5. Химическое равновесие.
Химическое равновесие – это состояние обратимой химической реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, и концентрации всех участников реакции (реагентов и продуктов) остаются постоянными во времени.
Обратимые реакции – это реакции, которые могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении.
Пример:
\[N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)\]Константа химического равновесия (\(K_c\)):
Для общей обратимой реакции:
\[aA + bB \rightleftharpoons cC + dD\]Константа равновесия выражается как отношение произведения равновесных концентраций продуктов к произведению равновесных концентраций реагентов, возведенных в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам:
\[K_c = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}\]Где \([A], [B], [C], [D]\) – равновесные молярные концентрации веществ.
Принцип Ле Шателье (принцип смещения равновесия):
Если на систему, находящуюся в химическом равновесии, оказывается внешнее воздействие (изменение температуры, давления или концентрации), то равновесие смещается в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.
- Влияние концентрации:
- Увеличение концентрации реагентов смещает равновесие в сторону образования продуктов (прямая реакция).
- Увеличение концентрации продуктов смещает равновесие в сторону образования реагентов (обратная реакция).
- Влияние температуры:
- Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (поглощающей тепло).
- Понижение температуры смещает равновесие в сторону экзотермической реакции (выделяющей тепло).
- Влияние давления (для реакций с участием газов):
- Повышение давления смещает равновесие в сторону образования меньшего числа молей газа.
- Понижение давления смещает равновесие в сторону образования большего числа молей газа.
- Если число молей газа до и после реакции одинаково, изменение давления не влияет на равновесие.
- Влияние катализатора: Катализатор ускоряет как прямую, так и обратную реакции в равной степени, поэтому он не смещает химическое равновесие, а лишь ускоряет его достижение.
6. Способы выражения концентрации растворов.
Раствор – это гомогенная (однородная) смесь двух или более веществ, состоящая из растворителя и растворенного вещества (или нескольких веществ).
Концентрация раствора – это величина, характеризующая относительное содержание растворенного вещества в растворе.
Основные способы выражения концентрации:
1. Массовая доля растворенного вещества (\(\omega\)):
Показывает, какая часть от общей массы раствора приходится на растворенное вещество. Выражается в долях единицы или в процентах.
\[\omega = \frac{m_{\text{вещества}}}{m_{\text{раствора}}} = \frac{m_{\text{вещества}}}{m_{\text{вещества}} + m_{\text{растворителя}}}\]Если в процентах, то:
\[\omega (\%) = \frac{m_{\text{вещества}}}{m_{\text{раствора}}} \cdot 100\%\]Где:
- \(m_{\text{вещества}}\) – масса растворенного вещества.
- \(m_{\text{раствора}}\) – масса раствора.
- \(m_{\text{растворителя}}\) – масса растворителя.
2. Молярная концентрация (молярность, \(C_M\) или \(M\)):
Показывает количество молей растворенного вещества в одном литре раствора. Единица измерения – моль/л.
\[C_M = \frac{n_{\text{вещества}}}{V_{\text{раствора}}}\]Где:
- \(n_{\text{вещества}}\) – количество вещества (в молях).
- \(V_{\text{раствора}}\) – объем раствора (в литрах).
Количество вещества \(n\) можно найти по формуле:
\[n = \frac{m}{M}\]Где \(m\) – масса вещества, \(M\) – молярная масса вещества.
3. Моляльная концентрация (моляльность, \(C_m\)):
Показывает количество молей растворенного вещества в одном килограмме растворителя. Единица измерения – моль/кг.
\[C_m = \frac{n_{\text{вещества}}}{m_{\text{растворителя}}}\]Где:
- \(n_{\text{вещества}}\) – количество вещества (в молях).
- \(m_{\text{растворителя}}\) – масса растворителя (в килограммах).
4. Нормальная концентрация (нормальность, \(C_N\) или \(N\)):
Показывает количество эквивалентов растворенного вещества в одном литре раствора. Единица измерения – моль-экв/л.
\[C_N = \frac{n_{\text{экв}}}{V_{\text{раствора}}}\]Где:
- \(n_{\text{экв}}\) – количество эквивалентов вещества.
- \(V_{\text{раствора}}\) – объем раствора (в литрах).
Количество эквивалентов \(n_{\text{экв}}\) можно найти по формуле:
\[n_{\text{экв}} = \frac{m}{M_{\text{экв}}}\]Где \(M_{\text{экв}}\) – молярная масса эквивалента вещества.
Связь между нормальной и молярной концентрацией:
\[C_N = C_M \cdot z\]Где \(z\) – число эквивалентности (для кислоты – число атомов водорода, для основания – число гидроксильных групп, для соли – заряд катиона или аниона, умноженный на их количество).
5. Объемная доля (\(\phi\)):
Показывает, какая часть от общего объема раствора приходится на растворенное вещество. Используется для смесей газов и жидкостей. Выражается в долях единицы или в процентах.
\[\phi = \frac{V_{\text{вещества}}}{V_{\text{раствора}}}\]Если в процентах, то:
\[\phi (\%) = \frac{V_{\text{вещества}}}{V_{\text{раствора}}} \cdot 100\%\]Где:
- \(V_{\text{вещества}}\) – объем растворенного вещества.
- \(V_{\text{раствора}}\) – объем раствора.
6. Мольная доля (\(x\)):
Показывает отношение количества молей одного компонента к общему количеству молей всех компонентов в растворе.
\[x_{\text{вещества}} = \frac{n_{\text{вещества}}}{n_{\text{вещества}} + n_{\text{растворителя}}}\]Где:
- \(n_{\text{вещества}}\) – количество молей растворенного вещества.
- \(n_{\text{растворителя}}\) – количество молей растворителя.