さまざまな要因の影響下での平衡シフト。 可逆的および不可逆的な化学反応

化学的に 不可逆反応 これらの条件下では、反応物質の1つが完全に消費されるまで（NH4NO3→2H2O + N2O-H2OおよびN2Oから硝酸塩を取得しようとしないと肯定的な結果が得られます）、ほぼ最後まで進みます。

化学的に 可逆反応 与えられた条件下で、順方向と逆方向の両方に同時に流れます。 可逆反応よりも不可逆反応が少ないです。 可逆反応の例は、水素とヨウ素の相互作用です。

しばらくすると、HIの形成速度はその分解速度と等しくなります。

言い換えれば、化学平衡があります。

化学平衡反応生成物の形成速度が元の試薬への変換速度に等しいシステムの状態と呼ばれます。

化学平衡は動的です。つまり、その確立は反応の終了を意味するものではありません。

質量作用の法則:

反応に関与する物質の質量は、反応のすべての生成物の質量に等しくなります。

質量作用の法則平衡状態での化学反応における反応物の質量間の比率、および化学反応の速度の出発物質の濃度への依存性を確立します。

真の化学平衡の兆候：

1.システムの状態は、外部からの影響がない限り、時間の経過とともに変化しません。

2.システムの状態は、どんなに小さくても、外部の影響を受けて変化します。

3.システムの状態は、どちら側から平衡に近づくかには依存しません。

定常状態では、反応生成物の濃度の積を出発物質の濃度の積で割ったものを、対応する化学量論係数に等しい累乗で、所与の温度での所与の反応について、平衡定数。

定常状態の平衡状態にある反応物の濃度は、平衡濃度と呼ばれます。

不均一な可逆反応の場合、Kcの式には、気体および溶解した物質の平衡濃度のみが含まれます。 したがって、反応CaCO3↔CaO+CO2の場合

一定の外部条件下で、平衡位置は任意の長い時間維持されます。 外部条件が変化すると、平衡位置が変化する場合があります。 温度、試薬の濃度（ガス状物質の圧力）の変化は、順方向反応と逆方向反応の速度の同等性の違反につながり、したがって、不均衡につながります。 しばらくすると、速度の平等が回復します。 しかし、新しい条件下での試薬の平衡濃度は異なります。 ある平衡状態から別の平衡状態へのシステムの遷移は、 シフトまたはバランスシフト 。 化学平衡は平均台の位置と比較することができます。 カップの1つにかかる負荷の圧力によって変化するのと同じように、化学平衡は、プロセス条件に応じて、順方向または逆方向の反応にシフトする可能性があります。 新しい条件に対応して、新しい平衡が確立されるたび。

定数の数値は通常、温度によって変化します。 一定の温度では、Kcの値は圧力、体積、または物質の濃度に依存しません。

Kcの数値がわかれば、反応の各参加者の平衡濃度または平衡圧力の値を計算することができます。

方向 化学平衡の位置の変位 外部条件の変化の結果として決定されます ルシャトリエの原理：

平衡システムに外部の影響が及ぼされると、平衡はこの影響を打ち消す方向にシフトします。

物理的および化学的プロセスとしての溶解。 溶媒和。 溶媒和します。 溶媒としての水の特殊な性質。 水和物。 結晶水和物。 物質の溶解度。 固体、液体、気体の物質の溶解。 溶解度に対する物質の温度、圧力、性質の影響。 溶液の組成を表現する方法：質量分率-la、モル濃度、規定度、モル分率。

解決策には、物理​​的理論と化学的理論の2つがあります。

解の物理理論ノーベル賞受賞者のオランダ人J.ヴァントホフ（1885）とスウェーデンの物理化学者S.アレニウス（1883）によって提案されました。 溶媒は、溶解した物質の粒子（分子、イオン）が均一に分布している化学的に不活性な媒体と見なされます。 溶質の粒子間、および溶媒の分子と溶質の粒子の間の両方で、分子間相互作用はないと想定されます。 溶媒と溶質の粒子は、拡散により溶液の体積に均一に分布します。 その後、物理理論は、溶媒の粒子と溶質が実際には相互作用しない、いわゆる理想的な溶液の小さなグループの性質のみを十分に説明していることが判明しました。 多くのガス溶液は理想的な溶液の例です。

