Dynamická podstata chemické rovnováhy

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Chemické reakce a teplo
Advertisements

Tenze páry nad kapalinou a roztokem
PRŮBĚH CHEMICKÉ REAKCE
Chemické reakce Mgr. Helena Roubalová
Fázové rovnováhy Fáze je homogenní část soustavy oddělená od ostatních fází rozhraním, v němž se vlastnosti mění nespojitě – skokem. Soustavy s dvěma fázemi:
Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce
A B Rychlost chemické reakce time D[A] Dt rychlost = - D[B] Dt
1 Termodynamika kovů. 2 Základní pojmy – složka, fáze, soustava Základní pojmy – složka, fáze, soustava Složka – chemické individuum Fáze – chemicky i.
Fázové rovnováhy.
FS kombinované Chemické reakce
Acidobazické rovnováhy (rovnováhy kyselin a zásad) pH - definice silné a slabé kyseliny a zásady, výpočet pH soli slabých kyselin a zásad, hydrolýza, výpočet.
Soli Soli jsou iontové sloučeniny vzniklé neutralizační reakcí.
Zkoumá rychlost reakce a faktory, které reakci ovlivňují
VY_32_INOVACE_05-14 Chemická kinetika I
VY_32_INOVACE_05-13 Termochemie
Reakční rychlost Rychlost chemické reakce
Chemické reakce Chemická reakce je děj, při kterém se výchozí látky mění na jiné látky zánikem původních a vznikem nových vazeb Každá změna ve vazebných.
Kinetika chemických reakcí (učebnice str. 97 – 109)
Oxidačně-redukční reakce
Kinetika ∆c ∆t.
KINETIKA CHEMICKÝCH REAKCÍ
Termodynamika a chemická kinetika
Reakční kinetika zabývá se průběhem reakcí, rychlostmi reakcí
CHEMICKÉ REAKCE.
Změny při chemických reakcích
Kinetika chemických reakcí
20.1 O chemických reakcích (t, v, katalyzátor, n, c).
Chemický děj.
Kinetika ∆c ∆t.
Faktory ovlivňující reakční rychlost, teorie chemické kinetiky
Vlivy na rychlost chemických reakcí
X. Chemická ROVNOVÁHA Pozor: tato kapitola se velmi plete s chemickou kinetikou (kapitola VIII) !! Pozn.: Jen stručně, podrobnosti jsou v učebnicích.
Rovnovážné stavy.
Fyzikálně-chemické aspekty procesů v prostředí
Ovlivnění chemické rovnováhy
Reakční kinetika předmět studia reakční kinetiky
Fázové rovnováhy podmínky rovnováhy v heterogenních soustavách
Chemická rovnováha Pojem chemické rovnováhy jako dynamické rovnováhy.
Rovnovážné stavy.
Schéma rovnovážného modelu Environmental Compartments
CHEMICKÁ VAZBA řešení molekulách Soudržná síla mezi atomy v ………………..
CHEMICKÁ ROVNOVÁHA VE ZVRATNÝCH REAKCÍCH II
okolí systém izolovaný Podle komunikace s okolím: 1.
Tenze páry nad kapalinou a roztokem
AUTOR: Ing. Ladislava Semerádová
Adsorpce plynů a adsorpce z roztoků na pevné materiály
Termodynamika materiálů 8. Chemická rovnováha jednoduchých reakcí pevných látek Jindřich Leitner  Jindřich Leitner.
VIII. Chemické reakce : KINETIKA
Chemická rovnováha Pojem chemické rovnováhy jako dynamické rovnováhy.
Název školyStřední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ AutorMgr. Radomír Tomášů Název šablonyIII/2.
5.4. Účinné průřezy tepelných neutronů
AUTOR: Ing. Ladislava Semerádová ANOTACE: Výukový materiál je určen pro studenty 1.ročníku SŠ. Může být použit při výkladu a procvičení stechiometrických.
Diference a diferenciál Způsoby vyčíslování termodynamických dat.
Chemické reakce Chemická rovnováha Termochemie.
Ideální plyn velikost a hmota částic je vůči jeho objemu zanedbatelná, mezi částicemi nejsou žádné interakce, žádná atrakce ani repulse. Částice ideálního.
Chemické reakce a výpočty Přírodovědný seminář – chemie 9. ročník ZŠ Benešov,Jiráskova 888 Ing. Bc. Jitka Moosová.
Název vzdělávacího materiálu: Rovnováhy Číslo vzdělávacího materiálu: ICT9/18 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název sady.
R YCHLOST CHEMICKÉ REAKCE RNDr. Marta Najbertová.
EU peníze středním školám
Základní pojmy.
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_04-01
Ch_16_Exotermické a endotermické reakce
Název: Rychlost chemické reakce
Typy chemických reakcí, Chemie 8. a 9. ročník
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
Reakční kinetika.
Vlivy na rychlost chemických reakcí
Schéma rovnovážného modelu Environmental Compartments
Adsorpce plynů a adsorpce z roztoků na pevné materiály
Kinetika chemických reakcí (učebnice str. 97 – 109)
Transkript prezentace:

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 + 3H2  CH4 + H2O

Rovnovážný stav konstanta 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: H2(g) + O2(g)  H2O(g) Obousměrná šipka naznačuje vyrovnanější poměr reaktantů a produktů v rovnováze: N2O4 (g)  2NO2(g). Rovnováha se ustaví vždy, nezávisle na tom jaké bylo původní složení reakční směsi: konstanta

Rovnovážná konstanta elementárních reakcí Chemická rovnováha nastane když se vyrovnají rychlosti přímé a zpětné reakce: Rf = Rr. Př.: rozklad N2O4: N2O4 (g)  2NO2(g) kf[N2O4] = kr[NO2]2 nebo kde Kc je rovnovážná konstanta. Rovnovážná konstanta pro obecnou reakci má tvar: aA + bB + cC + ...  mM + nN + oO ....

