Меѓу бројните класификации на видови реакции, на пример оние што се определуваат со термичкиот ефект (егзотермичен и ендотермичен), со промени во оксидационите состојби на супстанциите (редокс), со бројот на компоненти кои учествуваат во нив (распаѓање, соединенија) и така натаму, реакции кои се случуваат во две меѓусебни насоки, инаку наречени реверзибилна . Алтернатива на реверзибилните реакции се реакциите неповратни, при што се формира финалниот производ (талог, гасовита супстанција, вода). Меѓу овие реакции се следниве:
Реакции на размена помеѓу растворите на сол, при што се формира или нерастворлив талог - CaCO 3:
Ca(OH) 2 + K 2 CO 3 → CaCO 3↓ + 2KON (1)
или гасовита супстанција - CO 2:
3 K 2 CO 3 + 2H 3 RO 4 →2K 3 RO 4 + 3 CO 2+ 3H 2 O (2)
или се добива малку дисоцијабилна супстанција - H 2 O:
2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 H 2О(3)
Ако земеме во предвид реверзибилна реакција, тогаш таа продолжува не само во насока напред (во реакциите 1,2,3 од лево кон десно), туку и во спротивна насока. Пример за таква реакција е синтезата на амонијак од гасовити материи - водород и азот:
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (4)
Така, хемиската реакција се нарекува реверзибилна ако се одвива не само во насока напред (→), туку и во обратна насока (←) и се означува со симболот (↔).
Главна карактеристика на овој тип на реакција е тоа што производите на реакцијата се формираат од почетните супстанции, но во исто време, почетните реагенси се формираат од истите производи. Ако ја земеме предвид реакцијата (4), тогаш во релативна единица време, истовремено со формирањето на два молови амонијак, нивното распаѓање ќе се случи со формирање на три молови водород и еден мол азот. Да ја означиме брзината на директна реакција (4) со симболот V 1, тогаш изразот за оваа брзина ќе има форма:
V 1 = kˑ [Н 2 ] 3 ˑ , (5)
каде што вредноста „k“ е дефинирана како константа на брзина на дадена реакција, вредностите [H 2 ] 3 и одговараат на концентрациите на почетните супстанции подигнати до моќи што одговараат на коефициентите во равенката на реакцијата. Во согласност со принципот на реверзибилност, брзината на обратна реакција ќе го земе изразот:
V 2 = kˑ 2 (6)
Во почетниот момент, брзината на напредната реакција добива најголема вредност. Но, постепено концентрациите на почетните реагенси се намалуваат и брзината на реакцијата се забавува. Во исто време, стапката на обратна реакција почнува да се зголемува. Кога стапките на напредните и обратните реакции стануваат исти (V 1 = V 2), состојба на рамнотежа , при што веќе нема промена во концентрациите и на почетните и на добиените реагенси.
Треба да се напомене дека некои неповратни реакции не треба да се сфаќаат буквално. Да дадеме пример за најчесто цитираната реакција на метал со киселина, особено цинк со хлороводородна киселина:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (7)
Всушност, цинкот, кога се раствора во киселина, формира сол: цинк хлорид и водороден гас, но по некое време брзината на директната реакција се забавува како што се зголемува концентрацијата на сол во растворот. Кога реакцијата практично ќе престане, одредена количина на хлороводородна киселина ќе биде присутна во растворот заедно со цинк хлорид, па реакцијата (7) треба да се даде во следнава форма:
2Zn + 2HCl = 2ZnНCl + H2 (8)
Или во случај на формирање на нерастворлив талог добиен со спојување на раствори на Na 2 SO 4 и BaCl 2:
Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (9)
таложената сол BaSO 4, иако во мала мера, ќе се дисоцира на јони:
BaSO 4 ↔ Ba 2+ + SO 4 2- (10)
Затоа, концептите на неповратни и неповратни реакции се релативни. Но, сепак, и во природата и во практичните активности на луѓето, овие реакции се од големо значење. На пример, процеси на согорување на јаглеводороди или посложени органски супстанции, како што е алкохолот:
CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O (11)
2C 2 H 5 OH + 5O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O (12)
се целосно неповратни процеси. Би се сметало за среќен сон на човештвото доколку реакциите (11) и (12) се реверзибилни! Тогаш би било можно повторно да се синтетизираат гас и бензин и алкохол од CO 2 и H 2 O! Од друга страна, реверзибилни реакции како што се (4) или оксидација на сулфур диоксид:
SO 2 + O 2 ↔ SO 3 (13)
се основни во производството на соли на амониум, азотна киселина, сулфурна киселина и други неоргански и органски соединенија. Но, овие реакции се реверзибилни! А за да се добијат финалните производи: NH 3 или SO 3, потребно е да се користат такви технолошки методи како: промена на концентрациите на реагенсите, промена на притисокот, зголемување или намалување на температурата. Но, ова веќе ќе биде тема на следната тема: „Промена во хемиската рамнотежа“.
веб-страница, при копирање на материјал во целост или делумно, потребна е врска до изворот.
Што е реверзибилна реакција? Ова е хемиски процес кој се јавува во две меѓусебно спротивни насоки. Да ги разгледаме главните карактеристики на таквите трансформации, како и нивните карактеристични параметри.
Која е суштината на рамнотежата?
Реверзибилните хемиски реакции не произведуваат специфични производи. На пример, кога сулфур оксидот (4) се оксидира истовремено со производството на сулфур оксид (6), оригиналните компоненти повторно се формираат.
Неповратните процеси вклучуваат целосна трансформација на супстанции кои содејствуваат; таквата реакција е придружена со производство на еден или повеќе реакциони производи.
Примери за неповратни интеракции се реакциите на распаѓање. На пример, кога се загрева калиум перманганат, се формира метален манганат, манган оксид (4), а се ослободува и кислороден гас.
Реверзибилната реакција не вклучува формирање на врнежи или ослободување на гасови. Токму тука лежи нејзината главна разлика од неповратната интеракција.
Хемиска рамнотежа е состојба на систем на интеракција во која е можна реверзибилна појава на една или повеќе хемиски реакции, под услов стапките на процесите да се еднакви.
Ако системот е во динамичка рамнотежа, нема промена во температурата, концентрацијата на реагенсите или други параметри во даден временски период.
Услови за поместување на рамнотежата
Рамнотежата на реверзибилна реакција може да се објасни со користење на правилото на Ле Шателје. Нејзината суштина лежи во тоа што кога се врши надворешно влијание врз систем кој првично е во динамичка рамнотежа, се забележува промена на реакцијата во насока спротивна на влијанието. Секоја реверзибилна реакција со користење на овој принцип може да се префрли во саканата насока во случај на промени во температурата, притисокот и концентрацијата на супстанциите кои содејствуваат.
Принципот на Le Chatelier „работи“ само за гасовити реагенси; цврстите и течните супстанции не се земаат предвид. Постои заемна инверзна врска помеѓу притисокот и волуменот, одредена со равенката Менделеев-Клапејрон. Ако волуменот на почетните гасовити компоненти е поголем од производите на реакцијата, тогаш за да се промени рамнотежата надесно, важно е да се зголеми притисокот на смесата.
На пример, кога јаглерод моноксидот (2) се трансформира во јаглерод диоксид, во реакцијата влегуваат 2 молови јаглерод моноксид и 1 мол кислород. Ова произведува 2 молови јаглерод моноксид (4).
Ако, според условите на проблемот, оваа реверзибилна реакција треба да се префрли надесно, потребно е да се зголеми притисокот.
Концентрацијата на супстанциите што реагираат исто така има значително влијание врз текот на процесот. Според принципот на Ле Шателие, ако се зголеми концентрацијата на почетните компоненти, рамнотежата на процесот се префрла кон производот на нивната интеракција.
Во овој случај, намалувањето (отстранувањето од реакционата смеса) на добиениот производ промовира појава на директен процес.
Покрај притисокот и концентрацијата, значително влијание врз појавата на обратна или директна реакција имаат и температурните промени. Кога почетната смеса се загрева, се забележува промена на рамнотежата кон ендотермичкиот процес.
Примери на реверзибилни реакции
Дозволете ни да разгледаме, користејќи специфичен процес, начините за префрлање на рамнотежата кон формирање на реакциони производи.
2СО+О 2 -2СО 2
Оваа реакција е хомоген процес, бидејќи сите супстанции се во иста (гасовита) состојба.
На левата страна од равенката има 3 тома на компоненти, по интеракцијата овој индикатор се намали, се формираат 2 тома. За да дојде до директен процес, потребно е да се зголеми притисокот на реакционата смеса.
