Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Dynamická podstata chemické rovnováhy Ve směsi reaktantů a produktů probíhá chemická reakce dokud není dosaženo rovnovážného stavu. Chemická rovnováha.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Dynamická podstata chemické rovnováhy Ve směsi reaktantů a produktů probíhá chemická reakce dokud není dosaženo rovnovážného stavu. Chemická rovnováha."— Transkript prezentace:

1 Dynamická podstata chemické rovnováhy Ve směsi reaktantů a produktů probíhá chemická reakce dokud není dosaženo rovnovážného stavu. Chemická rovnováha má dynamický charakter protože produkty stále vznikají přímou reakcí ale zároveň jsou stejnou rychlostí spotřebovávány zpětnou reakcí. Př.: CO + 3H 2  CH 4 + H 2 O

2 Rovnovážný stav Pouze část reaktantů je přeměněna na produkty (rozsah reakce je vždy menší než 100%). Šipky v zápisu chemické reakce kvalitativně naznačují rozsah reakce: –Jednoduchá šipka naznačuje dominantní směr reakce: H 2 (g) + O 2 (g)  H 2 O(g) –Obousměrná šipka naznačuje vyrovnanější poměr reaktantů a produktů v rovnováze: N 2 O 4 (g)  2NO 2 (g). Rovnováha se ustaví vždy, nezávisle na tom jaké bylo původní složení reakční směsi: konstanta

3 Rovnovážná konstanta elementárních reakcí Chemická rovnováha nastane když se vyrovnají rychlosti přímé a zpětné reakce: R f = R r. Př.: rozklad N 2 O 4 : N 2 O 4 (g)  2NO 2 (g) k f [N 2 O 4 ] = k r [NO 2 ] 2 nebo kde K c je rovnovážná konstanta. Rovnovážná konstanta pro obecnou reakci má tvar: aA + bB + cC +...  mM + nN + oO....

4 Rovnovážná konstanta neelementárních reakcí Platí stejný vztah pro rovnovážnou konstantu i když je reakční mechanismus složitější? Př.: Jaký je rovnovážný vztah pro rozklad ozónu podle reakce Kinetické rovnice pro 1. a 2. reakci: Eliminujeme O a vyjádříme K c : Závěr: vztah pro rovnovážnou konstantu je nezávislý na reakčním mechanismu

5 Rovnovážná konstanta přímé a zpětné reakce Rovnovážná konstanta zpětné reakce: aA + bB  cC + dD cC + dD  aA + bB Př.: Určete rovnovážnou konstantu reakce: ½N 2 (g) + 3/2 H 2 (g)  NH 3 (g) znáte-li N 2 (g) + 3H 2 (g)  2NH 3 (g) K c = 1.7x10 2 Př.: Určete rovnovážnou konstantu pro vznik HI(g) jsou-li rovnovážné koncentrace H 2, I 2 a HI M, M a M. H 2 (g) + I 2 (g)  2HI(g) K c = ? Př.: Určete rovnovážnou konstantu reakce: ½ H 2 (g) + ½ I 2 (g)  HI(g) K c = ?

6 Rovnovážné konstanty K c a K p Konstanta K c se používá pro reakce s tekutinami, K p obvykle pro reakce ve kterých vystupují plyny. K P má stejný formát jako K c, místo koncentrací ovšem vystupují parciální tlaky (p A = x A ·p kde x A je molární zlomek složky A, p A její parciální tlak, p celkový tlak). Př.: Napište rovnovážnou konstantu K P reakce: N 2 (g) + 3H 2 (g)  2NH 3 (g) K P = ? Př.: Určete rovnovážnou konstantu K P syntézy amoniaku při 500K, jsou-li rovnovážné parciální tlaky P NH3 = 0.15 atm, P N2 = 1.2 atm a P H2 = 0.81 atm. U rovnovážné konstanty nebývá zvykem uvádět jednotky, ale je nutné vědět zda jde o K c nebo K p, jaká jednotka byla použita pro koncentraci/tlak a jaký je zápis příslušné chemické reakce.

