역에서 물질 제거 가능 다른 방법들. 예를 들어, 물과 함께 단단히 밀폐된 용기에 이산화황이 있는 경우 기체, 용해 및 반응 이산화황 사이에 평형이 설정됩니다.
O 2 (g) SO 2 (p) + H 2 O H 2 SO 3. 용기가 열리면 이산화황이 점차 증발하기 시작하고 더 이상 공정에 참여할 수 없습니다. 아황산이 완전히 분해 될 때까지 평형이 왼쪽으로 이동하기 시작합니다. 레모네이드 또는 생수 병을 열 때마다 유사한 과정을 관찰할 수 있습니다. CO 2 (g) CO 2 (p) + H 2 O H 2 CO 3의 균형은 CO 2가 휘발함에 따라 왼쪽으로 이동합니다.
시스템에서 시약을 제거하는 것은 기체 물질의 형성뿐만 아니라 침전되는 불용성 화합물의 형성과 함께 하나 또는 다른 시약을 결합함으로써 가능합니다. 예를 들어, 과량의 칼슘 염이 CO 2 수용액에 도입되면 Ca 2+ 이온이 CaCO 3 침전물을 형성하여 탄산과 반응합니다. 평형 CO 2 (p) + H 2 OH 2 CO 3는 물에 용해된 가스가 남아 있지 않을 때까지 오른쪽으로 이동합니다.
시약을 추가하여 평형을 이동할 수도 있습니다. 따라서 FeCl 3 및 KSCN의 묽은 용액을 배출하면 철 티오시안산염(티오시안산염)이 형성되어 붉은 주황색이 나타납니다.
FeCl 3 + 3KSCN Fe(SCN) 3 + 3KCl. 용액에 추가 FeCl 3 또는 KSCN을 첨가하면 용액의 색이 증가하여 평형이 오른쪽으로 이동함을 나타냅니다(외부 영향을 약화시키는 것처럼). 그러나 과량의 KCl이 용액에 첨가되면 평형이 왼쪽으로 이동하여 색상이 밝은 노란색으로 감소합니다.
Le Chatelier의 원리 공식화에서 평형 상태에 있는 시스템에 대해서만 외부 영향의 결과를 예측할 수 있다고 표시된 것은 아무것도 아닙니다. 이 표시를 무시하면 완전히 잘못된 결론에 도달하기 쉽습니다. 예를 들어, 고체 알칼리 (KOH, NaOH)는 많은 양의 열을 방출하면서 물에 용해되는 것으로 알려져 있습니다. 용액은 진한 황산이 물과 섞일 때만큼 거의 가열됩니다. 이 원리가 평형 시스템에만 적용된다는 사실을 잊어버리면 온도가 상승하면 물에 대한 KOH의 용해도가 감소해야 한다는 잘못된 결론을 내릴 수 있습니다. "외부 영향의 약화"로 이어집니다. 그러나 KOH를 물에 녹이는 과정은 무수 알칼리가 포함되어 있기 때문에 전혀 평형이 아니며 포화 용액과 평형을 이루는 침전물은 KOH 수화물 (주로 KOH 2H 2 O)입니다. 이 수화물이 침전물에서 용액으로 전이하는 것은 흡열 과정입니다. 가열이 아니라 용액의 냉각이 수반되므로 평형 과정에 대한 Le Chatelier의 원리도 이 경우에 충족됩니다. 같은 방식으로 무수 염 - CaCl 2, CuSO 4 등이 물에 용해되면 용액이 가열되고 결정 수화물 CuSO 4 · 5H 2 O, CaCl 2 · 6H 2 O가 용해되면 냉각됩니다.
