Chapter 14: Chemical Equilibrium

Back to chapter

14.8:

Принцип Ле Шателье: изменение объема (давления)

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Le Chatelier’s Principle: Changing Volume (Pressure)

Previous Video
14.7: Le Chatelier’s Principle: Changing Concentration

Next Video
14.9: Le Chatelier’s Principle: Changing Temperature

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Принцип Ле Шателье можно использовать для предсказания того, как система в состоянии равновесия отреагирует на стресс, возникающее при изменении объема или давления. Объем газа обратно пропорционален его давлению;поэтому для системы, находящейся в состоянии равновесия, уменьшение объема увеличивает давление и нарушает равновесие. В ответ равновесие сместится в направлении минимизации стресса.Закон идеального газа гласит, что давление газа прямо пропорционально количеству молей. Таким образом, направление смещения, необходимого для восстановления равновесия, зависит от количества молей частиц газа по обе стороны реакции. Поскольку большее количество молей газа приводит к более высокому давлению, увеличение давления смещает равновесие в сторону с меньшим количеством молей, чтобы снизить давление.Точно так же снижение давления смещает равновесие в сторону с большим количеством молей газа. Рассмотрим химическое равновесие, при котором один моль газообразного пентахлорида фосфора разлагается на один моль треххлористого фосфора и один моль газообразного хлора всего два моля продукта. Если поршень опускается, объем равновесной системы уменьшается, увеличивая давление.Это нарушает равновесие и приводит к тому, что Q становится больше, чем K.Таким образом, равновесие смещается в сторону исходных веществ с меньшим количеством молей частиц газа, чтобы снизить давление и восстановить равновесие. И наоборот, поднятие поршня вверх увеличивает объем и снижает давление. В этом случае Q становится меньше, чем K.Для повышения давления равновесие смещается в сторону продуктов, стороны с наибольшим количеством молей газа, и восстанавливает равновесие.Повышение давления путем добавления инертного газа к равновесной смеси при постоянном объеме не влияет на равновесие, поскольку парциальные давления газообразных исходных веществ и продуктов реакции остаются неизменными. Для равновесных систем с равным числом молей газообразных исходных веществ и продуктов реакции, таких как реакция между газообразным йодом и газообразным хлором с образованием монохлорида йода, изменение объема системы не влияет на равновесие.

14.8:

Принцип Ле Шателье: изменение объема (давления)

При равновесии газовой фазы изменения концентрации реагенты и продуктов могут происходить при изменении объема и давления. Парциальное давление, P, идеального газа пропорционально его молярной концентрации, М.

Таким образом, изменения парциального давления любого реагент или продукта по существу изменятся в концентрациях, поэтому эти изменения оказывают такое же влияние на равновесие. Помимо добавления или удаления реагенты или продуктов, давление (концентрации) видов в равновесии газовой фазы также можно изменить, изменив объем, занимаемый системой. Поскольку все виды газового равновесия занимают один и тот же объем, то изменение объема приведет к одинакового изменения концентрации как для реагенты, так и для продуктов. Для того чтобы определить, какой сдвиг, если он есть, этот тип напряжения вызовет, необходимо рассмотреть стехиометрию реакции.

При равновесии реакция N₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 НЕТ (g) описывается реактивным соотношением

Если объем, занимаемый равновесной смесью этих видов, уменьшается в 3 раз, парциальное давление всех трех видов будет увеличено в 3 раз:

Таким образом, изменение объема этой газовой смеси не приводит к смещению равновесия.

Аналогичное лечение другой системы, 2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 SO₃ (g), однако, дает другой результат:

В этом случае изменение объема приводит к тому, что коэффициент реакции меньше, чем константа равновесия, и поэтому равновесие будет смещаться вправо.

Эти результаты иллюстрируют взаимосвязь между стехиометрией газового фазового равновесия и эффектом изменения давления (концентрации), вызванного объемом. Если общее молярное количество реагенты и продуктов равно, как и в первом примере, изменение объема не смеет равновесие. Если молярное количество реагенты и продуктов отличается, изменение объема смещает равновесие в направлении, которое лучше «приспосабливает» изменение объема. Во втором примере три моль реагент (SO₂ и O₂) дают две моль продукта (SO₃), и поэтому уменьшение объема системы вызывает смещение равновесия вправо, так как при прямой реакции образуется меньше газа (2 моль), чем при обратной реакции (3 моль). И наоборот, увеличение объема этой равновесной системы приведет к смещению в сторону реагента.

Этот текст был адаптирован к Openstax, Химия 2е изд., раздел 13.3 Сдвиг равновесия: Принцип Ле-Шателье.

Tags

Le Chatelier’s Principle Equilibrium Stress Change In Volume Change In Pressure System Response Disturbance Equilibrium Position Minimize Stress Ideal Gas Law Number Of Moles Shift In Equilibrium Gas Particles Chemical Equilibrium Phosphorus Pentachloride Decomposition Phosphorus Trichloride Chlorine Gas