Химиялық тепе-теңдік және оның ығысу шарттары Ле-Шателье принципі

Сабақтың  тақырыбы:  Химиялық тепе-теңдік және оның ығысу шарттары Ле-Шателье принципі   

Сабақтың мақсаты:

Білімділік :  химиялық тепе-теңдік туралы түсініктерді қалыптастыру, тепе-

                                        теңдіктің динамикалық сипатын көрсету және әртүрлі 

                                        факторлардың (концентрацияның,температураның және 

                                        қысымның) химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әсерін

                                       қарастыру,

  Дамытушылық: Ле-Шателье принципін тұжырымдау.Есеп шығару дағдысын      

                                        одан  әрі жетілдіру.

 Тәрбиелік: Ұйымшылдыққа,шапшаңдыққа тәрбиелеу. 

Сабақтың көрнекілігі: Power Point презентациясы

Құрал-жабдықтар: Д.И.Менделеевтің  ПЖ

Сабақтың барысы:

                             А) Ұйымдастыру бөлімі

                             Ә) Үй тапсырмасына шолу

— Катализ(өршіткі), катализдің түрлері

— Тежегіштер дегеніміз не?

-Катализдік реакциялар

-Адсорбция, адсорбат, промоторлар, катализдік улар, ферментерге қысқаша сипаттама беріңіздер.

Жаңа тақырыпты түсіндіру:

Тура және кері реакциялар бірдей жылдамдықпен жүрген жағдайда химиялық тепе-теңдік күйі орнайды.Тек қана бір бағытта жүретін және бастапқы әрекеттесуші соңғы заттарға толық айналуымен аяқталатын реакцияны қайтымсыз реакция деп атайды.Қайтымсыз реакцияға қыздырғанда (бертолле тұзы) калий хлораты мысал бола алады.  

2KClO_{3         MnO2} ^t°        2 KCI  + 3O₂ ↑                    

Калий хлораты калий хлориді мен оттегіге  толық айналғанда ғана реакция тоқтайды. Қайтымсыз реакциялар онша көп емес.Реакциялардың көбі қайтымды болады.

Қайтымды реакциялар деп өзара қарама-қарсы екі бағытта да жүретін реакцияларды айтады.

        Қайтымды реакциялар теңдеулерінің оң және сол жақтарының арасына қарама-қарсы жаққа бағытталған екі стрелка қояды.Қайтымды реакцияға сутегімен азоттан аммиакты синтездеу мысал болады:

N₂ + 3 Н₂                            2 NН₃ + Q

Техникада қайтымды реакциялар, әдетте,тиімсіз.Сондықтан оларды әртүрлі әдістермен (қысымды,температураны, және т.б.өзгерте отырып)іс жүзінде қайтымсыз реакцияға айналдырады. Қайтымсыз реакцияларға олар жүрген кезде.

• алынған өнімнің біреуі реакция сферасынан бөлініп тұнба түрінде,газ күйінде ұшып кететін, мысалы:

             ВаСІ ₂     +  Н₂ SO₄ =ВаSO₄ ↓ +  2HCl   

                      Na₂CO₃+ 2HCl  =  2NaCI  + CO₂ ↑  +  H₂O   

• өте аз диссоцияланатын қоcылыс түзілетін, мысалы су    

                  НСl + NaOH = H₂O  + NaCl    

• реакция жүргенде өте көп жылу бөлініп шығатын, мәселен магнийдің жану реакциялары жатады.

                     2Mg + O₂ = 2 Mg O,    ∆Н =+602,5 кДж/моль.  

         Қайтымды реакциялар  теңдеуінің оң және сол бөлігінің ортасына тепе-теңдік белгісі немесе  стрелка қойылады.              