Le Chatelier 원칙의 오용에 대한 또 다른 흥미롭고 유익한 예는 교과서와 대중 문학에서 찾을 수 있습니다. 갈색 이산화질소 NO 2와 무색 N 2 O 4 tetroxide의 평형 혼합물을 투명한 가스 주사기에 넣은 다음 가스를 피스톤으로 빠르게 압축하면 색상 강도가 즉시 증가하고 잠시 후 (수십 초) 원본에 도달하지는 않지만 다시 약해집니다. 이 경험은 일반적으로 다음과 같이 설명됩니다. 혼합물을 빠르게 압축하면 압력이 증가하여 두 성분의 농도가 높아져 혼합물이 더 어두워집니다. 그러나 Le Chatelier의 원리에 따라 압력이 증가하면 2NO 2 N 2 O 4 시스템의 평형이 무색 N 2 O 4 쪽으로 이동하므로(분자 수가 감소함) 혼합물이 점차 밝아져 새로운 증가된 압력에 해당하는 평형 위치.
이 설명의 오류는 N 2 O 4 의 해리와 NO 2 의 이량체화 두 반응이 모두 매우 빠르게 일어나므로 평형이 어쨌든 1/1000000 초 안에 성립되기 때문에 추진할 수 없다는 사실에서 비롯됩니다. 평형을 방해할 정도로 피스톤이 너무 빨리 움직입니다. 이 경험은 다르게 설명됩니다. 가스 압축으로 인해 온도가 크게 상승합니다(자전거 펌프로 타이어에 공기를 주입해야 하는 모든 사람은 이 현상에 익숙합니다). 그리고 Le Chatelier의 동일한 원리에 따라 평형은 즉시 열 흡수와 함께 진행되는 흡열 반응으로 이동합니다. N 2 O 4의 해리쪽으로 - 혼합물이 어두워집니다. 그런 다음 주사기의 가스가 천천히 실온으로 냉각되고 평형이 다시 사산화물로 이동합니다. 혼합물이 더 밝아집니다.
Le Chatelier의 원리는 화학과 관련이없는 경우에 잘 작동합니다. 정상적으로 작동하는 경제에서 유통되는 총 화폐량은 이 화폐로 살 수 있는 상품과 균형을 이룹니다. "외부 영향"이 정부가 부채를 갚기 위해 더 많은 돈을 인쇄하려는 바람이라면 어떻게 될까요? 르 샤틀리에의 원칙에 따라 상품과 화폐 사이의 균형은 더 많은 화폐를 갖는 시민들의 즐거움을 약화시키는 방식으로 이동될 것입니다. 즉, 재화와 용역의 가격이 오르고, 이런 식으로 새로운 균형에 도달하게 됩니다. 다른 예시. 미국의 한 도시에서는 고속도로를 확장하고 인터체인지를 건설하여 끊임없는 교통 체증을 없애기로 결정했습니다. 이것은 한동안 도움이 되었지만, 기뻐한 주민들은 더 많은 자동차를 구입하기 시작하여 교통 체증이 곧 다시 나타났습니다. 그러나 도로와 더 많은 자동차 사이의 새로운 "균형 위치"가 생겼습니다.
따라서 화학 평형을 이동시키는 방법에 대한 주요 결론을 도출할 것입니다.
르샤틀리에의 원리. 평형 상태에 있는 시스템에 외부 영향(농도, 온도, 압력 변화)이 가해지면 이 효과를 약화시키는 두 가지 반대 반응 중 하나의 흐름을 선호합니다.
|
브이 1 | ||
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A+B |
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안에 |
|
브이 2 |
1. 압력. (기체의 경우) 압력이 증가하면 평형이 부피가 감소하는 반응 쪽으로 이동합니다(즉, 더 적은 수의 분자가 형성됨).
2. 온도 증가는 평형 위치를 흡열 반응(즉, 열 흡수로 진행되는 반응) 쪽으로 이동시킵니다.
3. 출발 물질의 농도가 증가하고 반응구에서 생성물이 제거되면 평형이 직접 반응으로 이동합니다. 출발 물질 [A] 또는 [B] 또는 [A] 및 [B]의 농도 증가: V 1 > V 2 .
촉매는 평형 위치에 영향을 미치지 않습니다.
르샤틀리에의 자연 원리.