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 Kc: Závěr: vztah pro rovnovážnou konstantu je nezávislý na reakčním mechanismu

Rovnovážná konstanta přímé a zpětné reakce Rovnovážná konstanta zpětné reakce: aA + bB  cC + dD cC + dD  aA + bB Př.: Určete rovnovážnou konstantu reakce: ½N2(g) + 3/2 H2(g)  NH3(g) znáte-li N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) Kc = 1.7x102 Př.: Určete rovnovážnou konstantu pro vznik HI(g) jsou-li rovnovážné koncentrace H2, I2 a HI 0.0060 M, 0.106 M a 0.189 M. H2(g) + I2(g)  2HI(g) Kc = ? ½ H2(g) + ½ I2(g)  HI(g) Kc = ?

Rovnovážné konstanty Kc a Kp Konstanta Kc se používá pro reakce s tekutinami, Kp obvykle pro reakce ve kterých vystupují plyny. KP má stejný formát jako Kc, místo koncentrací ovšem vystupují parciální tlaky (pA = xA·p kde xA je molární zlomek složky A, pA její parciální tlak, p celkový tlak). Př.: Napište rovnovážnou konstantu KP reakce: N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) KP = ? Př.: Určete rovnovážnou konstantu KP syntézy amoniaku při 500K, jsou-li rovnovážné parciální tlaky PNH3 = 0.15 atm, PN2 = 1.2 atm a PH2 = 0.81 atm. U rovnovážné konstanty nebývá zvykem uvádět jednotky, ale je nutné vědět zda jde o Kc nebo Kp, jaká jednotka byla použita pro koncentraci/tlak a jaký je zápis příslušné chemické reakce.

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: CaCO3(s) + C(gr)  CaO(s) + 2CO(g). Př.: Napište rovnovážnou konstantu pro disociaci kyseliny octové ve vodném roztoku: CH3COOH(aq) + H2O(l)  CH3COO(aq) + H3O+(aq)

Rovnováhy v heterogenních systémech CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) PCO 2 = Kp PCO 2 nezávisí na množství CaCO3 ani CaO

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. 1010)  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:

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 Qc s Kc lze zjistit spontánní směr reakce. Pokud jsou v systému pouze reaktanty, Qc = 0. Pokud jsou v systému pouze produkty, Qc  . Je-li Qc < Kc, budou vznikat produkty. Je-li Qc > Kc, budou vznikat reaktanty. Je-li Qc = Kc, reakce neprobíhá. Př.: Určete směr reakce: H2(g) + I2(g)  2HI(g) pokud počáteční koncentrace jsou [H2]o = [I2]o = [HI]o = 0.0020M při Kc = 46.

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

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

Výpočet rovnovážného složení: příklad Př.: Pro reakci: PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g), Kc = 0.800 M při 340oC. Najděte rovnovážné složení reakční směsi jsou-li počáteční koncentrace všech složek (reaktantu i produktů) 0.120 M. Řešení: Nejprve vypočítáme Qc abychom zjistili kterým směrem bude reakce probíhat: Qc = 0.120 < Kc  reakce směřuje k produktům. Bilanční tabulka: Vztahy pro rovnovážné koncentrace dosadíme do rovnice pro rovnovážnou konstantu: Upravíme na kvadratickou rovnici ve tvaru ax2 + bx + c = 0, určíme koeficienty a, b, c a řešíme: Vypočtené x dosadíme do bilančních vztahů.

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.

Faktory ovlivňující rovnovážný stav: koncentrace 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 NH3(g). Po odebrání poloviny NH3(g) spočítáme Qc a srovnáme s Kc: Qc < Kc  reakce bude probíhat doprava tak aby vzniklo další NH3(g). Př.: Použijeme tutéž rovnovážnou směs a 10x zvýšíme koncentraci N2. Výsledný efekt bude podobný - Qc bude nižší než Kc a bude vznikat dodatečný produkt.

Faktory ovlivňující rovnovážný stav: tlak 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. Vf = ½ VI, Qc < Kc, 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) + CO2(g)  2CO(g)

2CO2(g)  2CO(g) + O2(g) Hr = 566 kJ Faktory ovlivňující rovnovážný stav: teplota Změna teploty (T) vede ke změně hodnoty rovnovážné konstanty (Kc). Charakter změny Kc s teplotou závisí na hodnotě reakční entalpie (Hr). 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: 2CO2(g)  2CO(g) + O2(g) Hr = 566 kJ Vliv katalyzátoru Katalyzátor nemá žádný vliv na polohu chemické rovnováhy, pouze urychluje dosažení rovnováhy. Kc závisí na Hr, ne na Ea.

Okysličování krve ve vyšších nadmořských výškách O2 (g) O2 (aq) Hb (aq) + O2 (aq) HbO2 (aq) Kc = [HbO2] [Hb][O2] Při nižším tlaku se rovnováha 1. reakce posune vlevo, sníží se [O2] a tudíž i [HbO2]

Haberův proces N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) DH0 = -92.6 kJ/mol (při 25 °C)