Имајќи предвид дека реакцијата е егзотермна, температурата се намалува за да се произведе јаглерод диоксид.
Рамнотежата на процесот ќе се префрли кон формирање на производот на реакцијата со зголемување на концентрацијата на една од почетните супстанции: кислород или јаглерод моноксид.
Заклучок
Реверзибилните и неповратните реакции играат важна улога во животот на човекот. Метаболичките процеси што се случуваат во нашето тело се поврзани со систематско менување на хемиската рамнотежа. Во хемиското производство се користат оптимални услови за да се насочи реакцијата во вистинската насока.
Сите хемиски реакции можат да се поделат во две групи: неповратни и реверзибилни реакции. Неповратните реакции продолжуваат до завршување - додека еден од реактантите целосно не се потроши. Реверзибилните реакции не завршуваат: во реверзибилна реакција, ниту еден од реактантите не се троши целосно. Оваа разлика се должи на фактот дека неповратната реакција може да продолжи само во една насока. Реверзибилна реакција може да се појави и во напред и во обратна насока.
Ајде да погледнеме два примери.
Пример 1. Интеракцијата помеѓу цинк и концентрирана азотна киселина се одвива според равенката:
Со доволна количина на азотна киселина, реакцијата ќе заврши само кога целиот цинк ќе се раствори. Дополнително, ако се обидете да ја извршите оваа реакција во спротивна насока - поминувајќи го азот диоксид низ раствор од цинк нитрат, тогаш металниот цинк и азотна киселина нема да работат - оваа реакција не може да продолжи во спротивна насока. Така, интеракцијата на цинкот со азотна киселина е неповратна реакција.
Пример 2. Синтезата на амонијак се одвива според равенката:
Ако помешате еден мол азот со три молови водород, создадете услови во системот кои се поволни за појава на реакцијата и по доволно време, анализирате ја смесата на гасови, резултатите од анализата ќе покажат дека не само реакцијата производ (амонијак) ќе биде присутен во системот, но и почетните супстанции (азот и водородот). Ако сега, под истите услови, не е смесата азот-водород, туку амонијак како почетна супстанција, тогаш ќе може да се открие дека дел од амонијакот ќе се распадне на азот и водород, а конечниот однос помеѓу количините од сите три супстанции ќе бидат исти како во тој случај, кога се тргнува од мешавина на азот и водород. Така, синтезата на амонијак е реверзибилна реакција.
Во равенките на реверзибилни реакции, наместо знакот за еднаквост може да се користат стрелки; тие ја симболизираат реакцијата што се случува и во напред и во обратна насока.
На сл. Слика 68 ја прикажува промената на стапките на напредни и обратни реакции со текот на времето. Во почетокот, при мешање на почетните супстанции, брзината на напредната реакција е висока, а брзината на обратната реакција е нула.
Ориз. 63. Промена на брзината на напредните и обратните реакции со текот на времето.
Како резултат на тоа, брзината на напредната реакција се намалува. Во исто време, се појавуваат производи за реакција и нивната концентрација се зголемува. Како резултат на тоа, почнува да се јавува обратна реакција, а нејзината брзина постепено се зголемува. Кога стапките на напредните и обратните реакции стануваат еднакви, настанува хемиска рамнотежа. Така, во последниот пример се воспоставува рамнотежа помеѓу азот, водород и амонијак.
Хемиската рамнотежа се нарекува динамичка рамнотежа. Ова нагласува дека при рамнотежа се случуваат и напредни и обратни реакции, но нивните стапки се исти, како резултат на што промените во системот не се забележливи.
Квантитативна карактеристика на хемиската рамнотежа е вредност наречена константа на хемиска рамнотежа. Ајде да го разгледаме користејќи го примерот на реакцијата на синтеза на јодид-водород:
Според законот за масовно дејство, стапките на напредни и обратни реакции се изразуваат со равенките:
При рамнотежа, стапките на напредните и обратните реакции се еднакви една со друга, оттука
Односот на константите на брзината на напредните и обратните реакции е исто така константа. Се нарекува константа на рамнотежа на оваа реакција (К):
Од тука конечно
На левата страна на оваа равенка се оние концентрации на супстанции кои содејствуваат кои се воспоставени при концентрации на рамнотежа - рамнотежа. Десната страна на равенката е константна (при константна температура) количина.
Може да се покаже дека во општиот случај на реверзибилна реакција
константата на рамнотежа ќе се изрази со равенката:
Овде, големите букви ги означуваат формулите на супстанциите, а малите букви ги означуваат коефициентите во равенката на реакцијата.
Така, при константна температура, константата на рамнотежа на реверзибилна реакција е константна вредност што го покажува односот помеѓу концентрациите на реакционите производи (броител) и почетните супстанции (именителот) што е воспоставен во рамнотежа.
Равенката на константата на рамнотежа покажува дека во услови на рамнотежа, концентрациите на сите супстанции кои учествуваат во реакцијата се поврзани една со друга. Промената на концентрацијата на која било од овие супстанции повлекува промени во концентрациите на сите други супстанции; како резултат на тоа, се воспоставуваат нови концентрации, но односот меѓу нив повторно одговара на константата на рамнотежата.
Нумеричката вредност на константата на рамнотежа, до прво приближување, го карактеризира приносот на дадена реакција. На пример, кога приносот на реакцијата е висок, бидејќи во овој случај
т.е., при рамнотежа, концентрациите на производите на реакцијата се многу поголеми од концентрациите на почетните супстанции, а тоа значи дека приносот на реакцијата е висок. Кога (од слична причина) приносот на реакцијата е низок.
Во случај на хетерогени реакции, изразот на константата на рамнотежа, како и изразот на законот за дејство на масата (види § 58), ги вклучува концентрациите само на оние супстанции кои се во гасна или течна фаза. На пример, за реакцијата
константата на рамнотежа има форма:
Вредноста на константата на рамнотежа зависи од природата на супстанците кои реагираат и од температурата. Не зависи од присуството на катализатори. Како што веќе споменавме, константата на рамнотежа е еднаква на односот на константите на брзината на напредните и обратните реакции. Бидејќи катализаторот ја менува енергијата на активирање и на напредните и на обратните реакции за иста количина (види § 60), тој не влијае на односот на нивните константи на брзина.
Затоа, катализаторот не влијае на вредноста на константата на рамнотежа и, според тоа, не може ниту да го зголеми ниту да го намали приносот на реакцијата. Може само да го забрза или забави почетокот на рамнотежата.
преквалификација на работниците во образованието.
Одделот за природни науки
Тема: „Реверзибилни и неповратни реакции.
Хемиска рамнотежа. Принципот на Ле Шателје.
Завршена работа:
Група X слушател – 1
Наставник по хемија Општинска образовна установа СОУ бр.6
Димитровград
Улјановска област
Лепихова Татјана Василиевна.
Научен советник:
Раководител на одделот
природните науки
Ахметов Марат Анварович
Улјановск 2009 година
Реверзибилни и неповратни хемиски реакции.
Хемиска рамнотежа.
Принципот на Ле Шателје.
Цел на работата: 1) Проучување на карактеристиките и обрасците на текот на хемиските реакции, како продолжение на формирањето идеи за различни видови хемиски реакции засновани на реверзибилност.
2) Генерализирање и конкретизирање на знаењата за законите на хемиските реакции, формирање на вештини за одредување, објаснување на карактеристиките и добиените услови неопходни за појава на одредена реакција. 3) Проширете и продлабочете го знаењето за разновидноста на хемиските процеси, научете ги учениците да споредуваат, анализираат, објаснуваат, извлекуваат заклучоци и генерализации. 4) Сметајте го овој дел од хемиската наука како најважен во применетиот аспект и разгледајте ги идеите за хемиската рамнотежа како посебен случај на унифицираниот закон за природна рамнотежа, желбата за компензација, стабилноста на рамнотежата во единство со основната форма на постоење на материја, движење, динамика.
Задачи.
Размислете за темата: „Реверзибилни и неповратни реакции“ користејќи конкретни примери, користејќи претходни идеи за брзината на хемиските реакции.
Продолжете да ги проучувате карактеристиките на реверзибилните хемиски реакции и да развивате идеи за хемиската рамнотежа како динамична состојба на системот што реагира.
Проучете ги принципите на поместување на хемиската рамнотежа и научете ги учениците да ги одредат условите за поместување на хемиската рамнотежа.
Да им даде на студентите идеја за значењето на оваа тема не само за хемиското производство, туку и за нормалното функционирање на живиот организам и природата како целина.