이 주제를 공부할 때 나는 항상 균형과 보상에 대한 모든 생명체의 욕구에 대한 예를 제시하고 싶습니다. 예를 들어, 마우스 인구의 변화 - 견과 연도 - 마우스를 위한 음식이 많고 마우스 인구가 빠르게 증가하고 있습니다. 생쥐의 수가 증가함에 따라 음식의 양이 감소하고 설치류가 축적되어 생쥐 사이에서 다양한 전염병의 성장이 시작되므로 설치류 개체수가 점차 감소합니다. 일정 시간이 지나면 태어나고 죽어가는 생쥐 수의 동적 평형이 시작되고 외부의 유리하거나 불리한 조건의 영향으로 이 균형의 변화가 한 방향 또는 다른 방향으로 발생할 수 있습니다.
생화학적 과정은 인체에서 발생하며 Le Chatelier의 원리에 따라 조절될 수도 있습니다. 때때로 그러한 반응의 결과로 독성 물질이 체내에서 생성되기 시작하여 특정 질병을 유발합니다. 이 프로세스를 방지하는 방법은 무엇입니까?
동종 요법과 같은 치료 방법을 기억합시다. 이 방법은 다량으로 다음을 유발하는 약물을 극소량 사용하는 것으로 구성됩니다. 건강한 사람어떤 질병의 징후. 이 경우 약물 독은 어떻게 작용합니까? 바람직하지 않은 반응의 산물이 체내로 유입되고 Le Chatelier의 원리에 따라 평형이 시작 물질 쪽으로 이동합니다. 신체에 고통스러운 장애를 일으키는 과정이 소멸됩니다.
실용적인 부분.
연구 주제의 동화 수준 제어는 테스트 형태로 수행됩니다. 간결하고 정밀하게 공식화되고 표준화된 작업으로 구성된 테스트 시스템으로, 그 중 일부는 제한된 시간 내에 제공되어야 하며 짧고 정확한 답변을 채점 시스템으로 평가해야 합니다. 테스트를 컴파일할 때 다음 수준에 중점을 두었습니다.
이 수준의 학생들의 재생산 수행은 주로 기억을 기반으로 발생합니다.
이 수준의 생산적인 성취는 학생들이 연구된 공식, 개념, 법칙, 그들 사이의 관계를 확립하는 능력을 이해하도록 요구합니다.
창의적 - 기존 지식을 기반으로 예측, 설계, 분석, 결론 도출, 비교, 일반화하는 능력.
테스트 폐쇄형 또는 피험자가 제공된 옵션에서 정답을 선택해야 하는 테스트.
A) 생식 수준: 피험자가 예 또는 아니오로 대답해야 하는 대체 답변이 있는 테스트입니다. 1점을 얻습니다.
인의 연소 반응-
a) 예 b) 아니오
분해 반응
가역 반응
a) 예 b) 아니오
온도 상승
수은용 산화수은 II
그리고 산소
a) 예 b) 아니오
살아있는 시스템에서
그리고 돌이킬 수 없는 과정
a) 예 b) 아니요.
객관식 테스트
어떤 시스템에서 압력이 증가하면 화학 평형이 오른쪽으로 이동합니까?
2HI(g)↔H2(g)+I2(g)
C(tv) + S2(g) ↔CS2(g)
C3H6(g)+H2(g)↔С3H8(g)
H2(g)+F2(g)↔2HF(g) 1포인트
온도 상승
촉매를 사용하여
온도를 낮추는 것; 1점
시스템의 화학 평형 상태
영향을 미치지 않는다
압력 증가
요오드 농도 증가
온도 상승
온도 감소; 1점
어떤 시스템에서 수소 농도의 증가가 화학 평형을 왼쪽으로 이동합니까?
C(tv)+2H2(g)↔СH4(g)
2NH3(g)↔N2(g)+3H2(g)
2H2(g)+O2(g)↔2H2O(g)
FeO(고체)+H2(g)↔Fe+H2O(g) 1점
압력의 증가가 화학 평형의 이동에 영향을 미치지 않는 시스템은?
H2(지)+J2(지)↔2HJ(지)
SO2(g)+H2O(l)↔H2SO3(g)
CH4(g)+H2O(g)↔CO(g)+3H2(g)
4HCl(g)+O2(g)↔2H2O(g)+2Cl2(g) 1점
시스템의 화학 평형에
효과가 없다
온도 상승
압력 증가
반응 구역에서 암모니아 제거
촉매제 도포 1점
시스템의 화학 평형
에서 반응 생성물의 형성 쪽으로 이동한다.
