Тема: Хімічна рівновага.

Тема: Хімічна рівновага.

Мета: розглянути причини оборотності і необоротності хімічних реакцій; сформувати поняття про хімічну рівновагу; розглянути фактори, що впливають на стан хімічної рівноваги; розкрити зміст принципу Ле Шательє.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Структура уроку

І. Організаційний етап ....2 хв

II. Перевірка домашнього завдання... 4 хв

III.  Актуалізація опорних знань—. 5 хв

IV.     Вивчення нового матеріалу ... 20 хв

V.    Узагальнення та закріплення знань. ... 9 хв

VI. Домашнє завдання ... 2 хв

VII. Підбиття підсумків уроку ...3 хв

Хід уроку

I.               Організаційний етап

II.   Перевірка домашнього завдання

Учитель читає твердження. Учні в залежності від того, згодні вони чи ні зі змістом твердження, відповідають «так» чи «ні» («+» чи «-»).

	Твердження	Від-дь
1	Екзотермічні реакції відбуваються із виділенням тепло­ти .	+
2	В ендотермічних процесах внутрішня енергія речовин зменшується	-
3	Теплота реакції — це кількість теплоти, що виділяється або поглинається в хімічний реакціях	+
4	Тепловий ефект хімічної реакції — це сума внутрішньої енергії реагентів і продуктів реакції	-
5	Тепловий ефект реакції вимірюється в паскалях (Па) або кілопаскалях (кПа)	-
6	Тепловий ефект реакції позначається буквою Q	+
7	У термохімічних рівняннях обов'язково вказують агре­гатний стан речовин	+
8	Рівняння хімічних реакцій, у яких наводиться температу­ра реагентів, називають термохімічними рівняннями	-
9	При екзотермічних реакціях температура реакційної суміші підвищується	+
10	Ступінь подрібненості речовини впливає на швидкість хімічної реакції	+
11	Інгібітори –це речовини, які пригнічують швидкість протікання реакції	+
12	Каталіз – це процес який відбувається на катоді	-

III. Актуалізація  опорних знань

Колективне обговорення

Обговорюється питання: чи завжди реакції йдуть в одному напрямку: реагенти - продукти реакції? Учитель пропонує учням навести прикла­ди, коли можливий такий перехід. У ході обговорення робиться висновок про те, що деякі реакції йдуть тільки в одному напрямку, інші можуть іти в протилежних напрямках. Необхідно згадати умови перебігу йонних реакцій до кінця ( утв. води, осаду, газу).

IV.             Вивчення нового матеріалу

 Хімічна рівновага

Оборотні реакції ніколи не відбуваються до кінця. Розглянемо взаємодію водню з йодом з утворенням йодоводню. Нехай у початковий момент часу в посудині містяться тільки реагенти— водень та йод, і їхні концентрації максимальні. Молекули Н₂ і І₂ починають взаємодіяти одна з одною — відбувається пряма реакція. Швидкість цієї реакції в податковий момент часу максимальна і зменшується в міру того, як вихідні речовини витра­чаються.

І навпаки, зворотна реакція в початковий момент часу взагалі не відбувається, а зі зростанням концентрації продукту реакції — йодоводню — її швидкість збільшується. Нарешті, в якийсь момент часу швидкості прямої і зворотної реакцій стають рівними, а концентрації реагентів і продукту реакції перестають змінюватися із часом (такі концентрації називають рівноважними). Наступає хімічна рівновага.

Хімічна рівновага —- стан, при якому кількості всіх речовин, що

беруть участь в оборотній реакції, не змінюються з часом.

У стані рівноваги виникає помилкове враження, начебто в системі нічого не відбувається. Насправді і пряма, і зворотна реакції відбуваються одночасно із однаковими швидкостями: скільки продуктів утворюється в одиницю часу в результаті прямої реакції, стільки ж і витрачається у зворотній. Хімічна рівновага має динамічний характер.

Динамічний характер рівноваги можна проілюструвати на простому прикладі. Уявіть собі річку, по якій проти течії пливе човен. Якщо швидкість човна дорівнює швидкості течії, виникає обманливе відчуття, що човен є рухається  його положення щодо берегів буде незмінним.

Склад рівноважної суміші може бути різним залежно від умов. Якщо в суміші більше продуктів, ніж реагентів, то говорять, що рівновага зсунута праворуч, у бік продуктів реакції. Якщо ж у суміші переважають реагенти, то вважають, що рівновага зсунута ліворуч.

Чинники, які впливають на хімічну рівновагу.

