Определить, в какую сторону сместится равновесие при изменении условий, а также написать выражение для константы равновесия и объяснить, что она характеризует

Предмет: Химия
Раздел: Химическое равновесие

Дана реакция:
SO_3 (газ) + C (кристалл) \leftrightarrow SO_2 (газ) + CO (газ), \quad \Delta_r H > 0

Нужно определить, в какую сторону сместится равновесие при изменении условий, а также написать выражение для константы равновесия и объяснить, что она характеризует.

1. Анализ реакции и смещение равновесия

• \Delta_r H > 0 означает, что реакция эндотермическая (поглощает тепло).
• По принципу Ле Шателье, равновесие смещается:
  • В сторону, уменьшающую действие изменения.

1) При увеличении температуры

Поскольку реакция эндотермическая, при увеличении температуры равновесие сместится в сторону продуктов, т.е. вправо.
Ответ: равновесие сместится вправо.

2) При увеличении парциального давления CO

Увеличение парциального давления CO — это увеличение концентрации продукта реакции.
Равновесие сместится в сторону реагентов, чтобы уменьшить концентрацию CO.
Ответ: равновесие сместится влево.

3) При уменьшении общего давления

Общее давление влияет на равновесие газовой реакции.
Рассмотрим количество молей газа по обе стороны реакции:

• Левая часть: SO_3 (газ) + C (твердое) \Rightarrow 1 \text{ моль газа}
• Правая часть: SO_2 (газ) + CO (газ) \Rightarrow 2 \text{ моля газа}

Уменьшение давления смещает равновесие в сторону большего количества молей газа.
Значит, равновесие сместится вправо (в сторону продуктов).
Ответ: равновесие сместится вправо.

4) При уменьшении концентрации SO_3

Уменьшение концентрации реагента SO_3 сдвинет равновесие в сторону реагентов, чтобы компенсировать потерю.
Ответ: равновесие сместится влево.

2. Запись выражения для константы равновесия

Константа равновесия K_c для реакции:

SO_3 (газ) + C (кристалл) \leftrightarrow SO_2 (газ) + CO (газ)

записывается как отношение произведения концентраций продуктов к произведению концентраций реагентов, учитывая только вещества в газовой фазе (концентрация твердых веществ входит в константу и не учитывается явно):

 K_c = \frac{[SO_2][CO]}{[SO_3]} 

3. Что характеризует константа равновесия

Константа равновесия K_c характеризует соотношение концентраций продуктов и реагентов в состоянии химического равновесия при данной температуре. Она показывает, в какую сторону смещено равновесие:

• Если K_c > 1, то продуктов больше — равновесие смещено вправо.
• Если K_c < 1, то реагентов больше — равновесие смещено влево.

Итоговые ответы:

1. При увеличении температуры — равновесие смещается вправо (в сторону продуктов).
2. При увеличении парциального давления CO — равновесие смещается влево (в сторону реагентов).
3. При уменьшении общего давления — равновесие смещается вправо (в сторону продуктов).
4. При уменьшении концентрации SO_3 — равновесие смещается влево (в сторону реагентов).

Константа равновесия:

 K_c = \frac{[SO_2][CO]}{[SO_3]} 

Она характеризует отношение концентраций продуктов и реагентов в состоянии химического равновесия при данной температуре.