압력 증가
온도 상승
압력 강하
촉매제 도포 1점
제품의 수율을 높이기 위해 SO2를 SO3로 산화시키는 단계에서 황산을 생산할 때
산소의 농도를 증가
온도를 높이다
낮은 혈압
촉매 도입; 1.5점
알켄 + H2 ↔ 알칸
반응 혼합물이 가열될 때
균형이 오른쪽으로 이동
균형이 왼쪽으로 이동
평형은 동일한 확률로 양방향으로 흐를 것입니다.
이러한 물질은 지정된 조건에서 평형 상태가 아닙니다. 1.5점
시스템의 화학 평형
시작 물질의 형성으로 이동
1) 압력 증가
온도 상승
압력 강하
촉매 사용; 1점
시스템에서 균형을 오른쪽으로 이동하려면
영향을 미친다
온도 강하
압력 증가
촉매의 사용
온도 상승; 1점
비가역 반응은 방정식에 해당합니다.
질소 + 수소 = 암모니아
아세틸렌 + 산소 = 이산화탄소 + 물
수소 + 요오드 = 요오드수소
이산화황 + 산소 = 무수황산; 1.5점
객관식 테스트, 그 동안 피험자는 1-2개의 정답을 선택하거나 답을 선택할 때 제안된 조건 2개를 일치시켜야 합니다.
어떤 시스템에서 압력이 증가하고 온도가 감소함에 따라 화학 평형이 반응 생성물로 이동합니까?
N2+O2↔2NO-Q
N2+3H2↔2NH3+Q
H2+CL2↔2HCL+Q
C2H2↔2C(tv)+H2-Q 1.5점
시스템의 화학 평형
NH3+H2O↔NH4+OH
암모니아가 수용액에 첨가될 때 암모니아 형성쪽으로 이동
염화나트륨
수산화 나트륨
염산의
염화알루미늄; 1.5점
19) 에틸렌 수화반응 CH2=CH2+H2O ↔ 실용적인 가치, 그러나 가역적이므로 반응 평형을 오른쪽으로 이동하려면 필요합니다.
온도를 높입니다(>280도 C).
반응 혼합물의 물의 양을 줄입니다.
압력 증가(80기압 이상)
산 촉매를 백금으로 교체; 1점
부탄의 탈수소화 반응은 흡열 반응입니다. 반응 평형을 오른쪽으로 이동하려면,
백금과 같은 더 활동적인 촉매를 사용하십시오.
온도를 낮추다
압력을 높이다
온도를 올리다 1점
에테르와 물의 형성과 함께 아세트산과 메탄올의 상호 작용의 경우, 왼쪽으로의 평형 이동은 다음과 같이 촉진됩니다.
적절한 촉매
진한 황산 첨가
탈수된 출발 물질의 사용
에테르 첨가; 1.5점
제외 테스트
균형 이동이 영향을 받음
압력 변화
촉매의 사용
반응에 관여하는 물질의 농도 변화
온도 변화; 1점
압력의 증가 또는 감소는 반응에서 화학 평형의 이동에 영향을 미칩니다.
더위와 함께 간다
기체 물질과 관련된 반응
부피 감소로 진행되는 반응
부피 증가에 따른 반응; 1.5점
반응은 돌이킬 수 없다
재
불타는 인
질소와 수소로부터 암모니아 합성
불타는 메탄; 1.5점
테스트 그룹화주어진 기준에 따라 배포되어야 하는 제안된 공식, 방정식, 용어 목록을 포함합니다.
온도가 동시에 증가하고 압력이 감소하면 화학 평형이 시스템에서 오른쪽으로 이동합니다.
H2(g)+S(g)↔H2S(g)+Q
2SO2(g)+O2(g)↔2SO3(g)+Q
2NH3(g)↔N2(g)+3H2(g)-Q
2HCL(g)↔H2(g)+CL2(g)-Q; 2점
프로펜 수소화 반응은 발열 반응입니다. 화학평형을 오른쪽으로 이동하려면
온도 강하
압력 증가
수소 농도 감소
프로펜 농도 감소; 1점
규정 준수 작업.
