22. Химическое равновесие

Рассмотрим влияние внешних воздействий на систему:

C₄H_8(г) + H_2(г) ⇄ C₄H_10(г) + Q

А) Увеличение концентрации водорода вызовет его концентративный избыток в левой части, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы от этого избытка избавиться и привести систему в равновесие нужно, чтобы лишний водород прореагировал и его концентрация стала нормальной. Это способствует протеканию прямой реакции, следовательно, происходит смещение в сторону прямой реакции.

Б) Повышение температуры вызывает ненормальный нагрев системы, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы нормализовать температуру необходимо чтобы эндотермическая сторона системы начала усиленней работать, дабы поглотить реакцией лишнее тепло. Знаки "+ Q" показывают, что правая сторона - экзотермическая, следовательно, автоматически левая сторона в этой системе является эндотермической. И чтобы нормализовать температуру необходимо смещение в левую сторону (в сторону эндотермической реакции), то есть в сторону обратной реакции.

В) Повышение давления. Для того чтобы узнать, влияет ли изменение давления на систему, нужно убедиться, есть ли в системе газообразные вещества и есть ли разница в сумме коэффициентов газов среди сторон. Чтобы проверить эту разницу нужно сложить коэффициенты всех газов в одной стороне реакции (до стрелки) и сложить все коэффициенты газов в другой стороне (после стрелки), если эти 2 числа не одинаковы и в системе есть газы, то давление будет влиять на систему. В нашей системе есть газы. Сумма коэффициентов в левой стороне: 1+1 = 2. Сумма коэффициентов в правой стороне равна 1. Суммы коэффициентов разные, следовательно, изменение давления будет влиять на систему. Увеличение давления будет "сплющивать" газы и смещать равновесие в сторону меньшего числа газов (где меньшая сумма коэффициентов газов). Меньшая сумма коэффициентов газов в правой стороне. Следовательно, произойдет смещение в правую сторону, т.е. в сторону прямой реакции.

Г) Использование катализатора. Катализатор не влияет на равновесный баланс, поэтому смещения не произойдет.

Соотнося буквы и цифры, получаем следующий предварительный ответ: А) - 1; Б) - 2; В) - 1; Г) - 3.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным изменениям параметров системы. 

А) CO(г) + 2H₂(г) ⇆ CH₃OH(г) + Q

Для того, чтобы равновесие данной реакции смещалось в сторону прямой реакции необходимо уменьшить температуру, так как уменьшение температуры приводит к смещению равновесия в сторону экзотермической реакции (+Q). Также следует увеличить концентрацию водорода,так как при этом равновесие будет смещаться в сторону расходования водорода. Подходит ответ под номером 4.

Б) H₂(г) + I₂(тв) ⇆ 2HI(г) - Q.

Для того, чтобы равновесие данной реакции смещалось в сторону прямой реакции необходимо увеличить температуру, так как увеличение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции (-Q). Также следует увеличить концентрацию водорода давление, так как при этом равновесие будет смещаться в сторону расходования водорода. Подходит ответ под номером 1.

В) CO(г) + H₂O(г) ⇆ CO₂(г) + Н_{​​​​​​2}(г) + Q 

Для того, чтобы равновесие данной реакции смещалось в сторону прямой реакции необходимо уменьшить температуру, так как уменьшение температуры приводит к смещению равновесия в сторону экзотермической реакции (+Q). Также следует уменьшить концентрацию водорода,  так как при этом равновесие будет смещаться в сторону образования водорода. Подходит ответ под нномером 2.

Г) C₄H₁₀(г) ⇆ C₄H₆(г) + 2H_{​​​​​​2}(г) - Q

Для того, чтобы равновесие данной реакции смещалось в сторону прямой реакции необходимо увеличить температуру, так как увеличение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции (-Q). Также следует уменьшить концентрацию водорода,  так как при этом равновесие будет смещаться в сторону образования водорода. Подходит ответ под номером 3.