Вовед
Во природата, во организмите на живите суштества, во процесот на човековата физиолошка активност, во неговите постапки за создавање услови на различни нивоа: домашно, одбранбено, индустриско, техничко, еколошки и други, се случуваат или се случуваат илјадници, милиони сосема различни реакции. спроведена која може да се гледа од различни перспективи.гледишта и класификации. Хемиските реакции ќе ги разгледаме од гледна точка на нивната реверзибилност и неповратност.
Тешко е да се прецени важноста на овие концепти: сè додека постои личност која размислува, човечката мисла за реверзибилноста и неповратноста на процесите што се случуваат во неговото тело, вечниот проблем на продолжување на животот на една личност, проблемот на неповратноста на последиците од неговата животна активност, непромислен однос кон природата.
Сакам да го разгледам концептот на реверзибилност и неповратност на хемиските реакции, концептот на хемиска рамнотежа и условите за негово поместување во „корисна“ насока. Презентирајте теоретска основа со последователно тестирање, само-тестирање на знаењето на оваа тема, користејќи тестови од различни типологии. Претпоставувам дека со „преминување на патеката“ од едноставни до посложени задачи, учениците ќе имаат јасни, добро познавање не само за оваа тема, туку и ќе го продлабочат своето знаење од хемијата.
Хемиските реакции се феномени во кои една (или некои) супстанции се трансформираат во други, доказ за тоа се видливи и невидливи промени. Видливи: промени во боја, мирис, вкус, врнежи, промена на бојата на индикаторот, апсорпција и ослободување на топлина. Невидливи: промени во составот на супстанцијата што може да се утврдат со помош на квалитативни и аналитички реакции. Сите овие реакции можат да се поделат на два вида: реверзибилни и неповратни реакции.
Неповратни реакции. Реакциите кои се одвиваат само во една насока и завршуваат со целосно претворање на почетните реактанти во финални супстанции се нарекуваат неповратни.
Пример за таква реакција е распаѓањето на калиум хлорат (сол Бертолет) кога се загрева:
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2
Реакцијата ќе престане кога целиот калиум хлорат ќе се претвори во калиум хлорид и кислород. Нема многу неповратни реакции.
Ако киселинските и алкалните раствори се комбинираат, се формираат сол и вода, на пример,
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O, а ако супстанциите се земени во потребните пропорции, растворот има неутрална реакција и во него не остануваат ни траги од хлороводородна киселина и натриум хидроксид. Ако се обидете да извршите реакција во раствор помеѓу добиените супстанции - натриум хлорид и вода, тогаш нема да се најдат никакви промени. Во такви случаи велат дека реакцијата на киселина со алкали е неповратна, т.е. нема реакција. Многу реакции се практично неповратни на собна температура, на пример,
H 2 + Cl 2 = 2HCl, 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, итн.
Реверзибилни реакции. Реверзибилни реакции се оние кои истовремено се случуваат во две заемно спротивни насоки.
Повеќето реакции се реверзибилни. Во равенките на реверзибилни реакции, две стрелки насочени во спротивни насоки се поставени помеѓу левата и десната страна. Пример за таква реакција е синтезата на амонијак од водород и азот:
,
∆H = -46,2 kJ/mol
Во технологијата, реверзибилните реакции обично се неповолни. Затоа, различни методи (промени во температурата, притисокот итн.) ги прават практично неповратни.
Неповратни реакции се оние реакции кои се јавуваат:
1) добиените производи ја напуштаат реакционата сфера - тие таложат, се ослободуваат во форма на гас, на пример
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 ↓ + H 2 O
2) се формира малку дисоцирано соединение, на пример вода:
HCl + NaOH = H 2 O + NaCl
3) реакцијата е придружена со големо ослободување на енергија, на пример согорување на магнезиум
Mg+ 1 / 2 O 2 = MgO, ∆H = -602,5 kJ / mol
Во равенките на неповратни реакции, знакот за еднаквост или стрелката се става помеѓу левата и десната страна.
Многу реакции се реверзибилни дури и во нормални услови, што значи дека обратната реакција се јавува во забележлива мера. На пример, ако се обидете да неутрализирате воден раствор на многу слаба хипохлорна киселина со алкали, излегува дека реакцијата на неутрализација не продолжува до крај и растворот има силно алкална средина. Тоа значи дека реакцијата HClO + NaOH NaClO + H 2 O е реверзибилна, т.е. Производите од оваа реакција, реагирајќи едни со други, делумно се претвораат во оригинални соединенија. Како резултат на тоа, растворот има алкална реакција. Реакцијата за формирање на естри е реверзибилна (обратна реакција се нарекува сапонификација): RCOOH + R"OH RCOOR" + H 2 O, многу други процеси.
Како и многу други концепти во хемијата, концептот на реверзибилност е главно произволен. Типично, реакцијата се смета за неповратна ако, по завршувањето, концентрациите на почетните супстанции се толку ниски што не можат да се откријат (се разбира, тоа зависи од чувствителноста на аналитичките методи). Кога се менуваат надворешните услови (првенствено температурата и притисокот), неповратната реакција може да стане реверзибилна и обратно. Така, при атмосферски притисок и температури под 1000 ° C, реакцијата 2H 2 + O 2 = 2H 2 O сè уште може да се смета за неповратна, додека на температура од 2500 ° C и над водата се дисоцира во водород и кислород за приближно 4%. а на температура од 3000 °C – веќе за 20%.
На крајот на 19 век. Германскиот физички хемичар Макс Боденштајн (1871–1942) детално ги проучувал процесите на формирање и термичка дисоцијација на водород јодид: H 2 + I 2 2HI. Со промена на температурата, тој можеше да постигне повластена појава само на напред или само на обратна реакција, но во општ случај, двете реакции се одвиваа истовремено во спротивни насоки. Има многу слични примери. Еден од најпознатите е реакцијата на синтеза на амонијак 3H 2 + N 2 2NH 3; Многу други реакции се исто така реверзибилни, на пример, оксидација на сулфур диоксид 2SO 2 + O 2 2SO 3, реакции на органски киселини со алкохоли итн.
Реакцијата се нарекува реверзибилна ако нејзината насока зависи од концентрациите на супстанциите што учествуваат во реакцијата. На пример, во случај на хетерогена каталитичка реакција N2 + 3H2 = 2NH3 (1) при мала концентрација на амонијак во гасот и високи концентрации на азот и водород, се формира амонијак; напротив, при висока концентрација на амонијак се распаѓа, реакцијата се одвива во спротивна насока. По завршување на реверзибилна реакција, т.е. по постигнување на хемиска рамнотежа, системот содржи и почетни материјали и производи на реакција. Реакцијата се нарекува неповратна ако може да се случи само во една насока и завршува со целосно претворање на почетните супстанции во производи; пример е разградувањето на експлозиви. Истата реакција, во зависност од условите (температура, притисок), може да биде значително реверзибилна или практично неповратна. Едноставна (едностепена) реверзибилна реакција се состои од две елементарни реакции кои се случуваат истовремено, кои се разликуваат една од друга само во насока на хемиската трансформација. Насоката на конечната реакција достапна за директно набљудување се одредува според тоа која од овие взаемно инверзни реакции има поголема брзина. На пример, едноставната реакција N2O4 Û 2NO2 (2) се состои од елементарните реакции N2O4 ? 2NO2 и 2NO2 ? N2O4. фазите се реверзибилни.? М.И. Тиомкин.
ХЕМИСКА РАМНОТЕЖА.
Хемиска рамнотежа- состојба на системот во која брзината на напредната реакција (V 1) е еднаква на брзината на обратната реакција (V 2). Во хемиска рамнотежа, концентрациите на супстанциите остануваат непроменети. Хемиската рамнотежа е динамична по природа: напредните и обратните реакции не запираат на рамнотежа.
Состојбата на хемиска рамнотежа квантитативно се карактеризира со константа на рамнотежа, која е односот на константите на напредните (K 1) и обратните (K 2) реакции.
За реакцијата mA + nB pC + dD константата на рамнотежа е еднаква на
K = K 1 / K 2 = ([C] p [D] d) / ([A] m [B] n)
Константата на рамнотежа зависи од температурата и природата на реактантите. Колку е поголема константата на рамнотежата, толку повеќе рамнотежата се поместува кон формирање на производи од директна реакција. Во состојба на рамнотежа, молекулите не престануваат да се судираат, а интеракциите меѓу нив не престануваат, но концентрациите на супстанциите остануваат константни. Овие концентрации се нарекуваат рамнотежа.
|
Концентрација на рамнотежа- концентрација на супстанца која учествува во реверзибилна хемиска реакција која достигнала состојба на рамнотежа. |
Концентрацијата на рамнотежа е означена со формулата на супстанцијата, земена во квадратни загради, на пример:
Сорамнотежа (H 2) = или Ррамнотежа (HI) = .