7 Rovnováhy v heterogenních systémech Složení reagujících čistých složek (tuhých látek nebo kapalných fází) se při reakci nemění a ve vztahu pro rovnovážnou konstantu nevystupuje. Př.: Napište rovnovážnou konstantu pro reakci: CaCO 3 (s) + C(gr)  CaO(s) + 2CO(g). Př.: Napište rovnovážnou konstantu pro disociaci kyseliny octové ve vodném roztoku: CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l)  CH 3 COO  (aq) + H 3 O + (aq)

8 Rovnováhy v heterogenních systémech P CO 2 = K p CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) P CO 2 nezávisí na množství CaCO 3 ani CaO

9 Aplikace rovnovážné konstanty: rozsah reakce Rozsah reakce, tj. odhad zda budou v rovnovážné směsi převládat reaktanty nebo produkty, plyne z velikosti rovnovážné konstanty: –vysoké K (např )  převažují produkty. –nízké K (např. 10  10 )  převažují reaktanty. –Je-li hodnota K kolem 1, v rovnováze jsou ve srovnatelném množství přítomné reaktanty i produkty. Př.: Odhadněte jaké složky budou převládat v rovnováze u následujících reakcí:

10 Aplikace rovnovážné konstanty: směr reakce Pokud známe počáteční koncentrace reagujících látek, můžeme spočítat reakční kvocient: pro obecnou reakci aA + bB  cC + dD kde t je čas ve kterém byly koncentrace určeny, nemusí se tedy jednat o rovnováhu! Srovnáním Q c s K c lze zjistit spontánní směr reakce. Pokud jsou v systému pouze reaktanty, Q c = 0. Pokud jsou v systému pouze produkty, Q c  . Je-li Q c < K c, budou vznikat produkty. Je-li Q c > K c, budou vznikat reaktanty. Je-li Q c = K c, reakce neprobíhá. Př.: Určete směr reakce: H 2 (g) + I 2 (g)  2HI(g) pokud počáteční koncentrace jsou [H 2 ] o = [I 2 ] o = [HI] o = M při K c = 46.

11 Reakční kvocient Je-li Q c > K c reakce bude probíhat zprava doleva (přibývají reaktanty) Q c = K c systém je v rovnováze (reakce navenek neprobíhá) Q c < K c reakce bude probíhat zleva doprava (přibývají produkty)

12 Aplikace rovnovážné konstanty: výpočet rovnovážného složení Ze znalosti počátečního složení, stechiometrie a K c je možné vypočítat rovnovážné složení reakční směsi. Obecný postup: 1.Vyjádřit rovnovážné složení všech složek s použitím počátečního složení a bilanční neznámé x, která vyjadřuje změnu koncentrace. 2.Zapsat rovnovážnou konstantu s využitím takto definovaných rovnovážných koncentrací. Řešit rovnici pro proměnnou x. 3.Dosadit x do bilančních rovnic a vypočítat jednotlivé rovnovážné koncentrace.

13 Př.: Pro reakci: PCl 5 (g)  PCl 3 (g) + Cl 2 (g), K c = M při 340 o C. Najděte rovnovážné složení reakční směsi jsou-li počáteční koncentrace všech složek (reaktantu i produktů) M. Řešení: Nejprve vypočítáme Q c abychom zjistili kterým směrem bude reakce probíhat: Q c = < K c  reakce směřuje k produktům. Bilanční tabulka: Vztahy pro rovnovážné koncentrace dosadíme do rovnice pro rovnovážnou konstantu: Upravíme na kvadratickou rovnici ve tvaru ax 2 + bx + c = 0, určíme koeficienty a, b, c a řešíme: Vypočtené x dosadíme do bilančních vztahů. Výpočet rovnovážného složení: příklad