溶液の化学的（または溶媒和）理論 D.I.によって提案された メンデレーエフ（1887年）。 彼は初めて、巨大な実験材料で、溶質の粒子と溶媒の分子の間に化学的相互作用が起こり、その結果、さまざまな組成の不安定な化合物が形成されることを示しました。 溶媒和物または水和物（ 溶媒が水である場合）。 DI。 メンデレーエフは、あらゆる形態の相互作用が溶媒と溶質の化学的性質に関連している化学システムとしてソリューションを定義しました。 教育における主導的役割 溶媒和 不安定な分子間力と水素結合が作用します。

溶解プロセス拡散の結果としての溶媒中の溶質の統計的分布など、単純な物理モデルでは表すことができません。 それは通常、目立つことを伴います 熱効果 溶質の構造の破壊および溶媒粒子と溶質の粒子との相互作用による、溶液の体積の変化。 これらのプロセスは両方とも、エネルギー効果を伴います。 溶解した物質の構造を破壊するには、それが必要です エネルギー消費 、溶媒の粒子と溶質の相互作用がエネルギーを放出している間。 これらの効果の比率に応じて、溶解プロセスは吸熱または発熱になります。

硫酸銅が溶解すると、水和物の存在は色の変化によって簡単に検出されます。水に溶解した無水の白い塩が青い溶液を形成します。 時々 水和水 それは溶質に強く結合し、溶液から分離されると、その結晶の組成に入ります。 水を含む結晶性物質 結晶性水和物と呼ばれる 、そしてそのような結晶の構造に含まれる水は結晶水と呼ばれます。 結晶性水和物の組成は、物質の式によって決定されます。これは、その分子の1つあたりの結晶水分子の数を示します。 したがって、結晶性硫酸銅（硫酸銅）CuSO4×5H2Oの式。 結晶性水和物による対応する溶液の色特性の保存は、溶液中に同様の水和物複合体が存在することの直接的な証拠です。 結晶性水和物の色は、結晶水の分子数に依存します。

ソリューションの構成を表現するには、さまざまな方法があります。。 最も一般的に使用される 質量分率 溶質、 モル濃度と規定度。

一般に、濃度は、単位体積あたりの粒子数として、または溶液中の粒子の総数に対する特定のタイプの粒子数の比率として表すことができます。 溶質と溶媒の量は、質量、体積、またはモルの単位で測定されます。 一般的、 溶液濃度 -これは、凝縮系（混合物、合金、または特定の量の溶液）に溶解した物質の量です。 溶液の濃度を表現する方法はいくつかあり、それぞれが特定の科学技術分野で主な用途を持っています。 通常、溶液の組成は、無次元（質量およびモル分率）および次元量（物質のモル濃度、物質のモル濃度-当量およびモル濃度）を使用して表されます。

質量分率-溶液の総質量（m）に対する溶解物質の質量（m1）の比率に等しい値。

ビデオレッスン2： 化学平衡のシフト

講義： 可逆的および不可逆的な化学反応。 化学バランス。 さまざまな要因の影響下での化学平衡の変化

前のレッスンでは、化学反応の速度とは何か、それに影響を与える要因は何かを学びました。 このレッスンでは、これらの反応がどのように進行するかを見ていきます。 それは、反応に関与する最初の物質、つまり試薬の挙動に依存します。 それらが完全に最終物質である生成物に変換された場合、反応は不可逆的です。 さて、最終生成物が再び出発物質に変換される場合、反応は可逆的です。 これを考慮して、次の定義を作成します。

可逆反応は、同じ条件下で順方向と逆方向に進行する特定の反応です。

化学の授業では、炭酸を生成するための可逆反応の明確な例が示されたことを忘れないでください。

CO 2 + H 2 O<->H2CO3

不可逆反応ある特定の方向に終わりを迎える特定の化学反応です。

例として、リンの燃焼反応があります。4P+5O2→2P2O 5

反応の不可逆性の証拠の1つは、ガスの沈殿または発生です。

順反応と逆反応の速度が等しい場合、 化学平衡.