Како и секоја друга концентрација, концентрацијата на рамнотежа се мери во молови на литар.
Ако во примерите што ги разгледавме земавме други концентрации на почетните супстанции, тогаш по постигнување на рамнотежа ќе добиевме различни вредности на концентрациите на рамнотежа. Овие нови вредности (означени со ѕвездички) ќе бидат поврзани со старите на следниов начин:
.
Во принцип, за реверзибилна реакција
аА+ бБ г D+ ѓФ
во состојба на рамнотежа на константна температура, односот е забележан
Овој сооднос се нарекува закон за масовна акција, кој е формулиран на следниов начин:
при константна температура, односот на производот од рамнотежните концентрации на реакционите продукти, земени во моќности еднакви на нивните коефициенти, до производот од рамнотежните концентрации на почетните супстанции, земени во моќности еднакви на нивните коефициенти, е константна вредност .
Постојана вредност ( ДО СО) се нарекува константа на рамнотежаоваа реакција. Знакот „c“ во ознаката на оваа вредност покажува дека концентрациите биле користени за пресметување на константата.
Ако константата на рамнотежа е голема, тогаш рамнотежата се поместува кон производите на директната реакција; ако е мала, тогаш кон почетните супстанции. Ако константата на рамнотежа е многу голема, тогаш се вели дека реакцијата е „ речиси неповратно“ако константата на рамнотежа е многу мала, тогаш реакцијата " практично не функционира“.
Константа на рамнотежа - за секоја реверзибилна реакција, вредноста е константна само при константна температура. За иста реакција на различни температури, константата на рамнотежа зема различни вредности.
Дадениот израз за законот за масовно дејство важи само за реакции во кои сите учесници се или гасови или растворени супстанции. Во други случаи, равенката за константата на рамнотежа малку се менува.
На пример, во реверзибилна реакција што се случува на висока температура
C (g) + CO 2 2CO (g)
е вклучен тврд графит C (g). Формално, користејќи го законот за масовно дејство, запишуваме израз за константата на рамнотежа на оваа реакција, означувајќи ја ДО":
Цврстиот графит што лежи на дното на реакторот реагира само од површината, а неговата „концентрација“ не зависи од масата на графитот и е константна за секој сооднос на супстанции во мешавината на гас.
Ајде да ги помножиме десната и левата страна на равенката со оваа константа:
Добиената вредност е константата на рамнотежа на оваа реакција:
Слично на тоа, за рамнотежа на друга реверзибилна реакција, која исто така се јавува на висока температура,
CaCO 3 (cr) CaO (cr) + CO 2 (g),
ја добиваме константата на рамнотежа
ДО СО = .
Во овој случај, тоа е едноставно еднакво на рамнотежната концентрација на јаглерод диоксид.
Од метролошка гледна точка, константата на рамнотежа не е една физичка големина. Ова е група на величини со различни мерни единици во зависност од специфичниот израз на константата во однос на концентрациите на рамнотежа. На пример, за реверзибилна реакција на графит со јаглерод диоксид [ К в] = 1 mol/l, истата мерна единица за константата на рамнотежа на реакцијата на термичко распаѓање на калциум карбонат, и константата на рамнотежа на реакцијата на синтезата на водород јодид е бездимензионална количина. Генерално [ К в] = 1 (мол/л) n .
Поместување на хемиската рамнотежа. Принципот на Ле Шателје
Преносот на рамнотежен хемиски систем од една во друга рамнотежна состојба се нарекува поместување (поместување) на хемиската рамнотежа, што се врши со менување на термодинамичките параметри на системот - температура, концентрација, притисок При поместување на рамнотежата во напредна насока се постигнува зголемување на приносот на производите, а при поместување во спротивна насока намалување. во степенот на конверзија на реагенсот се постигнува. И двете можат да бидат корисни во хемиската технологија. Бидејќи скоро сите реакции се реверзибилни до еден или друг степен, во индустријата и во лабораториската пракса се јавуваат два проблеми: како да се добие производ од „корисна“ реакција со максимален принос и како да се намали приносот на производи од „штетна“ реакција. Во двата случаи, постои потреба да се префрли рамнотежата или кон производите на реакцијата или кон почетните супстанции. За да научите како да го направите ова, треба да знаете од што зависи рамнотежната положба на која било реверзибилна реакција.
Позицијата на рамнотежа зависи од:
1) на вредноста на константата на рамнотежа (односно, на природата на реактантите и температурата),
2) на концентрацијата на супстанциите кои учествуваат во реакцијата и
3) на притисок (за гасните системи е пропорционален на концентрациите на супстанциите).
За да се оцени квалитативно влијанието врз хемиската рамнотежа на сите овие многу различни фактори, инхерентно универзално Принципот на Ле Шателје(Францускиот физички хемичар и металург Анри Луј Ле Шателие го формулирал во 1884 година), што е применливо за сите системи за рамнотежа, не само за хемиските.
Ако системот во рамнотежа е под влијание однадвор, тогаш рамнотежата во системот ќе се помести во насока во која ова влијание делумно се компензира.
Како пример за влијанието врз рамнотежната положба на концентрациите на супстанциите кои учествуваат во реакцијата, да ја разгледаме реверзибилната реакција за производство на водород јодид
H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g).
Според законот за масовно дејство во состојба на рамнотежа
.
Нека се воспостави рамнотежа во реактор со волумен од 1 литар на одредена константна температура во која концентрациите на сите учесници во реакцијата се исти и еднакви на 1 mol/l ( = 1 mol/l; = 1 mol/ l = 1 mol/l). Затоа, на оваа температура ДО СО= 1. Бидејќи волуменот на реакторот е 1 литар, n(H 2) = 1 mol, n(I 2) = 1 mol и n(HI) = 1 мол. Во времето t 1 внесуваме уште 1 mol HI во реакторот, неговата концентрација ќе стане еднаква на 2 mol/l. Но да ДО СОостануваат константни, концентрациите на водород и јод треба да се зголемат, а тоа е можно само поради распаѓање на дел од водород јодидот според равенката
2HI (g) = H 2 (g) + I 2 (g).
Нека t 2 се распаѓа до моментот кога ќе се достигне новата рамнотежна состојба xмол HI и, според тоа, дополнителни 0,5 x mol H 2 и I 2. Нови рамнотежни концентрации на учесниците во реакцијата: = (1 + 0,5 x) mol/l; = (1 + 0,5 x) mol/l; = (2 - x) mol/l. Заменувајќи ги нумеричките вредности на количините во изразот на законот за масовно дејство, ја добиваме равенката
Каде x= 0,667. Затоа, = 1,333 mol/l; = 1,333 mol/l; = 1,333 mol/l.
Брзина на реакција и рамнотежа.