테스트를 수행할 때 피험자는 몇 가지 가능한 답변과 함께 두 목록의 요소를 일치시키도록 요청받습니다.
반응의 평형은 오른쪽으로 이동한다. 줄을 서십시오.
나) N2+3H2↔2NH3+Q 2) 온도가 올라갈 때
C) CO2 + C(고체) ↔2CO-Q 3) 압력이 떨어질 때
D) N2O(g)+S(t)↔2N2(g) 4) 접촉 면적이 증가함에 따라; 2점
반응의 평형은 반응 생성물의 형성 쪽으로 이동한다. 줄을 서십시오.
B) 2H2 + O2 ↔ 2H2O (g) + Q 2) 온도 상승
다) CH3OH + CH3COOH↔CH3COOCH3 3) 압력이 낮아질 때
라) N2+O2↔2NO-Q 4) 에테르 첨가 시
5) 알코올을 첨가할 때; 2점
개방형 또는 개방형 테스트, 피험자가 방정식 정의의 개념을 추가하거나 독립적인 판단을 증거로 제공해야 합니다.
이러한 유형의 작업은 최종적이고 가장 가치 있는 부분을 구성합니다. 사용 테스트화학에서.
작업을 보충합니다.
주제는 작업에 제공된 제한 사항을 고려하여 답변을 공식화해야 합니다.
가역과 발열이 동시에 일어나는 반응식 추가
B) 수소 + 요오드
C) 질소 + 수소
D) 이산화황 + 산소
E) 이산화탄소 + 탄소 2점
온도가 증가하면 평형이 오른쪽으로 이동하는 가역 반응을 선택하는 계획에 따라 반응식을 작성하십시오.
N2 → NO→ NO2→ HNO3→ NH4NO3 2점
무료 프리젠테이션 테스트.
작업에 제한이 없기 때문에 주제는 답변을 독립적으로 공식화해야 합니다.
31) 시스템에서 균형을 오른쪽으로 이동시키는 요소를 나열하십시오.
CO + 2H2↔ CH3OH(g)+Q 2점
32) 시스템에서 출발 물질의 형성쪽으로 평형을 이동시키는 요인을 나열하십시오.
C(tv) + 2H2(g) ↔CH4(g) + Q 2점
테스트에 대한 답변.
시험번호 정답
B-1
G-3.4
A-2.3
G-2
B- N2+3H2↔2NH3+Q
1) N2+O2↔2NO-Q
3) 4NO2+2H2O+O2↔4HNO3+Q
4) NH3+HNO3=NH4NO3
첫 번째 반응
CO+2H2↔CH3OH+Q
온도 감소
압력 증가
CO 농도 증가
H2 농도 증가
알코올 농도 감소
C+2H2↔CH4+Q
2) 압력 감소
3) 수소 농도 저하
4) 메탄 농도의 증가.
서지
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>> 화학: 가역 및 비가역 반응
CO2 + H2O = H2CO3
생성된 산성 용액을 삼각대에 세워 둡니다. 잠시 후 산이 원래 물질로 분해되면서 용액이 다시 보라색으로 변하는 것을 볼 수 있습니다.
이 과정은 1/3이 탄산 용액인 경우 훨씬 빠르게 수행될 수 있습니다. 결과적으로 탄산을 얻는 반응은 정방향과 반대 방향으로 모두 진행됩니다. 즉, 가역적입니다. 반응의 가역성은 반대 방향의 두 화살표로 표시됩니다.
가장 중요한 화학 제품의 제조에 기초가 되는 가역 반응 중에서 우리는 황산화물(IV)과 산소로부터 황산화물(VI)을 합성(합성)하는 반응을 예로 언급합니다.
1. 가역 및 비가역 반응.
2. Berthollet의 규칙.
단락의 본문에 언급된 연소 반응에 대한 방정식을 기록하고 이러한 반응의 결과로 초기 물질이 만들어지는 원소의 산화물이 형성됨을 나타냅니다.