Багато промислово важливих реакцій є оборотними. Щоб домагатися високого виходу продуктів, потрібно навчитися управляти рівновагою, всу­ваючи її в той чи інший бік. Оскільки положення рівноваги визначається швидкостями прямої і зворотної реакції, то воно залежить від тих самих факторів, що і швидкість, тобто від концентрації речовин і температури. Також на положення рівноваги в реакціях з участю газуватих речовий може вплинути і тиск.

А) Вплив концентрації речовин на хімічну рівновагу

Розглянемо суміш,отриману при нагріванні водню і парів йоду до певної температури. За певних умов між воднем, йодом і йодоводнем вста­новлюється рівновага:                                                                       

Н₂(г.) + І₂(г.) = 2НІ(г.) - 52 кДж.

 У стані рівноваги швидкості прямої і зворотної реакцій рівні. Якщо в рівноважну суміш додати водень, то швидкість прямої реакції збіль­шиться, рівновага порушиться і зсунеться праворуч. При цьому кількість йодоводню зростатиме доти, доки швидкість його розкладання знову не стане дорівнювати швидкості його утворення, тобто поки не буде досягнуто нового стану рівноваги. Іншими словами, додавання вихідної речовини до рівноважної суміші зсуває рівновагу праворуч, тобто в бік продуктів реакції. Навпаки, додавання продукту прискорює зворотну реакцію і зсуває хімічну рівновагу ліворуч, тобто в бік реагентів.

Правильне також і протилежне твердження: видалення одного з про­дуктів реакції зі сфери реакції зсуває рівновагу праворуч, що в підсумку робить процес необоротним. Саме тому виділення речовин із розчину у ви­гляді осаду або газу є умовою необоротності реакцій йонного обміну.

Цей висновок є окремим випадком загального принципу зсуву рів­новаги, що був сформульований французьким фізико-хіміком Анрі Ле Шательє:   

якщо на рівноважну систему зробити зовнішній вплив, то рівно­вага зсувається в бік ослаблення цього впливу.
 Демонстрація                                           

Дослід 1. У пробірку наллємо 15-20 мл води, в кожну пробірку додамо по 3-4 краплі розчинів ферум(ЇІІ) хлориду й амоній роданіду. Отриманий розчин розділимо на три пробірки. Першу пробірку використаємо для по­рівняння забарвлення розчинів. До другої пробірки додамо 4-5 крапель ферум(ІІІ) хлориду, а до третьої — 4-5 крапель амоній роданіду.  Порівняємо забарвлення розчинів у другій і третій пробірках з еталонною пробіркою та зробимо висновки про зсув хімічної рівноваги. Поясніть спостереження, ґрунтуючись на принципі Ле Шательє.

Б)  Вплив температури середовища на хімічну рівновагу

     Відповідно до принципу Ле Шательє збільшення температури зсуває рівновагу в бік охолодження, тобто підсилює ту реакцію, при якій теплота поглинається. Якщо пряма реакція екзотермічна, то при нагріванні рівновага зсувається ліворуч (у бік реагентів), а якщо пряма реакція ендотермічна, то рівновага зсувається праворуч (у бік продуктів). Зменшення температури зсуває рівновагу в бік нагрівання, тобто в напрямку екзотермічної реакції.

-         Якщо рівняння ендотермічне,  тобто з поглинанням тепла, то при підвищенні темп. Рівновага зміщується в бік реагентів, тобто вправо. В такому випадку пряма реакція має перевагу.

-         Якщо рівняння екзотермічне,  тобто з виділенням тепла, то при підвищенні темп. Рівновага зміщується в бік продуктів реакції, тобто вліво.. В такому випадку оборотня реакція має перевагу.

      Реакція розкладання кальцій карбонату є ендотермічною реакцією:

СаС0₃(тв.) = СаО(тв.) + С0₂(г.) - Q

   Добування кальцій оксиду (негашеного вапна) з вапняку є поширеною реакцією в промисловості, оскільки негашене вапно є важливою сировиною для  виготовлення будівельних матеріалів. Оскільки теплота в результаті цієї реакції поглинається, то для зсуву рівноваги в бік продуктів необхідно температуру підвищувати. Тому розкладання вапняку проводять при високій температурі.

Вираз «зсув рівноваги в бік тієї або іншої реакції» означає збільшення концентрації продуктів цієї реакції в порівнянні з попереднім станом рівноваги.

►  Демонстрація

Дослід 2. Йод з крохмалем утворює сполуку інтенсивно-синього забарвлення. Дослідіть вплив температури на цю рівновагу. Для цього у дві пробірки наллємо по 3-4 мл розчину крохмалю й додамо по 3-4 краплі розведеного розчину йоду. Одну з пробірок нагріємо в полум'ї спиртового пальника, а потім остудімо у склянці з водою. Як змінюється забарвлення розчину? Як зсувається рівновага при нагріванні та охолодженні? Якою реакцією — ендотермічною чи екзотермічною — є реакція утворення сполуки йоду з крохмалем?