つまり、可逆反応では、反応物と生成物の平衡混合物が形成されます。 化学平衡がどのように形成されるかの例を見てみましょう。 ヨウ化水素の形成のための反応を取ります：

H 2（g）+ I 2（g）<->2HI（g）

ガス状の水素とヨウ素の混合物、またはすでに調製されたヨウ素を加熱することができます。どちらの場合も結果は同じになります。3つの物質H 2、I 2、HIの平衡混合物が形成されます。

反応の最初の段階で、ヨウ化水素が生成される前に、直接反応が次の速度で起こります（ vなど）。 運動方程式で表現します v pr \ u003d k 1、ここでk1は直接反応の速度定数です。 生成物HIは徐々に形成され、同じ条件下でH2とI2に分解し始めます。 このプロセスの式は次のとおりです。 v arr \ u003d k 2 2、ここで v arrは逆反応の速度、k2は逆反応の速度定数です。 HIが均等化するのに十分な瞬間 vで v化学平衡に達します。 平衡状態にある物質の数、この場合はH 2、I 2であり、HIは時間とともに変化しませんが、外部からの影響がない場合に限ります。 言われていることから、化学平衡は動的であるということになります。 私たちの反応では、ヨウ化水素が生成または消費されます。

反応条件を変更すると、平衡を正しい方向にシフトできることを忘れないでください。 ヨウ素または水素の濃度を上げると、 v pr、右にシフトし、より多くのヨウ化水素が形成されます。 ヨウ化水素の濃度を上げると、 v arr、そしてシフトは左になります。 より多くの/より少ない試薬と製品を手に入れることができます。

したがって、化学平衡は外部の影響に抵抗する傾向があります。 H2またはI2を追加すると、最終的にはそれらの消費量が増加し、HIが増加します。 およびその逆。 このプロセスは科学的に呼ばれます ルシャトリエの原理。 それは言う：

安定した平衡状態にあるシステムが外部から（温度、圧力、または濃度を変更することによって）作用される場合、この効果を弱めるプロセスの方向にシフトが発生します。

触媒はバランスを変えることができないことを忘れないでください。 彼はその前進を早めることしかできない。

濃度変化 。 上記では、この要因がどのようにバランスを順方向または反対方向にシフトするかを検討しました。 反応物の濃度を上げると、この物質が消費される側に平衡がシフトします。 濃度を下げると、この物質が生成される側に移動します。 反応は可逆的であり、反応物は、検討している反応（直接または逆）に応じて、右側または左側の物質になる可能性があることを忘れないでください。

影響t 。 その成長は、吸熱反応（-Q）に向かって平衡のシフトを引き起こし、発熱反応（+ Q）に向かって減少します。 反応方程式は、直接反応の熱効果を示しています。 逆反応の熱効果はそれと反対です。 この規則は、熱効果のある反応にのみ適用されます。 そこにない場合、tは平衡をシフトすることはできませんが、その増加は平衡の出現のプロセスを加速します。

圧力の影響 。 この係数は、ガス状物質が関与する反応で使用できます。 ガスのモル数がゼロに等しい場合、変化はありません。 圧力が上昇すると、平衡はより小さな体積にシフトします。 圧力が低下すると、平衡はより大きな体積に向かってシフトします。 ボリューム-反応方程式でガス状物質の前の係数を見てください。

可逆反応は、2つの反対方向に同時に発生する反応です。

不可逆反応-取られた物質が、爆発物の分解、炭化水素の燃焼、低解離性化合物の形成、沈殿、ガス状物質の形成。

32.化学バランス。 ルシャトリエの原理。

化学平衡は、1つまたは複数の化学反応が可逆的に進行する化学システムの状態であり、順方向と逆方向の反応の各ペアの速度は互いに等しくなります。 化学平衡にあるシステムの場合、試薬の濃度、温度、およびシステムの他のパラメーターは時間とともに変化しません。