계획에 따라 단락 끝에서 수행된 마지막 세 가지 반응에 대한 설명을 제공하십시오. a) 시약 및 제품의 특성 및 수 b) 집계 상태; c) 방향: d) 촉매의 존재; e) 열의 방출 또는 흡수
문단의 텍스트에서 제안된 석회석 로스팅 반응에 대한 방정식에서 어떤 부정확성이 발생합니까?
일반적으로 화합물의 반응이 발열 반응이라는 진술은 얼마나 사실입니까? 교과서 본문에 주어진 사실을 사용하여 관점을 정당화하십시오.
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역반응의 가능성에 따라 화학반응은 가역반응과 비가역반응으로 나뉜다.
가역 화학 반응 주어진 조건에서 생성물이 서로 상호 작용할 수 있는 반응입니다.
돌이킬 수 없는 반응 주어진 조건에서 제품이 서로 상호 작용할 수 없는 반응입니다.
에 대한 자세한 내용 화학 반응의 분류읽을 수 있습니다.
제품 상호 작용의 가능성은 프로세스 조건에 따라 다릅니다.
그래서 만약 시스템 열려 있는, 즉. 와 교류하다 환경예를 들어 가스가 형성되는 화학 반응은 돌이킬 수 없습니다. 예를 들어 , 고체 중탄산나트륨을 하소할 때:
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
기체 이산화탄소가 방출되어 반응 구역에서 휘발됩니다. 따라서 그러한 반응은 뒤집을 수 없는이러한 조건에서. 우리가 고려한다면 폐쇄 시스템 , 어느 할 수 없다환경(예: 반응이 일어나는 닫힌 상자)과 물질을 교환하면 이산화탄소가 반응 영역에서 빠져나갈 수 없으며 물 및 탄산나트륨과 상호 작용하면 반응이 다음 조건에서 가역적입니다. 이러한 조건:
2NaHCO3 ⇔ Na2CO3 + CO2 + H2O
고려하다 가역 반응. 다음 계획에 따라 가역 반응을 진행시키십시오.
aA + bB = cC + dD
질량 작용의 법칙에 따른 순방향 반응 속도는 다음 식으로 결정됩니다. 반응 초기에 시스템에 물질 C와 D가 없으면 입자 A와 B가 주로 충돌하고 상호 작용하며 주로 직접 반응이 발생합니다. 점차적으로 입자 C와 D의 농도도 증가하기 시작하므로 역반응 속도가 증가합니다. 어느 시점에서 정반응의 속도는 역반응의 속도와 같아진다.. 이 상태를 화학 평형 .
따라서, 화학 평형 있는 시스템의 상태이다. 순방향 및 역방향 반응의 속도는 동일합니다. .
왜냐하면 순방향 반응과 역방향 반응의 속도는 동일하고 물질의 형성 속도는 소비 속도와 동일하며 현재 물질의 농도는 변하지 않는다 . 이러한 농도를 균형이 잡힌 .
평형에 유의하십시오. 정방향 및 역방향 반응 모두즉, 반응물은 서로 상호 작용하지만 제품도 동일한 속도로 상호 작용합니다. 동시에 외부 요인이 영향을 줄 수 있습니다. 옮기다한 방향 또는 다른 방향의 화학 평형. 따라서 화학 평형을 이동성 또는 동적이라고합니다.
무빙 밸런스 분야의 연구는 19세기에 시작되었습니다. Henri Le Chatelier의 글에서 이론의 기초가 마련되었으며 나중에 과학자 Karl Brown이 일반화했습니다. 움직이는 균형의 원리 또는 Le Chatelier-Brown의 원리는 다음과 같이 말합니다.
평형 상태의 시스템이 다음을 받는 경우 외부 요인, 평형 조건을 변경하면 외부 영향을 보상하기 위해 시스템의 프로세스가 강화됩니다.
즉, 시스템에 대한 외부 영향 하에서 평형은 이러한 외부 영향을 보상하는 방식으로 이동합니다.
매우 중요한 이 원리는 화학 반응뿐만 아니라 모든 평형 현상에 적용됩니다. 그러나 이제 화학적 상호 작용과 관련하여 고려할 것입니다. 화학 반응의 경우 외부 작용은 물질의 평형 농도를 변화시킵니다.