В) Вплив тиску на хімічну рівновагу

     Тиск викликає зсув рівноваги тільки в реакціях за участю газуватих речовин і в результаті яких змінюється загальне число молекул газуватих речовин. Збільшення тиску зсуває рівновагу в бік зменшення числа моле­кул газів, тобто для зменшення тиску в рівноважній системі, а зменшення тиску зсуває рівновагу в бік збільшення числа молекул газів.

Наприклад, у реакції, синтезу амоніаку число молекул газуватих ре­човин зменшується (від 4 до 2), тобто в прямій реакції зменшується і тиск в  системі: 

Збільшення тиску зсуває рівновагу в бік зменшення числа молекул газів, внаслідок цього при підвищенні тиску рівновага зсувається в бік продукту реакції — амоніаку, тому синтез цієї речовини проводять під дуже високим тиском.

Розкладання карбонатної кислоти, навпаки, відбувається зі збільшен­ням числа молекул газуватих речовин:

Саме тому при відкриванні пляшки з газованою водою (розчином кар­бонатної кислоти) тиск усередині пляшки зменшується, і це сприяє прямій реакції, у ході якої тиск має збільшитися завдяки виділенню вуглекисло­го газу. Для приготування газованої води, тобто для отримання розчину карбонатної кислоти, необхідно спрямувати реакцію у протилежний бік. У цій реакції зсув рівноваги в бік карбонатної кисети відбувається при підвищенні тиску.

У реакції синтезу йодоводню з простих речовин число молекул газуватих речовин не змінюється (до і після реакції їх по 2):

На стан рівноваги таких реакцій зміна тиску не впливає.

Отже, - з підвищенням тиску рівновага зміщується в бік з меншою кількістю молекул газу;

- з зниженням тиску рівновага зміщується в бік з більшою кількістю молекул газу.

Г)  Вплив каталізаторів на хімічну рівновагу

  При додаванні каталізатора до суміші, що перебуває в стані рівнова­ги, прискорюються як пряма, так і зворотна реакції, причому швидкості обох реакцій збільшуються в однакове число разів. Рівновага при цьому зберігається. Таким чином, каталізатор не зсуває рівновагу, а тільки при­скорює її встановлення.

Завдання. Визначте, як впливає збільшення температури і тиску на вихід продуктів у таких реакціях:

Пряма реакція (пункт а) відбувається з поглинанням теплоти, тому нагрівання сприяє зсуву рівноваги праворуч, тобто вихід чадного газу СО збільшується. У ході прямої реакції загальне число молекул газів збільшу­ється: 1 моль С0₂ перетворюється на 2 моль СО (вуглець перебуває у твер­дому стані, тому його не враховують). Отже, збільшення тиску сприяє перебігу зворотної реакції, рівновага зсувається в бік реагенті, і вихід СО зменшується.                                   

Пряма реакція (пункт б) відбувається з виділенням теплоти, тому на­грівання сприяє перебігу зворотної реакції, рівновага зсувається в бік ви­хідних речовин, і вихід сірководню зменшується. У даній системі число молекул газів не змінюється: 1 моль Н₂ 1 моль Н₂S (сірка перебуває в рідкому стані й не враховується). Отже, тиск не впливає на положення рівноваги і вихід продукту.

V. Узагальнення та закріплення знань

►  Бесіда

1. Які хімічці реакції називають оборотними? Наведіть приклади.

2. Що розуміють під хімічною рівновагою? Чи є стан хімічної рівноваги статичним або динамічним?

3. Сформулюйте принцип Ле Шательє і проілюструйте його на при­кладах.

4. Які фактори і яким, чином впливають на стан хімічної рівноваги?

5.   Наведіть приклад оборотної газової реакції, в якій положення рівноваги не залежить від зовнішнього тиску.

   Виконання завдань

1. Як впливає на положення рівноваги і вихід продуктів зниження температури і збільшення тиску в таких реакціях:

2.   Які фактори сприяють збільшенню виходу продуктів таких про­мислово важливих реакцій:

VІ. Домашнє завдання

Повторити типи хімічних реакцій.

Навести по одному прикладу оборотних реакцій, у яких реагентами є: а) дві газуваті речовини; б) рідка і газувата речовина; в) тверда і газувата речовини; г) одна тверда речовина.

VII. Підбиття підсумків уроку