І місце. Хімічні реакції та закономірності їх перебігу (Кічата Олена Євгеніївна, Харківська гімназія № 46 ім. М.В.Ломоносова)

Розглянемо швидкості прямої і зворотної реакцій в стані хімічної рівноваги. Як приклад візьмемо деяку умовну реакцію:

аА + bВ ⇄ сС + dD

Швидкість прямої реакції виражається кінетичним рівнянням:

v₁ = k₁C_A^a ∙C_B^b,

а швидкість зворотної –

v₂ = k₂C_C^c ∙C_D^d.

Позначимо рівноважні концентрації речовин символами: [А], [В], [С] і [D]

Оскільки  в стані рівноваги v₁ = v₂ , то k₁[A]^a[B]^b = k₂[C]^c[D]^d.

•  Відношення констант швидкостей прямої і зворотної реакцій, що є  постійною величиною, отримала назву константи хімічної рівноваги.

Константу рівноваги можна обчислити за формулою:

.

Подібно константам швидкості прямої і зворотної реакцій, константа хімічної рівноваги також залежить від температури.

Це рівняння є математичним виразом закону діючих мас для стану хімічної рівноваги.

•  Відношення добутків рівноважних концентрацій продуктів реакції і реагентів, зведених в ступені їх стехіометричних коефіцієнтів в рівнянні реакції, становить постійну величину при постійній температурі і називається константою рівноваги.

Наприклад, для процесу

2NО + O₂ ⇄ 2NO₂

константа рівноваги дорівнює:

Константу хімічної рівноваги при певній температурі можна розрахувати з експериментальних даних, визначивши при цій температурі рівноважні концентрації реагентів і продуктів.

Чисельне значення константи рівноваги вказує на повноту протікання процесу в прямому або зворотному напрямку.

Якщо константа хімічної рівноваги більша за одиницю, то у рівноважній суміші переважають продукти реакції.

Наприклад, константа рівноваги  реакції окиснення міді катіонами Аргентуму

Cu_(тв) + 2Ag⁺_(р-н) ⇄Cu²⁺_(р-н) + 2Ag_(тв)↓

дорівнює К_рівн. = 2∙10¹⁵. Це означає, що швидкість прямої реакції у багато разів більше швидкості зворотної, і тому мідь, занурена в розчин солі Аргентуму, практично повністю витісняє срібло у вигляді металу.

Якщо константа хімічної рівноваги менша за одиницю, то у рівноважній суміші переважають вихідні речовини.

Значення константи рівноваги реакції розчинення барій сульфату

BaSO_4(тв) ⇄ Ba²⁺_(р-н) + SO₄^2-_(р-н)

К_рівн. = 1,1·10^-10  вказує на те, що в стані рівноваги барій сульфат лише в незначній мірі переходить в розчин у формі іонів.

Константа рівноваги не залежить від дії каталізатору.

Каталізатор прискорює в однаковій мірі швидкість прямої і зворотної реакцій, тому каталізатор не впливає на константу рівноваги.

Каталізатор прискорює процеси досягнення рівноваги, за рахунок пропорційного зниження енергій активації як прямого, так і зворотного процесів.

Якщо відома константа рівноваги, то можна розрахувати рівноважні концентрації речовин або ступінь перетворення реагентів в продукти реакції при заданому початковому складі.