온도, 압력 및 반응물 또는 생성물의 농도와 같은 세 가지 주요 요인이 평형 상태에서 화학 반응에 영향을 미칠 수 있습니다.
1. 아시다시피 화학 반응에는 열 효과가 수반됩니다. 직접 반응이 열 방출(발열 또는 +Q)로 진행되면 역반응은 열 흡수(흡열 또는 -Q)로 진행되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 키우면 온도 시스템에서 평형은 이러한 증가를 보상하기 위해 이동합니다. 발열 반응의 경우 온도 상승을 보상할 수 없다는 것은 논리적입니다. 따라서 온도가 상승함에 따라 시스템의 평형은 열 흡수 쪽으로 이동합니다. 흡열 반응(-Q) 쪽으로; 온도 감소 - 발열 반응 방향 (+ Q).
2. 평형 반응의 경우, 물질 중 적어도 하나가 기체 상태일 때 평형도 변화에 의해 크게 영향을 받습니다. 압력시스템에서. 압력이 증가하면 화학 시스템은 이 효과를 보상하려고 시도하고 기체 물질의 양이 감소하는 반응 속도를 증가시킵니다. 압력이 감소하면 시스템은 더 많은 기체 분자가 형성되는 반응 속도를 증가시킵니다. 따라서 압력이 증가하면 평형은 가스 분자 수가 감소하고 압력이 감소하면 가스 분자 수가 증가하는 방향으로 이동합니다.
메모! 반응 가스와 생성물의 분자 수가 동일한 시스템은 압력의 영향을 받지 않습니다! 또한 압력의 변화는 실질적으로 용액의 평형에 영향을 미치지 않습니다. 기체가 없는 반응에서.
3. 또한, 화학 시스템의 평형은 변화에 의해 영향을 받습니다. 집중반응물 및 생성물. 반응물의 농도가 증가함에 따라 시스템은 반응물을 모두 사용하려고 시도하고 순방향 반응 속도를 증가시킵니다. 시약 농도가 감소하면 시스템은 시약을 축적하려고 시도하고 역반응 속도가 증가합니다. 제품의 농도가 증가함에 따라 시스템은 제품을 모두 소모하려고 시도하고 역반응 속도를 높입니다. 제품 농도가 감소하면 화학 시스템이 형성 속도를 증가시킵니다. 순방향 반응 속도.
화학 시스템에 있는 경우 순방향 반응 속도가 증가합니다. 오른쪽 , 제품의 형성을 향하여 그리고 시약 소비 . 만약에 역반응의 속도가 증가한다, 우리는 균형이 이동했다고 말합니다 왼쪽으로 , 음식 소비를 향하여 그리고 시약 농도 증가 .
예를 들어, 암모니아 합성 반응에서:
N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 + Q
압력이 증가하면 더 적은 수의 가스 분자가 형성되는 반응 속도가 증가합니다. 직접 반응(반응 기체 분자의 수는 4개, 생성물의 기체 분자 수는 2개). 압력이 증가함에 따라 평형은 제품 쪽으로 오른쪽으로 이동합니다. ~에 온도 상승균형이 바뀔 것이다 흡열 반응을 향하여, 즉. 시약을 향해 왼쪽으로. 질소 또는 수소의 농도가 증가하면 평형이 소비 방향으로 이동합니다. 제품을 향해 오른쪽으로.
촉매 밸런스에 영향을 주지 않기 때문에 정방향 및 역방향 반응 속도를 높입니다.
중 하나 가장 중요한 특성화학 반응은 출발 물질이 반응 생성물로 전환되는 정도를 나타내는 변형의 깊이(정도)입니다. 크기가 클수록 공정을 더 경제적으로 수행할 수 있습니다. 전환의 깊이는 무엇보다도 반응의 가역성에 따라 달라집니다.
거꾸로 할 수 있는반응 , 같지 않은 뒤집을 수 없는, 끝까지 진행하지 마십시오. 반응물 중 어느 것도 완전히 소비되지 않습니다. 동시에 반응 생성물은 출발 물질의 형성과 상호 작용합니다.
예를 고려하십시오.