14 Faktory ovlivňující rovnovážný stav Změna v systému, který je v rovnováze, může způsobit změnu v rovnovážném stavu (složení). Le Châtelierův princip (princip pohyblivé rovnováhy): Začne-li působit na systém v rovnováze nějaký vnější vliv, bude se systém snažit o snížení účinku tohoto vnějšího zásahu. Podmínky které ovlivňují rovnováhu: –Koncentrace reaktantů nebo produktů. Přidáním nebo odebráním jednoho nebo více reaktantů nebo produktů z/do rovnovážné směsi. –Změnou tlaku rovnovážné směsi ve které jsou alespoň některé složky plynné. –Změna teploty.

15 Přidáním některé z látek se rovnováha posune tak aby se snížil přebytek této látky (odebráním naopak). Přidání jednoho nebo více reaktantů nebo odebrání jednoho nebo více produktů tedy vede k posunu rovnováhy doprava. Př.: Tabulka udává v 1. řádku rovnovážné složení směsi při syntéze NH 3 (g). Po odebrání poloviny NH 3 (g) spočítáme Q c a srovnáme s K c : Q c < K c  reakce bude probíhat doprava tak aby vzniklo další NH 3 (g). Př.: Použijeme tutéž rovnovážnou směs a 10x zvýšíme koncentraci N 2. Výsledný efekt bude podobný - Q c bude nižší než K c a bude vznikat dodatečný produkt. Faktory ovlivňující rovnovážný stav: koncentrace

16 Týká se pouze reakcí ve kterých vystupují plyny a látkové množství plynů se při reakci mění. Zvýšení tlaku (tj. zmenšení objemu) posune rovnováhu ve směru menšího látkového množství plynů. –Důsledek stavové rovnice: tlak a objem jsou navzájem nepřímo úměrné (p = nRT/V). Př.: Zjistěte jaký vliv na rovnováhu v uvedené reakci bude mít dvojnásobné zvýšení tlaku. V f = ½ V I, Q c < K c, rovnováha se posune doprava (počet molů plynů se při reakci snižuje ze 4 u reaktantů na 2 u produktů). Tuhé látky a kapaliny v reakcích nejsou ovlivněny tlakem. Př.: Určete kterým směrem se posune rovnováha uvedené reakce pokud dojde k dvojnásobnému zvýšení tlaku: C(s) + CO 2 (g)  2CO(g) Faktory ovlivňující rovnovážný stav: tlak

17 Změna teploty (  T) vede ke změně hodnoty rovnovážné konstanty (  K c ). Charakter změny K c s teplotou závisí na hodnotě reakční entalpie (  H r ). –Zvýšení teploty vede k dodatečnému průběhu endotermické reakce; –Snížení teploty vede k dodatečnému průběhu exotermické reakce. Jak ovlivní snížení teploty množství CO vzniklého následující reakcí: 2CO 2 (g)  2CO(g) + O 2 (g)  H r = 566 kJ Vliv katalyzátoru Katalyzátor nemá žádný vliv na polohu chemické rovnováhy, pouze urychluje dosažení rovnováhy. K c závisí na  H r, ne na E a. Faktory ovlivňující rovnovážný stav: teplota

18 Okysličování krve ve vyšších nadmořských výškách K c = [HbO 2 ] [Hb][O 2 ] Hb (aq) + O 2 (aq) HbO 2 (aq) O 2 (g) O 2 (aq) Při nižším tlaku se rovnováha 1. reakce posune vlevo, sníží se [O 2 ] a tudíž i [HbO 2 ]

19 Haberův proces N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g)  H 0 = kJ/mol (při 25 °C)


Stáhnout ppt "Dynamická podstata chemické rovnováhy Ve směsi reaktantů a produktů probíhá chemická reakce dokud není dosaženo rovnovážného stavu. Chemická rovnováha."

Podobné prezentace


Reklamy Google