"Химия", Журин А.А.
Обратимые химические реакции способны идти в двух направлениях: исходные вещества превращаются в продукты, а продукты — снова в исходные вещества. Направления протекают при одних и тех же условиях, поэтому в закрытой системе продукты постепенно вступают в обратную реакцию. Со временем устанавливается химическое равновесие: скорости прямой и обратной реакций становятся равными, а состав системы сохраняется постоянным, хотя превращения продолжаются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Обратимая химическая реакция — реакция, которая при одних и тех же условиях может идти в прямом и обратном направлениях. Сначала исходные вещества образуют продукты, а затем продукты могут снова превращаться в исходные вещества. Это понятие нужно, чтобы описывать процессы, которые не заканчиваются полным превращением всех веществ в одном направлении.
Прямая реакция — превращение исходных веществ в продукты реакции. В записи её направление читают слева направо. Такое обозначение помогает определить, какие вещества расходуются, а какие образуются на данном этапе.
Обратная реакция — превращение продуктов прямой реакции обратно в исходные вещества. Её направление читают справа налево. Она объясняет, почему продукты в замкнутой системе не только накапливаются, но и могут снова расходоваться.
Химическое равновесие — состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакций равны. Из-за этого состав системы со временем не меняется. Равновесие называют динамическим, потому что обе реакции продолжаются.
В замкнутой системе вещества не удаляются наружу, поэтому образовавшиеся продукты остаются рядом с исходными веществами. Они получают возможность взаимодействовать друг с другом и давать исходные вещества обратной реакции. В открытой системе продукты могли бы удаляться, и установление равновесия проходило бы иначе.
В начале процесса исходных веществ много, а продуктов почти нет. Поэтому столкновений, приводящих к прямой реакции, больше, а обратная реакция идёт медленно. По мере образования продуктов их концентрация увеличивается, и вероятность взаимодействия частиц продуктов возрастает.
Одновременно исходные вещества расходуются, поэтому скорость прямой реакции обычно уменьшается. Скорость обратной реакции, наоборот, увеличивается по мере накопления продуктов. Эти изменения продолжаются до тех пор, пока скорости двух направлений не сравняются.
Когда за одинаковый промежуток времени прямая и обратная реакции превращают одинаковое количество веществ, приход и расход каждого вещества компенсируют друг друга. Поэтому концентрации веществ перестают изменяться. Это не означает, что частицы перестали реагировать: одни превращения в прямом направлении уравновешиваются другими в обратном.
Обратимую реакцию записывают знаком ⇄, например N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃. Левая часть показывает вещества, из которых начинается прямое направление, а правая — продукты прямой реакции. Если читать запись справа налево, получают обратное направление: аммиак превращается в азот и водород.
Таблица помогает сравнить два направления процесса и состояние системы после установления равновесия. При чтении уравнения сначала определите левую и правую части, а затем соотнесите их с направлением реакции. В последней колонке обращайте внимание не на остановку реакций, а на постоянство состава.
| Характеристика | Прямая реакция | Обратная реакция | Состояние равновесия |
|---|---|---|---|
| Направление превращения веществ | Исходные вещества превращаются в продукты | Продукты превращаются в исходные вещества | Оба направления идут одновременно |
| Как со временем меняется скорость | Обычно уменьшается из-за расходования исходных веществ | Увеличивается по мере накопления продуктов | Скорости сохраняются равными |
| Соотношение скоростей | В начале больше скорости обратной реакции | В начале меньше скорости прямой реакции | Скорость прямой реакции равна скорости обратной |
| Изменение состава системы | Исходных веществ становится меньше | Продуктов становится меньше | Состав при данных условиях постоянен |
В уравнении N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ нужно назвать вещества для каждого направления. Слева записаны азот и водород, справа — аммиак. Направление определяем по тому, куда мысленно движемся по знаку ⇄.
Ответ: исходные вещества прямой реакции — N₂ и H₂, продукт — NH₃. В обратной реакции NH₃ превращается в N₂ и H₂.
В закрытом сосуде начинается обратимая реакция. Нужно проследить изменение скоростей от начала процесса до равновесия. Считаем, что сначала в сосуде есть главным образом исходные вещества.
Ответ: скорость прямой реакции обычно снижается, а скорость обратной возрастает. В равновесии они равны, поэтому состав сосуда больше не меняется.
Ученик утверждает, что при равенстве скоростей реакции прекращаются. Нужно проверить, что именно означает равенство скоростей. Оно показывает не остановку частиц, а одинаковую скорость противоположных превращений.
Ответ: утверждение неверно. Равновесие динамическое: обе реакции идут, но с одинаковыми скоростями.
Считать, что при равновесии реакции прекращаются. Так думают из-за постоянства состава системы. Проверка проста: равновесие означает равенство скоростей, а не их нулевое значение.
Путать равенство скоростей с равенством концентраций. Одинаковые скорости показывают равный темп превращений, но количество реагентов и продуктов может быть разным. Нужно отдельно сравнивать скорости и концентрации.
Называть реакцию обратимой только потому, что уравнение можно прочитать наоборот. Самой записи недостаточно: оба направления должны протекать при одних и тех же условиях. Проверьте, действительно ли продукты могут образовывать исходные вещества.
Считать, что состав равновесной системы не меняется при любых обстоятельствах. Постоянство состава относится к конкретным неизменным условиям. Если условия изменились, равновесие может нарушиться.
Для понимания темы нужны знания о химической реакции, реагентах и продуктах, а также умение читать уравнения. Понятия скорости реакции и концентрации объясняют, почему равновесие устанавливается не сразу. Позже эти знания помогут понять смещение равновесия и способы управления реакциями в промышленности.
Как понять, что реакция обратимая?
Такая реакция может идти и от исходных веществ к продуктам, и от продуктов обратно к исходным веществам при одних и тех же условиях. Обычно её обозначают знаком ⇄.
Что показывают стрелки ⇄ в уравнении реакции?
Они показывают два возможных направления превращения веществ. Слева направо записывают прямую реакцию, а справа налево — обратную.
Почему скорость обратной реакции со временем возрастает?
В начале процесса продуктов мало, поэтому обратная реакция идёт медленно. По мере накопления продуктов увеличивается число их взаимодействий, и скорость обратной реакции возрастает.
Что означает равенство скоростей прямой и обратной реакций?
За одинаковые промежутки времени в прямой и обратной реакциях превращается одинаковое количество веществ. Поэтому состав системы не меняется, хотя сами реакции продолжаются.
Почему химическое равновесие называют динамическим?
Слово «динамическое» означает, что движение и превращения не прекращаются. В равновесии просто уравниваются скорости двух противоположных реакций.
8. Обратимые химические реакции