Нека има реверзибилна реакција A + B C + D. Ако претпоставиме дека напредната и обратната реакција се одвиваат во една фаза, тогаш стапките на овие реакции ќе бидат директно пропорционални со концентрациите на реагенсите: брзината на напредната реакција v 1 = к 1 [A][B], брзина на обратна реакција v 2 = к 2 [C][D] (квадратните загради ги означуваат моларните концентрации на реагенсите). Може да се види дека како што продолжува директната реакција, концентрациите на почетните супстанции А и Б се намалуваат, а брзината на директната реакција соодветно се намалува. Стапката на обратна реакција, која е нула во почетниот момент (нема производи C и D), постепено се зголемува. Порано или подоцна ќе дојде момент кога стапките на напредни и обратни реакции ќе станат еднакви. По ова, концентрациите на сите супстанции - A, B, C и D не се менуваат со текот на времето. Тоа значи дека реакцијата достигнала рамнотежна положба, а концентрациите на супстанциите кои не се менуваат со текот на времето се нарекуваат рамнотежа. Но, за разлика од механичката рамнотежа, во која секое движење запира, во хемиската рамнотежа и двете реакции - и директни и обратни - продолжуваат да се случуваат, но нивните брзини се еднакви и затоа се чини дека нема промени во системот. Постојат многу начини да се докаже појавата на напредни и обратни реакции откако ќе се постигне рамнотежа. На пример, ако малку водороден изотоп, деутериум Д2, се внесе во мешавина од водород, азот и амонијак, која е во рамнотежна положба, тогаш чувствителната анализа веднаш ќе открие присуство на атоми на деутериум во молекулите на амонијак. И обратно, ако внесете малку деутериран амонијак NH 2 D во системот, тогаш деутериумот веднаш ќе се појави во почетните супстанции во форма на молекули HD и D 2. Уште еден спектакуларен експеримент беше спроведен на Хемискиот факултет на Московскиот државен универзитет. Сребрена плоча била ставена во раствор од сребро нитрат и не биле забележани никакви промени. Потоа во растворот била внесена мала количина на радиоактивни сребрени јони, по што сребрената плоча станала радиоактивна. Ниту испирање на плочата со вода, ниту миење со хлороводородна киселина не може да ја „измие“ оваа радиоактивност. Само офорт со азотна киселина или механичка обработка на површината со фин шкурка ја направи неактивна. Овој експеримент може да се објасни само на еден начин: постои континуирана размена на атоми на среброто помеѓу металот и растворот, т.е. во системот има реверзибилна реакција Ag(s) – e – = Ag +. Затоа, додавањето на радиоактивни Ag + јони во растворот доведе до нивно „инкорпорирање“ во плочата во форма на електрично неутрални, но сепак радиоактивни атоми. Така, не само хемиските реакции помеѓу гасовите или растворите се во рамнотежа, туку и процесите на растворање на метали и седименти. На пример, цврстото тело најбрзо ќе се раствори ако се стави во чист растворувач кога системот е далеку од рамнотежа, во овој случај заситен раствор. Постепено, брзината на растворање се намалува, а во исто време се зголемува брзината на обратниот процес - преминот на супстанцијата од раствор до кристален талог. Кога растворот станува заситен, системот достигнува состојба на рамнотежа, во која стапките на растворање и кристализација се еднакви, а масата на талогот не се менува со текот на времето. Како може системот да „се спротивстави“ на промените во надворешните услови? Ако, на пример, температурата на рамнотежната смеса се зголеми со загревање, самиот систем, се разбира, не може да го „ослабне“ надворешното загревање, но рамнотежата во неа се поместува на таков начин што загревањето на системот за реакција на одредена температура бара поголема количина на топлина отколку во случај кога рамнотежата не се поместила. Во овој случај, рамнотежата се поместува така што топлината се апсорбира, т.е. кон ендотермична реакција. Ова може да се толкува како „желба на системот да го ослабне надворешното влијание“. Од друга страна, ако има нееднаков број на гасовити молекули на левата и десната страна на равенката, тогаш рамнотежата во таков систем може да се помести со промена на притисокот. Како што се зголемува притисокот, рамнотежата се поместува на страната каде што бројот на гасовити молекули е помал (и на овој начин, како да се каже, „се спротивставува“ на надворешниот притисок). Ако бројот на гасовити молекули не се промени во текот на реакцијата
(H 2 + Br 2 (g) 2HBr, CO + H 2 O (g) CO 2 + H 2), тогаш притисокот не влијае на положбата на рамнотежа. Треба да се забележи дека при промена на температурата се менува и константата на рамнотежата на реакцијата, додека кога се менува само притисокот останува константна.
Неколку примери за употреба на принципот на Ле Шателие за предвидување на промените во хемиската рамнотежа. Реакцијата 2SO 2 + O 2 2SO 3 (g) е егзотермна. Ако температурата се зголеми, ендотермичката реакција на распаѓање на SO 3 ќе ја искористи предноста и рамнотежата ќе се префрли налево. Ако ја намалите температурата, рамнотежата ќе се префрли надесно. Така, мешавина од SO 2 и O 2 земена во стехиометриски сооднос од 2:1 ( цм . СТОИХИОМЕРИС), на температура од 400 ° C и атмосферски притисок се претвора во SO 3 со принос од околу 95%, т.е. рамнотежната состојба во овие услови е речиси целосно поместена кон SO 3 . На 600°C, смесата за рамнотежа веќе содржи 76% SO 3, а на 800° C - само 25%. Тоа е причината зошто кога сулфур се согорува во воздухот, главно SO 2 и само околу 4% SO 3 се формираат. Од равенката на реакцијата, исто така, произлегува дека зголемувањето на вкупниот притисок во системот ќе ја помести рамнотежата надесно, а со намалувањето на притисокот рамнотежата ќе се помести налево.
Реакцијата на апстракција на водород од циклохексан за формирање на бензен
C 6 H 12 C 6 H 6 + 3H 2 се изведува во гасна фаза, исто така во присуство на катализатор. Оваа реакција се јавува со трошење на енергија (ендотермично), но со зголемување на бројот на молекули. Затоа, ефектот на температурата и притисокот врз него ќе биде токму спротивен од оној забележан во случај на синтеза на амонијак. Имено: зголемувањето на рамнотежната концентрација на бензенот во смесата е олеснето со зголемување на температурата и намалување на притисокот, затоа реакцијата се изведува во индустријата при ниски притисоци (2–3 atm) и високи температури (450–500 ° C). Овде, зголемувањето на температурата е „двојно поволно“: тоа не само што ја зголемува стапката на реакција, туку придонесува и за промена на рамнотежата кон формирањето на целниот производ. Се разбира, уште поголемо намалување на притисокот (на пример, до 0,1 атм) би предизвикало дополнително поместување на рамнотежата надесно, но во овој случај би имало премалку супстанција во реакторот, а брзината на реакција исто така би се намалила , така што вкупната продуктивност не би се зголемила, туку би се намалила. Овој пример уште еднаш покажува дека економски здравата индустриска синтеза е успешен маневар меѓу „Скила и Харибдис“.
Принципот на Ле Шателје функционира и во таканаречениот халоген циклус, кој се користи за производство на титаниум, никел, хафниум, ванадиум, ниобиум, тантал и други метали со висока чистота. Реакцијата на метал со халоген, на пример, Ti + 2I 2 TiI 4, ослободува топлина и затоа, со зголемување на температурата, рамнотежата се поместува налево. Така, на 600 ° C, титаниумот лесно формира испарлив јодид (рамнотежата се поместува надесно), а на 110 ° C, јодидот се распаѓа (рамнотежата се поместува налево) со ослободување на многу чист метал. Овој циклус работи и во халогени светилки, каде што волфрамот испаруван од серпентина и наталожен на постудените ѕидови формира испарливи соединенија со халогени, кои повторно се распаѓаат на топлата намотка, а волфрамот се пренесува на првобитното место.
Покрај промената на температурата и притисокот, постои уште еден ефикасен начин да се влијае на положбата на рамнотежата. Да го замислиме тоа од рамнотежна смеса
A + B C + D се излачува супстанција. Во согласност со принципот на Ле Шателие, системот веднаш ќе „одговори“ на таквото влијание: рамнотежата ќе почне да се менува на таков начин што ќе ја компензира загубата на дадена супстанција. На пример, ако супстанцијата C или D (или и двете одеднаш) се отстранат од зоната на реакција, рамнотежата ќе се помести надесно, а ако супстанциите A или B се отстранат, таа ќе се помести налево. Воведувањето на која било супстанција во системот исто така ќе ја помести рамнотежата, но во друга насока.
Супстанциите можат да се отстранат од зоната на реакција на различни начини. На пример, ако има сулфур диоксид во цврсто затворен сад со вода, ќе се воспостави рамнотежа помеѓу гасовитиот, растворениот и реагираниот сулфур диоксид:
O 2 (g) SO 2 (p) + H 2 O H 2 SO 3. Ако садот се отвори, сулфур диоксидот постепено ќе почне да испарува и повеќе нема да може да учествува во процесот - рамнотежата ќе почне да се поместува налево, додека сулфурната киселина целосно не се распадне. Сличен процес може да се забележи секогаш кога ќе отворите шише лимонада или минерална вода: рамнотежата CO 2 (g) CO 2 (p) + H 2 O H 2 CO 3 се поместува налево додека CO 2 испарува.
Отстранувањето на реагенсот од системот е можно не само преку формирање на гасовити супстанции, туку и со врзување на еден или друг реагенс за да се формира нерастворливо соединение кое таложи. На пример, ако вишокот на калциумова сол се внесе во воден раствор на CO 2, тогаш јоните на Ca 2+ ќе формираат талог на CaCO 3 со реакција со јаглеродна киселина; рамнотежата CO 2 (p) + H 2 O H 2 CO 3 ќе се помести надесно додека не остане растворен гас во водата.
Рамнотежата може да се помести и со додавање на реагенс. Така, кога се комбинираат разредените раствори на FeCl 3 и KSCN, се појавува црвено-портокалова боја како резултат на формирање на железен тиоцијанат (роданид):
FeCl 3 + 3KSCN Fe(SCN) 3 + 3KCl. Ако на растворот се додаде дополнителен FeCl 3 или KSCN, бојата на растворот ќе се зголеми, што укажува на поместување на рамнотежата надесно (како да го ослабува надворешното влијание). Ако додадете вишок KCl на растворот, рамнотежата ќе се префрли налево со слабеење на бојата до светло жолта.