Правильная последовательность: 4123

1. Понижение температуры приводит к смещению равновесия реакции в сторону экзотермической реакции, то есть в обратную сторону. Подходит ответ под номером 2.

2. Повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону меньшего количества молекул газов, то есть в сторону обратной реакции (в левой стороне 1 молекула газа, в правой 2 моль газа). Подходит ответ под номером 2.

3. Повышение концентрации углекислого газа приведет к смещению равновесия в сторону расходования CO₂, то есть в сторону прямой реакции. Подходит ответ под номером 1.

4. Повышение концентрации угарного газа приведёт к смещению равновесия в сторону расходования CO, то есть в сторону обратной реакции. Подходит ответ под номером 2.

Правильная последовательность: 2212

Увеличение температуры вызывает ненормальный нагрев системы, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы нормализовать температуру необходимо, чтобы эндотермическая сторона системы начала усиленней работать, дабы поглотить реакцией лишнее тепло. И чтобы нормализовать температуру, необходимо смещение в сторону эндотермической реакции. Знаки "+ Q" показывают, что сторона - экзотермическая, следовательно, автоматически противоположная сторона в этой системе является эндотермической. Знаки "- Q" показывают, что сторона - эндотермическая, следовательно, автоматически противоположная сторона в этой системе является экзотермической.

Уменьшение температуры вызывает ненормальное охлаждение системы, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы нормализовать температуру, необходимо чтобы экзотермическая сторона системы начала усиленней вырабатывать тепло, дабы привести систему к балансной температуре. И чтобы нормализовать температуру необходимо смещение в сторону экзотермической реакции.

Для того чтобы узнать, влияет ли изменение давления на систему, нужно убедиться, есть ли в системе газообразные вещества и есть ли разница в сумме коэффициентов газов среди сторон. Чтобы проверить эту разницу нужно сложить коэффициенты всех газов в одной стороне реакции (до стрелки) и сложить все коэффициенты газов в другой стороне (после стрелки), если эти 2 числа не одинаковы и в системе есть газы, то давление будет влиять на систему: увеличение давления будет "сплющивать" газы и смещать равновесие в сторону меньшего числа газов (где меньшая сумма коэффициентов газов), уменьшение давления будет "расширять, давать свободу" газам, поэтому смещения равновесия пойдет в сторону большего числа газов (где большая сумма).

Изменение давления на систему не влияет, если сумма коэффицентов газов в правой части равна сумме коэффициентов газов в левой части или если газов в системе нет. 

Рассмотрим уравнения реакций, проанализируем их и узнаем какие смещения им подходят:

А) 2NO_(г) + O_2(г) ⇆ 2NO_2(г) + Q. Левая сторона - эндотермическая, правая - экзотермическая. Сумма газов в левой стороне: 2+1=3, а в правой стороне: 2, следовательно, разница есть, изменение давления влияет на систему. Нам нужно создать такие условия, причем по 2 параметрам: температуре и давлению, чтобы спровоцировать смещение в сторону обратной реакции. Левая сторона - эндотермическая, значит нужно увеличить температуру, чтобы левая сторона его поглощала, В левой стороне большее число газов, значит нужно уменьшить давление, чтобы создать для газов условия для "расширения, создания большей свободы, возникновения".

Б) 3O₂ ⇆ 2O_3(г) - Q. Левая сторона - экзотермическая, правая - эндотермическая. Сумма газов в левой стороне: 3, а в правой стороне: 2, следовательно, разница есть, изменение давления влияет на систему. Нам нужно создать такие условия, чтобы спровоцировать смещение в сторону обратной реакции. Левая сторона - экзотермическая, значит нужно уменьшить температуру, чтобы левая сторона его выделяла, В левой стороне большее число газов, значит нужно уменьшить давление, чтобы создать условия для "расширения, создания большей свободы" газам.

