Как может сдвинуться химическое равновесие?

[ksyrx]

Как я нахожу равновесие: смотрю на кинетические уравнения прямой и обратной реакций, подставляю в них молярные концентрации, равные коэффициентам перед веществами и вычисляю соотношение констант скорости. Получается, чтобы реакция стала равновесной, необходимо изменить её прямую и обратную скорости в k1 и k2 раз. Если я правильно понимаю, то это произойдёт не искусственным путём (система сама выровняет скорости). Тем самым, количества образующихся продуктов из реагентов и реагентов из продуктов станут одинаковыми.

 

Тогда, каким образом равновесие может сдвинуться? Ну, добавлю я больше реагентов - скорость образования увеличится. Добавлю больше продуктов, наоборот - скорость распада увеличится. Но, равновесие, что будет установлено системой, после какого-либо из этих действий, не позволит получать больше реагентов или продуктов, потому что система на то и равновесная: в ней, количество реагентов и продуктов не изменится со временем, а их образование будет протекать со сравнимыми скоростями.

[M_GM]

Только что, ksyrx сказал:

... молярные концентрации, равные коэффициентам перед веществами ...

 

Тогда, каким образом равновесие может сдвинуться? Ну, добавлю я больше реагентов - скорость образования увеличится. Добавлю больше продуктов, наоборот - скорость распада увеличится. Но, равновесие, что будет установлено системой, после какого-либо из этих действий, не позволит получать больше реагентов или продуктов, потому что система на то и равновесная: в ней, количество реагентов и продуктов не изменится со временем, а их образование будет протекать со сравнимыми скоростями.

Молярные концентрации не имеют никакого отношения к коэффициентам перед веществами

Человек сам может менять эти концентрации, тем самым смещать равновесие

 

Система придя в равновесное состояние не меняет количество реагентов. Но человек - изменив концентрацию одного из веществ смещает равновесие в другое положение, с новыми равновесными концентрациями всех участников реакции.

[ksyrx]

51 минуту назад, M_GM сказал:

Молярные концентрации не имеют никакого отношения к коэффициентам перед веществами

 

Я понимаю: условно принял коэффициенты за молярную концентрацию, чтобы подставить числа в кинетические уравнения.

 

58 минут назад, M_GM сказал:

Человек сам может менять эти концентрации, тем самым смещать равновесие

 

Система придя в равновесное состояние не меняет количество реагентов. Но человек - изменив концентрацию одного из веществ смещает равновесие в другое положение, с новыми равновесными концентрациями всех участников реакции.

 

Хорошо. Допустим, мы увеличили давление в реакции 2NO₂ ⇄ N₂O₄ в 2 раза.

Поскольку, в данном случае, кинетические уравнения соответствуют химическому уравнению реакции, то изменение давления приведёт к увеличению скорости прямой реакции в 8 раз (я, условно, принял k1 и k2 за единицы). Это значит, что равновесие сместится вправо. А, чтобы оно сместилось, системе придется увеличить скорость обратной реакции в 8 раз. В этом случае, получится равенство: 16k1 = 16k2. Исходя из него, я могу сделать вывод, что молекул NO₂ будет в 2 раза меньше, чем N₂O₄ (конечно, при этом количество атомов, в системе, останется неизменным). Тем самым, появится возможность извлечь из системы больше молекул N₂O₄, чем было, в ней, до повышения давления. Я правильно рассуждаю?

[M_GM]

Только что, ksyrx сказал:

Хорошо. Допустим, мы увеличили давление в реакции 2NO₂ ⇄ N₂O₄ в 2 раза.

Поскольку, в данном случае, кинетические уравнения соответствуют химическому уравнению реакции, то изменение давления приведёт к увеличению скорости прямой реакции в 8 раз (я, условно, принял k1 и k2 за единицы). Это значит, что равновесие сместится вправо. А, чтобы оно сместилось, системе придется увеличить скорость обратной реакции в 8 раз. В этом случае, получится равенство: 16k1 = 16k2. Исходя из него, я могу сделать вывод, что молекул NO₂ будет в 2 раза меньше, чем N₂O₄ (конечно, при этом количество атомов, в системе, останется неизменным). Тем самым, появится возможность извлечь из системы больше молекул N₂O₄, чем было, в ней, до повышения давления. Я правильно рассуждаю?

Неправильно.

За счет чего вы увеличили давление в 2 раза?

Уменьшив объем системы? Добавив в систему аргон? Добавив NO₂? Добавив N₂O₄ ?

Все эти способы могут иметь разные последствия

Если вы сжали систему (уменьшив объем в 2 раза), то парциальные давления всех веществ в ней увеличатся также как и общее давление в два раза

Кинетическое уравнение прямой реакции v₁ = k₁p(NO₂)²,  обратной - v₂= k₂p(N₂O₄),  

поэтому скорость прямой реакции возрастет в 4 раза (2²=4), скорость обратной - в 2 раза,

В начальный момент v₁ >v₂ , равновесие начнет смещаться вправо

В системе начнет уменьшаться содержание NO₂, его парциальное давление и скорость прямой реакции

Одновременно в  системе будет возрастать содержание N₂O₄, его парциальное давление и

будет возрастать скорость обратной реакции 

Неизбежно наступит момент, когда скорости прямой и обратной реакции вновь сравняются, система придет в новое состояние равновесия. Но в этом новом состоянии концентрация N₂O₄, будет больше, чем в исходном, первом состоянии равновесия (а содержание NO₂  - меньше), что и обозначается фразой произошел сдвиг равновесия вправо. И молекул N₂O₄  там станет больше чем было до сжатия системы, и извлечь их можно будет больше.

 

[ksyrx]

2 часа назад, M_GM сказал:

поэтому скорость прямой реакции возрастет в 4 раза (2²=4), скорость обратной - в 2 раза,

 

 

Да, изменяю только объем смеси. Я не обратил внимание на то, что с повышением давления, концентрация N₂O₄ тоже меняется:

 

v₁ = k₁[NO₂]²; v₂ = k₂[N₂O₄]

 

P↑ (x2) → V↓, n↑ (согласно уравнению Клапейрона-Менделеева) → C↑

 

v₁ = k₁[NO₂ * 2]²; v₂ = k₂[N₂O₄ * 2]

v₁ = 4k₁; v₂ = 2k₂

 

k₁ / k₂ = [N₂O₄ * 2] / [NO₂ * 2]² → k₁ = 1; k₂ = 2

 

2 часа назад, M_GM сказал:

В системе начнет уменьшаться содержание NO₂, его парциальное давление и скорость прямой реакции

 

То есть, концентрации NO₂ и N₂O₄ начнут изменяться, образуя соотношение, удовлетворяющее равенству кинетических уравнений?

[maxim4321]

Есть хорошая книга по химическому равновесию известного учёного Аллена Барда. https://archive.org/details/chemicalequilibr0000bard