Не е залудно што формулацијата на принципот на Ле Шателие укажува дека е можно да се предвидат резултатите од надворешните влијанија само за системи кои се во состојба на рамнотежа. Ако ова упатство се занемари, лесно е да се дојде до сосема погрешни заклучоци. На пример, познато е дека цврстите алкалии (KOH, NaOH) се раствораат во вода со ослободување на големо количество топлина - растворот се загрева речиси исто колку и кога концентрираната сулфурна киселина се меша со вода. Ако заборавиме дека принципот е применлив само за рамнотежни системи, можеме да извлечеме погрешен заклучок дека со зголемување на температурата, растворливоста на KOH во водата треба да се намали, бидејќи токму ова поместување во рамнотежата помеѓу талогот и заситениот раствор доведува до „слабеење на надворешното влијание“. Сепак, процесот на растворање на KOH во вода воопшто не е процес на рамнотежа, бидејќи во него се вклучени безводни алкали, додека талогот што е во рамнотежа со заситен раствор е KOH хидрати (главно KOH 2H 2 O). Преминот на овој хидрат од седимент во раствор е ендотермичен процес, т.е. е придружено не со загревање, туку со ладење на растворот, така што принципот на Le Chatelier за рамнотежен процес е задоволен и во овој случај. На ист начин, кога во вода се раствораат безводни соли - CaCl 2, CuSO 4 итн., растворот се загрева, а кога се раствораат кристални хидрати CuSO 4 · 5H 2 O, CaCl 2 · 6H 2 O, тој се лади.
Во учебниците и популарната литература можете да најдете уште еден интересен и поучен пример за погрешната употреба на принципот на Ле Шателје. Ако ставите рамнотежна мешавина од кафеав азот диоксид NO 2 и безбоен тетрооксид N 2 O 4 во проѕирен гасен шприц, а потоа брзо компресирајте го гасот со помош на клипот, интензитетот на бојата веднаш ќе се засили, а по некое време (десетици секунди ) повторно ќе ослабне, иако нема да го достигне првобитниот. Ова искуство обично се објаснува вака. Брзото компресирање на смесата предизвикува зголемување на притисокот, а со тоа и на концентрацијата на двете компоненти, па смесата станува потемна. Но, зголемувањето на притисокот, во согласност со принципот на Ле Шателие, ја поместува рамнотежата во системот 2NO 2 N 2 O 4 кон безбоен N 2 O 4 (бројот на молекули се намалува), па мешавината постепено станува полесна, приближувајќи се кон нова рамнотежа позиција, што одговара на зголемен притисок.
Заблудата на ова објаснување произлегува од фактот дека и двете реакции - дисоцијацијата на N 2 O 4 и димеризацијата на NO 2 - се случуваат исклучително брзо, така што рамнотежата во секој случај се воспоставува во милионити делови од секундата, па затоа е невозможно да се турнете го клипот толку брзо за да ја нарушите рамнотежата. Овој експеримент може да се објасни поинаку: компресија на гас предизвикува значително зголемување на температурата (секој што морал да надува гума со велосипедска пумпа е запознаен со овој феномен). И во согласност со истиот принцип Le Chatelier, рамнотежата моментално се поместува кон ендотермичката реакција, која се јавува со апсорпција на топлина, т.е. кон дисоцијација на N 2 O 4 - смесата потемнува. Потоа гасовите во шприцот полека се ладат на собна температура, а рамнотежата повторно се префрла кон тетрооксидот - смесата станува полесна.
Принципот на Ле Шателје добро функционира и во случаи кои немаат никаква врска со хемијата. Во нормално функционална економија, вкупниот износ на пари во оптек е во рамнотежа со стоката што може да се купи со тие пари. Што ќе се случи ако „надворешното влијание“ се покаже дека е желбата на владата да печати повеќе пари за да ги отплати своите долгови? Во строга согласност со принципот на Ле Шателје, рамнотежата меѓу стоката и парите ќе се промени на тој начин што ќе го ослабне задоволството на граѓаните да имаат повеќе пари. Имено, цените на стоките и услугите ќе растат и на овој начин ќе се постигне нова рамнотежа. Друг пример. Во еден од градовите во САД, беше одлучено да се ослободи од постојаниот сообраќаен метеж со проширување на автопатите и изградба на транспортни клучки. Ова помогна некое време, но потоа воодушевените жители почнаа да купуваат повеќе автомобили, па наскоро повторно се појавија сообраќајни метежи - но со нова „рамнотежа“ меѓу патиштата и повеќе автомобили.
Значи, да ги извлечеме главните заклучоци за начините за поместување на хемиската рамнотежа.
Принципот на Ле Шателје. Ако се создаде надворешно влијание врз систем кој е во рамнотежа (концентрација, температура, притисок промени), тогаш тоа го фаворизира појавувањето на која било од двете спротивни реакции што го ослабува ова влијание.
|
V 1 | ||
|
А+Б |
|
ВО |
|
V 2 |
1. Притисок. Зголемувањето на притисокот (за гасовите) ја поместува рамнотежата кон реакција што доведува до намалување на волуменот (т.е. формирање на помалку молекули).
2. Зголемувањето на температурата ја поместува позицијата на рамнотежа кон ендотермична реакција (т.е. кон реакција што се јавува со апсорпција на топлина)
3. Зголемувањето на концентрацијата на почетните материи и отстранувањето на производите од реакциската сфера ја поместува рамнотежата кон директна реакција. Зголемување на концентрациите на почетните супстанции [A] или [B] или [A] и [B]: V 1 > V 2.
Катализаторите не влијаат на рамнотежната положба.
Принципот на Ле Шателје во природата.
Кога ја проучувам оваа тема, секогаш сакам да дадам пример за желбата на сите живи суштества за рамнотежа, компензација. На пример: промена на популацијата на глувци - орев година - има многу храна за глувците, популацијата на глувци рапидно расте. Како што се зголемува бројот на глувци, количината на храна се намалува, како резултат на акумулацијата на глодари, кај глувците почнуваат да растат разни заразни болести, така што постепено се намалува големината на популацијата на глодари. По одреден временски период, се јавува динамична рамнотежа во бројот на глувци кои се раѓаат и умираат; промена во оваа рамнотежа може да се случи во една или друга насока под влијание на надворешни, поволни или неповолни услови.
Во човечкото тело се случуваат биохемиски процеси, кои исто така може да се регулираат според принципот на Ле Шателје. Понекогаш, како резултат на таква реакција, телото почнува да произведува отровни материи кои предизвикуваат одредена болест. Како да се спречи овој процес?
Да се потсетиме на таков метод на лекување како хомеопатијата. Методот се состои од користење на многу мали дози од оние лекови кои во големи дози предизвикуваат знаци на некоја болест кај здрава личност. Како делува отровниот лек во овој случај? Производот на несакана реакција се внесува во телото и според принципот на Ле Шателје, рамнотежата се менува кон почетните супстанции. Процесот што предизвикува болни нарушувања во телото исчезнува.
Практичен дел.
Следењето на нивото на владеење на изучената тема се врши во форма на тестови. Тест систем на прецизно и прецизно формулирани и стандардизирани задачи, кои мора да се дадат во ограничено време, кратки и точни одговори, оценети според систем на бодови. Кога составував тестови, се фокусирав на следните нивоа:
Репродуктивно - учениците на ова ниво настапуваат главно врз основа на меморијата.
Продуктивно - постигнувањето на ова ниво бара од студентите да ги разберат изучените формулации, концепти, закони и способност да воспостават односи меѓу нив.
Креативно - способност за предвидување врз основа на постојните знаења, дизајнирање, анализа, извлекување заклучоци, споредби, генерализации.
Затворени тестовиили тестови во кои полагачот мора да го избере точниот одговор од дадените опции.
А) Репродуктивно ниво: тестови со алтернативни одговори во кои субјектот мора да одговори со да или не. Освои 1 поен.
Реакција на согорување на фосфор -
а) да б) не
Реакција на распаѓање
реверзибилна реакција
а) да б) не
Зголемување на температурата
жива оксид II на жива
и кислород
а) да б) не
Во живите системи
и неповратни процеси
а) да б) не.
Тестови со избор на еден точен одговор
Во кој систем хемиската рамнотежа ќе се помести надесно со зголемување на притисокот?