В) CO_2(г) + H₂O_(ж) ⇆ H₂CO_3(ж) + Q. Левая сторона - эндотермическая, правая - экзотермическая. Сумма газов в левой стороне: 1 (отсутствие коэффициента означает, что он равен 1), а в правой стороне: 0 (газов нет, поэтому сумма равна 0, но отсутствие газов в одной стороне не означает, что давление не влияет, главное чтобы хоть один газ был в системе вообще), следовательно, разница есть, изменение давления влияет на систему. Нам нужно создать такие условия, чтобы спровоцировать смещение в сторону обратной реакции. Левая сторона - эндотермическая, значит нужно увеличить температуру, чтобы левая сторона его поглощала, В левой стороне большее число газов, значит нужно уменьшить давление, чтобы создать условия для "возникновения" газов.

Г) 4HCl_(г) + O_2(г) ⇆ 2H₂O_(г) + 2Cl_2(г) + Q. Левая сторона - эндотермическая, правая - экзотермическая. Сумма газов в левой стороне: 4+1=5, а в правой стороне: 2+2=4, следовательно, разница есть, изменение давления влияет на систему. Нам нужно создать такие условия, чтобы спровоцировать смещение в сторону обратной реакции. Левая сторона - эндотермическая, значит нужно увеличить температуру, чтобы левая сторона его поглощала, В левой стороне большее число газов, значит нужно уменьшить давление, чтобы создать условия для "расширения, создания большей свободы" газов.

Соотнося буквы и цифры, получаем следующий предварительный ответ: А) - 3; Б) - 2; В) - 3; Г) - 3.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным изменениям параметров системы. 

CO₂(г)+C(тв)↔2CO(г)−Q

А) Увеличение концентрации CO: система смещается в сторону обратной реакции (уменьшение избытка продукта).

Б) Повышение температуры: эндотермическая реакция (прямая) усиливается для поглощения тепла.

В) Понижение давления: прямая реакция увеличивает объём газов (2 моль CO), что компенсирует понижение давления.

Г) Катализатор: не влияет на положение равновесия, только ускоряет его достижение.

Правильный ответ: 2113

А) N₂(г) + O₂(г) ⇆ 2NO(г)
Количество газов слева (2 моля) и справа (2 моля) одинаково. При повышении давления равновесие не смещается (3).

Б) N₂O₄(г) ⇆ 2NO₂(г)
Слева 1 моль газа, справа 2 моля. Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего объема (влево, к N₂O₄) - 2.

В) CaCO₃(тв) ⇆ CaO(тв) + CO₂(г)
Только CO₂ - газ. При повышении давления система смещается в сторону уменьшения газа (влево, к CaCO₃) - 2.

Г) Fe₃O₄ (тв) + 4CO(г) ⇆ 3Fe(тв) + 4CO₂(г)
Количество газов слева (4 моля CO) и справа (4 моля CO₂) одинаково. Равновесие не смещается (3).

Правильный ответ: 3223

А) Добавление HCOOH вызовет концентративный избыток этого вещества в левой части, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы от этого избытка избавиться и привести систему в равновесие нужно чтобы лишняя муравьиная кислота прореагировала с этанолом. Это способствует протеканию прямой реакции, следовательно, происходит смещение в сторону прямой реакции.

Б) Повышение давления на систему не влияет, так как в ней нет газообразных веществ.

В) Разбавление водой вызовет ее концентративный избыток в правой части, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы от этого избытка избавиться и привести систему в равновесие нужно чтобы лишняя вода прореагировала с эфиром. Это способствует протеканию обратной реакции, следовательно, происходит смещение в сторону обратной реакции.

Г) Повышение температуры вызывает ненормальный нагрев системы, вызывая нарушение равновесного баланса. И чтобы нормализовать температуру необходимо чтобы эндотермическая сторона начала усиленней работать, дабы поглотить реакцией лишнее тепло. Знаки "+ Q" показывают, что правая сторона - экзотермическая, следовательно, автоматически левая сторона в этой системе является эндотермической. И чтобы нормализовать температуру необходимо смещение в левую сторону, то есть в сторону обратной реакции.

Таким образом, А) - 1; Б) - 3; В) - 2; Г) - 2.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих реакционным смещениям.