33.ルシャトリエの原理。 化学平衡をシフトするための条件。

ルシャトリエの原理：平衡状態にあるシステムに外部の影響が及ぼされると、平衡は外部の影響を弱める方向にシフトします。

化学平衡に影響を与える要因：

1）温度

温度が上昇すると、化学平衡は吸熱（吸収）反応に向かってシフトし、温度が低下すると、発熱（分離）反応に向かってシフトします。

CaCO 3 \ u003d CaO + CO 2 -Q t→、t↓←

N 2+3H2↔2NH3+Qt←、t↓→

2）圧力

圧力が上昇すると、化学平衡は物質の量が少なくなる方向にシフトし、圧力が低下すると、物質の量が多くなる方向にシフトします。 この原理はガスにのみ適用されます。 固体が反応に関与している場合、それらは考慮されません。

CaCO 3 \ u003d CaO + CO 2 P←、P↓→

1mol = 1mol + 1mol

3）出発物質および反応生成物の濃度

出発物質の１つの濃度が増加すると、化学平衡は反応生成物に向かってシフトし、反応生成物の濃度が減少すると、出発物質に向かってシフトする。

S 2 + 2O 2 \ u003d 2SO 2 [S]、[O]→、←

触媒は化学平衡のシフトに影響を与えません！

仕事の終わり-

このトピックは次のものに属します。

化学の基本概念

化学は物質の科学とその変換の法則であり、化学の研究の対象は化学元素とその化合物、化学元素であり、原子の種類を呼びます..法則..軌道が電子で満たされる順序..

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浸透圧と浸透圧
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液体中のガスの溶解。 ヘンリーの法則
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電解。 ファラデーの法則

電解。 現在の出力。 不溶性および可溶性アノードによる電気分解
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すべての化学反応は、不可逆反応と可逆反応の2つのグループに分けることができます。 反応物の1つが完全に消費されるまで、不可逆反応は最後まで進行します。 可逆反応は最後まで進行しません。可逆反応では、反応物が完全に消費されることはありません。 この違いは、不可逆反応が一方向にしか進行できないという事実によるものです。 可逆反応は、順方向と逆方向の両方で進行する可能性があります。

2つの例を考えてみましょう。

例1.亜鉛と濃硝酸の相互作用は、次の式に従って進行します。

十分な量の硝酸を使用すると、すべての亜鉛が溶解したときにのみ反応が終了します。 さらに、この反応を反対方向に実行しようとすると（二酸化窒素を硝酸亜鉛の溶液に通すと、金属亜鉛と硝酸は機能しません）、この反応は反対方向に進むことができません。 したがって、亜鉛と硝酸の相互作用は不可逆反応です。

例2.アンモニアの合成は、次の式に従って進行します。

1モルの窒素を3モルの水素と混合すると、システム内で反応が発生するのに適した条件になり、十分な時間が経過した後、ガス混合物が分析されると、分析結果は、反応生成物（アンモニア）だけでなく、システムに存在するだけでなく、初期物質（窒素と水素）も存在します。 ここで、同じ条件下で、窒素と水素の混合物ではなく、アンモニアを出発物質として配置すると、アンモニアの一部が窒素と水素に分解し、量の最終的な比率を見つけることができます。窒素と水素の混合物から開始する場合、3つの物質すべてのはその場合と同じになります。 したがって、アンモニアの合成は可逆反応です。

可逆反応の方程式では、等号の代わりに矢印を使用できます。 それらは、順方向と逆方向の両方での反応の流れを象徴しています。

イチジクに 図６８は、経時的な順方向および逆方向反応の速度の変化を示している。 当初、出発物質を混合すると、順反応の速度が速く、逆反応の速度がゼロになります。反応が進むにつれて、出発物質が消費され、その濃度が低下します。