2HI(g)↔H2(g)+I2(g)
C (тв)+S2(g)↔CS2(g)
C3H6(g)+H2(g)↔С3H8(g)
H2(g)+F2(g)↔2HF(g) 1 поен
пораст на температурата
користејќи катализатор
намалување на температурата; 1 поен
За состојбата на хемиска рамнотежа во системот
не влијае
зголемување на притисокот
зголемување на концентрацијата на јод
зголемување на температурата
намалување на температурата; 1 поен
Во кој систем зголемувањето на концентрацијата на водород ја поместува хемиската рамнотежа налево?
C(s)+2H2(g)↔СH4(g)
2NH3(g)↔N2(g)+3H2(g)
2H2(g)+O2(g)↔2H2O(g)
FeO(s)+H2(g)↔Fe+H2O(g) 1 поен
Во кој систем зголемувањето на притисокот не влијае на промената на хемиската рамнотежа?
H2(g)+J2(g)↔2HJ(g)
SO2(g)+H2O(l)↔H2SO3(g)
CH4(g)+H2O(g)↔CO(g)+3H2(g)
4HCl(g)+O2(g)↔2H2O(g)+2Сl2(g) 1 поен
На хемиската рамнотежа во системот
нема влијание
зголемување на температурата
зголемување на притисокот
отстранување на амонијакот од зоната на реакција
употреба на катализатор 1 поен
Хемиска рамнотежа во системот
се поместува кон формирање на реакциониот производ на
зголемен притисок
пораст на температурата
намалување на притисокот
примена на катализатор 1 поен
Во производството на сулфурна киселина во фаза на оксидација на SO2 во SO3 за да се зголеми приносот на производот
зголемување на концентрацијата на кислород
зголемете ја температурата
намалување на крвниот притисок
се воведува катализатор; 1,5 поени
Алкен + H2 ↔ алкан
при загревање на реакционата смеса
рамнотежата ќе се префрли надесно
рамнотежата ќе се префрли налево
рамнотежата ќе тече во двете насоки со еднаква веројатност
овие супстанции не се во состојба на рамнотежа под наведените услови; 1,5 поени
Хемиска рамнотежа во системот
се поместува кон формирање на почетни материи
1) зголемување на притисокот
пораст на температурата
намалување на притисокот
апликација на катализатор; 1 поен
На поместувањето на рамнотежата надесно во системот
влијанија
пад на температурата
зголемување на притисокот
употреба на катализатор
зголемување на температурата; 1 поен
Неповратна реакција одговара на равенката
азот+водород=амонијак
ацетилен+кислород=јаглерод диоксид+вода
водород+јод=водород јодид
сулфур диоксид + кислород = сулфурен анхидрид; 1,5 поени
Тестови со повеќекратен избор, при што субјектот мора да избере 1-2 точни одговори или да спореди 2 предложени услови при изборот на одговор.
Во кој систем хемиската рамнотежа ќе се помести кон производите на реакцијата и со зголемување на притисокот и со намалување на температурата?
N2+O2↔2NO-Q
N2+3H2↔2NH3+Q
H2+CL2↔2HCL+Q
C2H2↔2C(tv)+H2-Q 1,5 поени
Хемиска рамнотежа во системот
NH3+H2O↔NH4+OH
ќе се префрли кон формирање на амонијак кога амонијак се додава во воден раствор
натриум хлорид
натриум хидроксид
на хлороводородна киселина
алуминиум хлорид; 1,5 поени
19) Реакцијата на хидратација на етилен CH2=CH2+H2O ↔ е од големо практично значење, но е реверзибилна, за да се помести рамнотежата на реакцијата надесно, потребно е
зголемување на температурата (> 280 степени C)
намалете ја количината на вода во реакционата смеса
зголемување на притисокот (повеќе од 80 атмосфери)
заменете го киселинскиот катализатор со платина; 1 поен
Реакцијата на дехидрогенизација на бутанот е ендотермична. Неопходно е да се помести реакциската рамнотежа надесно
користете поактивен катализатор, како што е платината
намалете ја температурата
зголемување на крвниот притисок
зголемување на температурата; 1 поен
За реакцијата на оцетната киселина со метанолот да формира етер и вода, поместувањето на рамнотежата налево ќе придонесе за
соодветен катализатор
додавање на концентрирана сулфурна киселина
употреба на дехидрирани почетни материјали
додавање етер; 1,5 поени
Тестови за отстранување на непотребни работи (ако видите нешто непотребно, отстранете го)
Поместувањето на рамнотежата е под влијание на
промена на притисокот
употреба на катализатор
промена на концентрациите на супстанциите вклучени во реакцијата
промена на температурата; 1 поен
Зголемувањето или намалувањето на притисокот влијае на промената на хемиската рамнотежа во реакциите
движејќи се со ослободување на топлина
реакции кои вклучуваат гасовити материи
реакции кои се јавуваат со намалување на волуменот
реакции кои се јавуваат со зголемување на волуменот; 1,5 поени
Реакцијата е неповратна
запален јаглен
согорување на фосфор
синтеза на амонијак од азот и водород
согорување на метан; 1,5 поени
Групирање тестовивклучуваат листа на предложени формули, равенки, термини кои треба да се распределат според одредени карактеристики
Со истовремено зголемување на температурата и намалување на притисокот, хемиската рамнотежа ќе се префрли надесно во системот
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; 2 поени
Реакцијата на хидрогенизација на пропенот е егзотермна. Неопходно е да се префрли хемиската рамнотежа надесно
пад на температурата
зголемување на притисокот
намалување на концентрацијата на водород
намалување на концентрацијата на пропен; 1 поен
Задачи за усогласеност.
При извршувањето на тестовите, од субјектот се бара да ја утврди кореспонденцијата на елементите на две списоци, со неколку можни одговори.
Рамнотежата на реакцијата се поместува надесно. Доведете во согласност.
Б) N2+3H2↔2NH3+Q 2) Со зголемување на температурата
Б) CO2+C(цврст)↔2CO-Q 3) Кога притисокот се намалува
Г) N2O(g)+S(s)↔2N2(g) 4) Со зголемување на површината на контактот; 2 поени
Рамнотежата на реакцијата се поместува кон формирање на реакциони производи. Доведете во согласност.
Б) 2H2+O2↔2H2O(g)+Q 2) Со зголемување на температурата
Б) CH3OH+CH3COOH↔CH3COOCH3 3) Кога притисокот се намалува
Г) N2+O2↔2NO-Q 4) При додавање на етер
5) При додавање алкохол; 2 поени
Тестови со отворен тип или бесплатен одговор, во која субјектот треба да додаде концепти на дефиницијата за равенка или да понуди независен суд на доказен начин.
Задачите од овој тип го сочинуваат последниот, највисоко оценет дел од тестовите за обединет државен испит по хемија.
Задачи за додавање.
Субјектот мора да формулира одговори земајќи ги предвид ограничувањата предвидени во задачата.
Пополнете ја равенката на реакции кои се реверзибилни и во исто време егзотермни
Б) Водород + јод
Б) Азот + Водород
Г) Сулфур диоксид + Кислород
Д) Јаглерод диоксид + Јаглерод 2 поени
Напишете ја равенката на реакцијата според дијаграмот, од нив изберете ги оние реверзибилни реакции во кои зголемувањето на температурата ќе предизвика поместување на рамнотежата надесно:
N2 → NO→ NO2→ HNO3→ NH4NO3 2 поени
Тестови за бесплатни презентациски задачи.
Субјектот мора самостојно да ги формулира одговорите, бидејќи не им се наметнуваат ограничувања во задачата.
31) Наведете ги факторите што ја поместуваат рамнотежата надесно во системот:
CO + 2H2↔ CH3OH(g)+Q 2 поени
32) Наведете ги факторите кои ја поместуваат рамнотежата кон формирање на почетни материи во системот:
C (сол) + 2H2(g)↔CH4(g) + Q 2 поени
Одговори на тестови.
Број на тестот Точен одговор
Б-1
Г-3.4
А-2,3
Г-2
В- N2+3H2↔2NH3+Q
1) N2+O2↔2NO-Q
3) 4NO2+2H2O+O2↔4HNO3+Q
4) NH3+HNO3=NH4NO3
прва реакција
CO+2H2↔CH3OH+Q
намалување на температурата
зголемување на притисокот
зголемување на концентрацијата на CO
зголемување на концентрацијата на H2
намалување на концентрацијата на алкохол
C+2H2↔CH4+Q
2) намалување на притисокот
3) намалување на концентрацијата на водород
4) зголемување на концентрацијата на метан.
Библиографија
Ахметов, М.А.Систем на задачи и вежби по органска хемија во тест форма [Текст] / М.А. Ахметов, И.Н. Прохоров. - Уљановск: ИПКПРО, 2004 година.