1) 동일한 부피의 기체 요오드와 수소가 특정 온도의 밀폐된 용기에 도입됩니다. 이러한 물질 분자의 충돌이 원하는 방향과 충분한 에너지로 발생하면 중간 화합물(활성화된 복합체, 섹션 1.3.1 참조)의 형성과 함께 화학 결합이 재배열될 수 있습니다. 결합을 추가로 재배열하면 중간체 화합물이 두 분자의 요오드화수소로 분해될 수 있습니다. 반응 방정식:
H 2 + I 2 ® 2HI
그러나 요오드화수소 분자는 또한 수소 분자, 요오드 분자 및 그들 사이에서 무작위로 충돌합니다. HI 분자가 충돌할 때 중간 화합물의 형성을 방해하는 것은 아무것도 없으며, 이는 이후 요오드와 수소로 분해될 수 있습니다. 이 프로세스는 다음 방정식으로 표현됩니다.
2HI ® H 2 + I 2
따라서이 시스템에서 두 가지 반응, 즉 요오드화 수소의 형성과 분해가 동시에 진행됩니다. 하나의 일반 방정식으로 표현할 수 있습니다.
H 2 + I 2 "2HI
프로세스의 가역성은 기호 "로 표시됩니다.
이 경우 요오드화수소 형성을 향한 반응을 직접 반응이라고 하고 반대 반응을 역 반응이라고 합니다.
2) 2몰의 이산화황과 1몰의 산소를 혼합하여 반응이 진행되기에 유리한 시스템 조건을 만들고 시간 경과 후 가스 혼합물을 분석하면 시스템이 SO 3 - 반응 생성물과 초기 물질 - SO 2 및 O 2를 모두 포함합니다. 황산화물(+6)을 초기 물질과 같은 조건에 놓으면 그 일부가 산소와 황산화물(+4)로 분해되는 것을 알 수 있고, 전체 양의 최종 비율은 세 가지 물질은 이산화황과 산소의 혼합물에서 시작할 때와 동일합니다.
따라서 이산화황과 산소의 상호 작용은 가역 화학 반응의 예 중 하나이며 다음 방정식으로 표현됩니다.
2SO 2 + O 2 "2SO 3
3) 철과 염산의 상호 작용은 다음 방정식에 따라 진행됩니다.
Fe + 2HCL ® FeCL 2 + H 2
염산이 충분하면 반응이 종료됩니다.
모든 철이 소모됩니다. 또한이 반응을 반대 방향으로 수행하려고하면 염화철 용액을 통해 수소를 통과하면 금속 철과 염산이 작동하지 않습니다. 이 반응은 반대 방향으로 진행될 수 없습니다. 따라서 철과 염산의 상호 작용은 비가역 반응입니다.
그러나 이론적으로 모든 비가역 프로세스는 특정 조건에서 가역으로 나타낼 수 있음을 염두에 두어야 합니다. 원칙적으로 모든 반응은 가역적인 것으로 간주될 수 있습니다. 그러나 매우 자주 반응 중 하나가 분명히 우세합니다. 이것은 상호 작용 생성물이 반응 구에서 제거되는 경우에 발생합니다. 침전물이 침전되고 가스가 방출되며 이온 교환 반응 중에 실질적으로 해리되지 않는 생성물이 형성됩니다. 또는 시작 물질의 명백한 과잉으로 인해 반대 과정이 실질적으로 억제되는 경우. 따라서 역반응 가능성을 자연적 또는 인위적으로 배제하면 프로세스를 거의 끝낼 수 있습니다.
이러한 반응의 예는 용액에서 염화나트륨과 질산은의 상호 작용입니다.
NaCL + AgNO 3 ® AgCl ¯ + NaNO 3 ,
암모니아와 브롬화 구리
CuBr 2 + 4NH 3 ® Br 2,
수산화나트륨 용액으로 염산을 중화
HCl + NaOH ® NaCl + H 2 O.
이것들은 모두 예시일 뿐입니다 거의염화은은 어느 정도 용해되기 때문에 비가역적인 과정이며, 착양이온 2+는 절대적으로 안정하지 않으며 물은 극히 소량이지만 해리됩니다.
