Вопрос: К каким последствиям приведет повышение давления при проведении реакции типа \(A_x \rightleftharpoons D_x + C_x\)?
Варианты ответов:
- к увеличению равновесного выхода продукта
- к увеличению равновесной степени превращения реагента A
- к никаким
- к увеличению скорости реакции
Решение:
Для ответа на этот вопрос снова применим принцип Ле Шателье. Этот принцип гласит, что если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, чтобы ослабить это воздействие.
Рассмотрим реакцию:
\[A_x \rightleftharpoons D_x + C_x\]Здесь \(x\) обозначает стехиометрические коэффициенты, которые, судя по записи, одинаковы для всех участников реакции. Это означает, что количество молей газообразных веществ на левой стороне равно количеству молей газообразных веществ на правой стороне.
Например, если \(x=1\), то реакция выглядит как \(A \rightleftharpoons D + C\). В этом случае:
- Количество молей газообразных веществ в левой части: 1 моль (реагент A)
- Количество молей газообразных веществ в правой части: 1 моль (продукт D) + 1 моль (продукт C) = 2 моля
Таким образом, в данной реакции количество молей газообразных веществ увеличивается при переходе от реагентов к продуктам (1 моль превращается в 2 моля).
Применение принципа Ле Шателье к изменению давления:
Повышение давления на систему, находящуюся в равновесии, приводит к смещению равновесия в сторону уменьшения общего количества молей газообразных веществ. Это позволяет системе ослабить внешнее воздействие (повышение давления).
В нашей реакции \(A_x \rightleftharpoons D_x + C_x\), как мы выяснили, количество молей газообразных веществ увеличивается при движении в прямом направлении (от A к D и C). Следовательно, для уменьшения общего количества молей газообразных веществ, равновесие должно сместиться в обратном направлении, то есть в сторону образования исходного реагента A.
Смещение равновесия в сторону исходных реагентов означает, что равновесный выход продуктов уменьшится, а равновесная степень превращения реагента A также уменьшится.
Важное замечание о скорости реакции:
Повышение давления (для газообразных реакций) обычно приводит к увеличению концентрации реагентов, что, в свою очередь, увеличивает частоту столкновений молекул и, как следствие, увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции. Однако вопрос касается смещения равновесия, а не только скорости.
Анализ вариантов ответов:
- к увеличению равновесного выхода продукта: Неверно. Равновесие смещается в сторону исходных реагентов, поэтому выход продуктов уменьшится.
- к увеличению равновесной степени превращения реагента A: Неверно. Равновесие смещается в сторону исходных реагентов, поэтому степень превращения реагента A уменьшится.
- к никаким: Неверно, так как изменение давления влияет на равновесие, если есть изменение количества молей газообразных веществ.
- к увеличению скорости реакции: Это верно, что скорость реакции увеличится, но это не является смещением равновесия. Вопрос подразумевает именно смещение равновесия, то есть изменение соотношения реагентов и продуктов в состоянии равновесия. Если бы вопрос был "К каким последствиям приведет повышение давления?", то увеличение скорости было бы одним из них. Но если речь идет о равновесии, то смещение происходит в сторону меньшего числа молей. В данном случае, смещение равновесия приведет к уменьшению выхода продуктов и степени превращения реагента А. Однако, если выбирать из предложенных вариантов, и ни один из них не описывает уменьшение выхода/степени превращения, то нужно пересмотреть формулировку вопроса или вариантов.
Давайте перечитаем вопрос внимательно: "К каким последствиям приведет повышение давления при проведении реакции типа \(A_x \rightleftharpoons D_x + C_x\)?"
Если \(x\) - это стехиометрический коэффициент, то реакция \(A_x \rightleftharpoons D_x + C_x\) означает, что 1 моль \(A_x\) превращается в 1 моль \(D_x\) и 1 моль \(C_x\). То есть, 1 моль газообразного вещества превращается в 2 моля газообразных веществ.
При повышении давления равновесие смещается в сторону меньшего числа молей газа. В данном случае, это смещение в сторону реагента \(A_x\).
Следовательно:- Равновесный выход продукта уменьшится.
- Равновесная степень превращения реагента A уменьшится.
Ни один из первых двух вариантов не соответствует этому. Вариант "к никаким" также неверен.
Однако, повышение давления всегда увеличивает концентрацию газообразных реагентов, что приводит к увеличению частоты столкновений и, как следствие, к увеличению скорости реакции (как прямой, так и обратной). Это является прямым последствием повышения давления, независимо от смещения равновесия.
Если вопрос подразумевает *любые* последствия, а не только смещение равновесия, то "к увеличению скорости реакции" является верным утверждением. В контексте множественного выбора, где нет варианта, описывающего уменьшение выхода/степени превращения, этот вариант становится наиболее подходящим, так как повышение давления *всегда* увеличивает скорость реакции для газофазных процессов.
Окончательный вывод:
Хотя повышение давления смещает равновесие в сторону реагентов (уменьшая выход продуктов), из предложенных вариантов только "к увеличению скорости реакции" является безусловно верным последствием повышения давления для газофазных реакций. Если бы был вариант "к уменьшению равновесного выхода продукта" или "к уменьшению равновесной степени превращения реагента A", он был бы более точным ответом на вопрос о *смещении равновесия*. Но поскольку таких вариантов нет, а увеличение скорости реакции является прямым следствием повышения давления, выбираем его.
Ответ:
Правильный ответ: к увеличению скорости реакции.