米。 63.時間の経過に伴う順方向および逆方向の反応速度の変化。

その結果、順方向反応の速度が低下します。 同時に、反応生成物が現れ、それらの濃度が増加します。 その結果、逆反応が起こり始め、その速度は徐々に増加します。 順反応と逆反応の速度が等しくなると、化学平衡が発生します。 したがって、最後の例では、窒素、水素、およびアンモニアの間で平衡が確立されます。

化学平衡は動的平衡と呼ばれます。 これは、順方向と逆方向の両方の反応が平衡状態で発生することを強調していますが、それらの速度は同じであり、その結果、システムの変化は目立たなくなります。

化学平衡の量的特性は、化学平衡定数と呼ばれる量です。 ヨウ素-水素合成反応の例を使用して考えてみましょう。

質量作用の法則によれば、順方向および逆方向の反応の速度は次の方程式で表されます。

平衡状態では、順方向反応と逆方向反応の速度は互いに等しく、

順反応と逆反応の速度定数の比率も一定です。 これは、この反応の平衡定数（K）と呼ばれます。

したがって、最終的に

この方程式の左側には、平衡状態で確立された相互作用物質の濃度、つまり平衡濃度があります。 式の右辺は一定の（一定の温度での）値です。

可逆反応の一般的な場合には、

平衡定数は次の式で表されます。

ここで、大文字は物質の式を示し、小文字は反応式の係数を示します。

したがって、一定の温度では、可逆反応の平衡定数は、平衡状態で確立される反応生成物（分子）と出発物質（分母）の濃度の比率を示す定数値です。

平衡定数方程式は、平衡条件下で、反応に関与するすべての物質の濃度が相互に関連していることを示しています。 これらの物質のいずれかの濃度の変化は、他のすべての物質の濃度の変化を伴います。 その結果、新しい濃度が確立されますが、それらの間の比率は再び平衡定数に対応します。

最初の近似における平衡定数の数値は、この反応の収率を特徴づけます。 たとえば、では、同時に反応収率が大きくなります。

すなわち、平衡状態では、反応生成物の濃度は出発物質の濃度よりもはるかに高く、これは反応収率が高いことを意味します。 （同様の理由で）では、反応の収率は小さい。

不均一反応の場合、平衡定数の表現、および質量の作用の法則の表現（§58を参照）には、気相または液相にある物質のみの濃度が含まれます。 たとえば、反応のために

平衡定数の形式は次のとおりです。

平衡定数の値は、反応物の性質と温度に依存します。 それは触媒の存在に依存しません。 すでに述べたように、平衡定数は、順方向と逆方向の反応の速度定数の比率に等しくなります。 触媒は順反応と逆反応の両方の活性化エネルギーを同じ量だけ変化させるため（§60を参照）、それらの速度定数の比率には影響しません。

したがって、触媒は平衡定数の値に影響を与えず、したがって、反応の収率を増加または減少させることはできません。 それは平衡の開始を加速または減速することしかできません。

化学反応は可逆的および不可逆的です。

それらの。 ある反応A+B = C + Dが不可逆的である場合、これは逆反応C + D = A+Bが発生しないことを意味します。

つまり、たとえば、特定の反応A + B = C + Dが可逆的である場合、これは、反応A+B→C+D（直接）と反応C+D→A+B（逆）の両方が同時に進行することを意味します。 ）。

実際、 直接反応と逆反応の両方が進行し、可逆反応の場合の試薬（開始物質）は、方程式の左側の物質と方程式の右側の物質の両方と呼ぶことができます。 同じことが製品にも当てはまります。

可逆反応の場合、順方向反応と逆方向反応の速度が等しい可能性があります。 そのような状態はと呼ばれます 平衡状態.

平衡状態では、すべての反応物とすべての生成物の両方の濃度は変化しません。 平衡状態にある生成物と反応物の濃度は、 平衡濃度.