Габриелјан, О.С.Модерна дидактика на училишната хемија, предавање бр. 6 [Текст] / О.С. Габриелјан, В.Г. Краснова, С.Т. Сладков. // Весник за наставници по хемија и природни науки (Издавачка куќа „Први септември“) - 2007.- бр. 22. -стр.4-13.
Каверина, А.А.Едукативни и обучувачки материјали за подготовка за унифициран државен испит. Хемија [Текст] / А.А. Каверина и други - М.: Интелектен центар, 2004.-160 стр.
Каверина, А.А.Унифициран државен испит 2009 година. Хемија [Текст] / А.А. Каверина, А.С. Корошченко, Д.Ју.
Ленсон, И.А.Хемиски реакции, термички ефект, рамнотежа, брзина [Текст] /I.A.Leenson.M.: Astrel, 2002.-190p.
Радецки, А.М.Тест работа по хемија во одделение 8-11: прирачник за наставници [Текст] / А.М. Радецки. М.: Образование, 2009.-272 стр.
Рјабинина, О.А.Демонстрација на дејството на принципот на Ле Шателје [Текст] / O.O. Ryabinina, A. Illarionov // Хемија на училиште - 2008. - бр. 7. - стр. 64-67.
Тушина.Е.Н.Принципот на Ле Шателје и некои методи на лекување [Текст] / Е.Н. Тушина.// Хемија на училиште.-1993. бр.2.-стр.54.
Шелински, Г.И.Основи на теоријата на хемиски процеси [Текст] / Г.И. Шелински. М.: Образование, 1989.-234 стр.
Стремплер, Г.И.Предпрофилна подготовка по хемија [Текст]
Хемиските реакции можат да бидат реверзибилни или неповратни.
тие. ако некоја реакција A + B = C + D е неповратна, тоа значи дека обратната реакција C + D = A + B не се случува.
т.е., на пример, ако одредена реакција A + B = C + D е реверзибилна, тоа значи дека и реакцијата A + B → C + D (директна) и реакцијата C + D → A + B (обратна) се случуваат истовремено. ).
Во суштина, затоа што Се јавуваат и директни и обратни реакции; во случај на реверзибилни реакции, и супстанциите од левата страна на равенката и супстанциите од десната страна на равенката може да се наречат реагенси (појдовни супстанции). Истото важи и за производите.
За секоја реверзибилна реакција, можна е ситуација кога стапките на напредната и обратната реакција се еднакви. Оваа состојба се нарекува состојба на рамнотежа.
При рамнотежа, концентрациите и на сите реактанти и на сите производи се константни. Концентрациите на производите и реактантите во рамнотежа се нарекуваат рамнотежни концентрации.
Поместување на хемиската рамнотежа под влијание на различни фактори
Поради надворешни влијанија врз системот, како што се промени во температурата, притисокот или концентрацијата на почетните материи или производи, рамнотежата на системот може да биде нарушена. Меѓутоа, по престанокот на ова надворешно влијание, системот по некое време ќе премине во нова состојба на рамнотежа. Таков премин на систем од една рамнотежна состојба во друга рамнотежна состојба се нарекува поместување (поместување) на хемиската рамнотежа .
За да може да се одреди како хемиската рамнотежа се менува под одреден тип на влијание, погодно е да се користи принципот на Ле Шателје:
Ако се изврши некое надворешно влијание врз систем во состојба на рамнотежа, тогаш насоката на поместувањето на хемиската рамнотежа ќе се совпадне со насоката на реакцијата што го ослабува ефектот на влијанието.
Влијанието на температурата врз состојбата на рамнотежа
Кога температурата се менува, рамнотежата на секоја хемиска реакција се менува. Ова се должи на фактот дека секоја реакција има термички ефект. Покрај тоа, термичките ефекти на напредните и обратните реакции се секогаш директно спротивни. Оние. ако напредната реакција е егзотермна и продолжува со термички ефект еднаков на +Q, тогаш обратната реакција е секогаш ендотермична и има термички ефект еднаков на –Q.
Така, во согласност со принципот на Ле Шателје, ако ја зголемиме температурата на некој систем кој е во состојба на рамнотежа, тогаш рамнотежата ќе се префрли кон реакцијата при која температурата се намалува, т.е. кон ендотермична реакција. И слично, ако ја спуштиме температурата на системот во состојба на рамнотежа, рамнотежата ќе се помести кон реакцијата, како резултат на што температурата ќе се зголеми, т.е. кон егзотермна реакција.
На пример, разгледајте ја следнава реверзибилна реакција и посочете каде ќе се смени нејзината рамнотежа со намалувањето на температурата:
Како што може да се види од горната равенка, напредната реакција е егзотермна, т.е. Како резултат на неговото појавување, се ослободува топлина. Следствено, обратната реакција ќе биде ендотермична, односно се јавува со апсорпција на топлина. Според условот, температурата се намалува, па затоа рамнотежата ќе се помести надесно, т.е. кон директна реакција.
Ефект на концентрацијата врз хемиската рамнотежа
Зголемувањето на концентрацијата на реагенсите во согласност со принципот на Ле Шателје треба да доведе до промена на рамнотежата кон реакцијата како резултат на која се трошат реагенсите, т.е. кон директна реакција.
И обратно, ако концентрацијата на реактантите се намали, тогаш рамнотежата ќе се помести кон реакцијата како резултат на која се формираат реактантите, т.е. страна на обратната реакција (←).
Сличен ефект има и промената во концентрацијата на реакционите продукти. Доколку се зголеми концентрацијата на производите, рамнотежата ќе се помести кон реакцијата како резултат на која се трошат производите, т.е. кон обратна реакција (←). Ако, напротив, концентрацијата на производите се намали, тогаш рамнотежата ќе се помести кон директната реакција (→), така што концентрацијата на производите се зголемува.
Ефект на притисокот врз хемиската рамнотежа
За разлика од температурата и концентрацијата, промените во притисокот не влијаат на рамнотежната состојба на секоја реакција. За да може промената на притисокот да доведе до поместување на хемиската рамнотежа, збирот на коефициентите за гасовити материи од левата и десната страна на равенката мора да бидат различни.
Оние. од две реакции:
промената на притисокот може да влијае на состојбата на рамнотежа само во случај на втората реакција. Бидејќи збирот на коефициентите пред формулите на гасовити материи во случајот на првата равенка лево и десно е ист (еднаков на 2), а во случајот на втората равенка е различен (4 на лево и 2 десно).
Оттука, особено, произлегува дека ако нема гасовити супстанции и меѓу реактантите и производите, тогаш промената на притисокот на кој било начин нема да влијае на моменталната состојба на рамнотежа. На пример, притисокот нема да влијае на состојбата на рамнотежата на реакцијата:
Ако лево и десно количеството на гасовити материи се разликува, тогаш зголемувањето на притисокот ќе доведе до поместување на рамнотежата кон реакцијата при која се намалува волуменот на гасовите, а намалувањето на притисокот ќе доведе до поместување на рамнотежа, како резултат на што се зголемува волуменот на гасовите.
Ефект на катализатор врз хемиската рамнотежа
Бидејќи катализаторот подеднакво ги забрзува и напредните и обратните реакции, неговото присуство или отсуство нема ефектдо состојба на рамнотежа.
Единственото нешто што катализаторот може да влијае е стапката на транзиција на системот од нерамнотежна состојба во рамнотежна состојба.
Влијанието на сите горенаведени фактори врз хемиската рамнотежа е сумирано подолу во лист за измама, кој првично можете да го погледнете кога извршувате задачи за рамнотежа. Сепак, нема да може да се користи на испитот, па откако ќе анализирате неколку примери со негова помош, треба да го научите и да вежбате да ги решавате проблемите со рамнотежа без да го гледате:
Ознаки: Т - температура, стр - притисок, Со – концентрација, – зголемување, ↓ – намалување
|
Т |
Т - рамнотежата се поместува кон ендотермичката реакција |
| ↓Т - рамнотежата се поместува кон егзотермната реакција | |
|
стр |
стр - рамнотежата се поместува кон реакцијата со помал збир на коефициенти пред гасовити материи |
| ↓стр - рамнотежата се поместува кон реакцијата со поголем збир на коефициенти пред гасовити материи | |
|
в |
в (реагенс) – рамнотежата се поместува кон директната реакција (надесно) |
| ↓в (реагенс) - рамнотежата се поместува кон обратна реакција (налево) | |
| в (производ) - рамнотежата се поместува кон обратна реакција (налево) | |
| ↓в (производ) - рамнотежата се поместува кон директната реакција (надесно) | |
| Не влијае на рамнотежата!!! |