Определение константы химического равновесия

Определение константы химического равновесия».

Цель работы: Опытным путём проверить правила и вычислить значения константы химического равновесия .

Конста́нта равнове́сия - величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями (либо, в зависимости от условий протекания реакции, парциальными давлениями, концентрациями или фугитивностями) исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс). Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.

Для реакции в смеси идеальных газов константа равновесия может быть выражена через равновесные парциальные давления компонентов p_i по формуле Kp=∏pνii

где ν_i - стехиометрический коэффициент (для исходных веществ принимается отрицательным, для продуктов - положительным). K_p не зависит от общего давления, от исходных количеств веществ или от того, какие участники реакции были взяты в качестве исходных, но зависит от температуры ^.Например, для реакции окисления монооксида углерода:2CO + O₂ = 2CO₂ Kp=p2CO2 : p2CO⋅pO2

Если реакция протекает в идеальном растворе и концентрация компонентов выражена через молярность c_i, константа равновесия принимает вид:

Kc=∏cνii Для реакций в смеси реальных газов или в реальном растворе вместо парциального давления и концентрации используют соответственно фугитивность f_iи активность a_i:

Kf=∏fνii

Ka=∏aνii

В некоторых случаях (в зависимости от способа выражения) константа равновесия может являться функцией не только температуры, но и давления. Так, для реакции в смеси идеальных газов парциальное давление компонента может быть выражено по закону Дальтона через суммарное давление и мольную долю компонента (pi=P⋅xi), тогда легко показать^[2], что:

Kp=KxPΔn

где Δn - изменение числа молей веществ в ходе реакции. Видно, что K_x зависит от давления. Если число молей продуктов реакции равно числу молей исходных веществ (Δn=0), то Kp=Kx.

Зависимость константы равновесия от температуры

Зависимость константы равновесия реакции от температуры может быть описана уравнением изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа):

dlnKp=ΔHRT2dT

и изохоры химической реакции (изохоры Вант-Гоффа): dlnKc=ΔURT2dT

Здесь ΔH и ΔU - тепловой эффект реакции, протекающей, соответственно, при постоянном давлении или при постоянном объёме. Если ΔH>0(тепловой эффект положителен, реакция эндотермическая), то температурный коэффициент константы равновесия dlnKpdT тоже положителен, то есть с ростом температуры константа равновесия эндотермической реакции увеличивается, равновесие сдвигается вправо (что вполне согласуется с принципом Ле Шателье).

Ход работы:

1. В 4 цилиндра нальём по 100 мл. раствора Fe(SCN)₃. В первый цилиндр прильём 10 мл. NH₄SCN. Во второй цилиндр прильём 10 мл. FeCl₃. В третий цилиндр прильём 20 мл. NH₄Cl. В четвёртый - ничего. Четвёртый цилиндр оставим для сравнения.

№

Объём, мл.

Добавление вещества

Изменение цвета

Направление смещения хим.равновесия

1

10

NH₄SCN

Окраска усиливается

2

10

FeCl₃

Окраска усиливается

→

3

20

NH₄Cl

Окраска уменьшается

←

4

сравним Fe(SCN)₃

Красный цвет

FeCl₃ + NH₄SCN Fe(SCN)₃(красный цвет) + 3 NH₄Cl

Вывод: На смещение химического равновесия в ту или иную сторону влияют концентрации реагирующих веществ . Для смещения равновесия вправо, нужно увеличить концентрацию исходного вещества (FeCl₃ NH₄SCN ). Для смещения равновесия влево, нужно увеличить концентрацию продуктов (NH₄Clили Fe(SCN)₃)

2. Определить равновесные концентрации компонентов системы и константы скорости.