さまざまな要因の影響下での化学平衡の変化

出発物質または生成物の温度、圧力、または濃度の変化などのシステムへの外部の影響により、システムの平衡が乱される可能性があります。 ただし、この外部の影響が停止した後、システムはしばらくすると新しい平衡状態に移行します。 ある平衡状態から別の平衡状態へのシステムのこのような遷移は、 化学平衡のシフト（シフト） .

特定の種類の曝露で化学平衡がどのように変化するかを判断できるようにするには、ルシャトリエの原理を使用すると便利です。

平衡状態にあるシステムに外部からの影響が及ぼされると、化学平衡のシフトの方向は、衝撃の影響を弱める反応の方向と一致します。

平衡状態に対する温度の影響

温度が変化すると、化学反応の平衡がシフトします。 これは、どの反応にも熱効果があるためです。 この場合、順方向と逆方向の反応の熱効果は常に正反対です。 それらの。 順方向の反応が発熱性であり、+ Qに等しい熱効果で進行する場合、逆方向の反応は常に吸熱性であり、-Qに等しい熱効果を持ちます。

したがって、ルシャトリエの原理に従って、平衡状態にあるシステムの温度を上げると、平衡は反応に向かってシフトし、その間に温度が下がります。 吸熱反応に向けて。 同様に、平衡状態でシステムの温度を下げると、平衡は反応に向かってシフトし、その結果、温度が上昇します。 発熱反応に向けて。

たとえば、次の可逆反応を考えて、温度が下がるにつれて平衡がどこにシフトするかを示します。

上記の式からわかるように、順方向反応は発熱反応です。 その流れの結果として、熱が放出されます。 したがって、逆反応は吸熱反応になります。つまり、熱を吸収して進行します。 条件に応じて温度が下がるため、平衡は右にシフトします。 直接反応に向けて。

化学平衡に対する濃度の影響

ルシャトリエの原理に従った試薬の濃度の増加は、試薬が消費される反応への平衡のシフトにつながるはずです。 直接反応に向けて。

逆に、反応物の濃度が低下すると、平衡は反応に向かってシフトし、その結果、反応物が形成されます。 逆反応の側（←）。

反応生成物の濃度の変化も同様に影響します。 生成物の濃度を上げると、平衡は反応に向かってシフトし、その結果、生成物が消費されます。 逆反応に向けて（←）。 逆に生成物の濃度を下げると、生成物の濃度を上げるために平衡が直接反応（→）にシフトします。

化学平衡に対する圧力の影響

温度や濃度とは異なり、圧力の変化はすべての反応の平衡状態に影響を与えません。 圧力の変化が化学平衡のシフトにつながるためには、方程式の左側と右側の気体物質の前の係数の合計が異なっている必要があります。

それらの。 2つの反応から：

圧力の変化は、2番目の反応の場合にのみ平衡状態に影響を与える可能性があります。 左右の最初の式の場合の気体物質の式の前の係数の合計は同じ（2に等しい）であるため、2番目の式の場合は異なります（左と右に2）。

このことから、特に、反応物と生成物の両方の間にガス状物質がない場合、圧力の変化は現在の平衡状態にまったく影響を与えないということになります。 たとえば、圧力は反応の平衡状態に影響を与えません。

ガス状物質の量が左側と右側で異なる場合、圧力の増加は、反応に向かって平衡がシフトし、その間にガスの体積が減少し、圧力が次の方向に減少します。反応、その結果、ガスの量が増加します。

化学平衡に対する触媒の効果

触媒は順方向と逆方向の両方の反応を等しく加速するため、その存在または不在 影響しません平衡状態に。

触媒が影響を与える可能性があるのは、システムが非平衡状態から平衡状態に移行する速度だけです。

上記のすべての要因が化学平衡に与える影響を、以下の虎の巻に要約します。この虎の巻は、バランスタスクを実行するときに最初に確認できます。 ただし、彼女は試験でそれを使用することはできません。したがって、彼女の助けを借りていくつかの例を分析した後、彼女はバランスのためのタスクを解決するように教えられ、訓練されるべきです。

指定： T - 温度、 p - プレッシャー、 と –集中、–増加、↓–減少