         Химиялық  тепе-теңдік     

        Қайтымды реакциялар аяғына дейін жүрмейді, олар химиялық тепе-теңдік туумен аяқталады.Мысалы, аммиакты синтездеу реакциясын қарастырайық:

                                  N₂ + 3 Н₂                   2 NН₃ +  Q   

         Әрекеттесуші массалар заңына сәйкес тура (υ₁) және кері (υ₂) 

υ₁=k₁CN₂  * C³H₂

υ₂= k₂*C²NH₃

Белгілі уақыт бірлігінде түзілген аммиак молекуласының саны азот пен сутегі молекуласына ыдырайтын санға тең болғанда ғана тепе –теңдік пайда болады.

химиялық тепе –теңдікті тура және кері реакцияның жылдамдығы өзара тең болғандағы әрекеттесуші заттардың күйі деп анықтауға болады.

       Тепе –теңдік кезінде тура және кері реакция тоқталмайды.Сондықтан мұндай тепе-теңдікті жылжымалы немесе динамикалық тепе-теңдік деп атайды.Екі реакцияның әсері бірін-бірі жоятындықтан әрекеттесуші қоспадан айтарлықтай өзгеріс болмайды: барлық  әрекеттесетін яғни бастапқы және түзілген заттардың концентрациясы — тұрақты еш өзгеріссіз болады. Химиялық тепе-теңдік кезіндегі қалыптасатын әрекеттесуші заттардың концентрациясын тепе – теңдік концентрациясы деп атайды. Тепе-теңдік емес концентрациядан [Н₂],[N₂], [NH₃] , айырмашылығы,оларды әдетте, квадрат жақша ішіне алып әрекеттесетін заттардың формуласы мен көрсету қабылданған. мәселен  

C Н₂ ,C N₂, C  HN_3.

      Химиялық  тепе –теңдік күйге  әрекеттесетін заттардың концентрациясы температура, ал газ күйіндегі заттарға — қысым әсер етеді.Бұл параметрлердің біреуі өзгерсе тепе-теңдік бұзылып, басқа тепе-теңдік концентрациясына сай жаңа теп-теңдік пайда болғанға дейін әрекеттесуші заттардың концентрациясы өзгеріп отырады.Реакцияласушы системаның бір теп-теңдік күйден басқа тепе-теңдік күйге ауысуын химиялық тепе-теңдіктің ығысуы деп атайды.Егер, жағдай өзгергенде соңғы заттардың концентрациясы артатын болса онда тепе-теңдік реакция өнімдері бағытына қарай ығысады.Ал егер бастапқы заттардың концентрациясы артатын болса, онда тепе-теңдік солардың түзілетін бағытына қарай ығысады.

Ле  Шателье принципі 

      Әрекеттесуші заттардың концентрациясы, температурасы және қысымы (газ күйіндегі рекцияға) өзгергенде химиялық тепе-теңдіктің ығысу бағыты жылжымалы тепе-теңдік принципі  немесе Ле Шателье принципі депе аталатын жалпы ережемен анықталады:

тепе-теңдік күйіндегі системаға сырттан әсер етсе ( концентрация, температура, қысым өзгерсе), онда қарама-қарсы екі реакцияның ішінен сол әсерді азайтатынының жүруіне көмектеседі.

Мұны аммиакты синтездеу реакциясын мысалға ала отырып көрсетейік       

N₂ + 3 Н₂                   2 NН₃ +   Q

Егер сыртқы әсер сутегі немесе азот концентрациясын жоғарылатса, онда ол сол заттардың концентрациясын төмендететін реакцияның жүруіне көмек етеді, демек тепе-теңдік аммиактың түзілу бағытына қарай ығысады. Сол сияқты аммиактың концентрациясы көбейсе, онда тепе-теңдік алғашқы заттардың бағытына қарай ығысады.

        Теңдеуден көрініп тұрғандай, тура реакция жүргенде жылу бөлінетіндіктен қоспаның температурасы артқан сайын жылу сіңіре жүретін реакцияға жағдай туады да тепе-теңдік бастапқы заттар бағытына қарай ығысады; температураны төмендетсе тепе-теңдік реакция өнімдері бағытына қарай ығысады.Тепе-теңдікке қысымның әсерін байқау үшін теңдеудің сол және оң жағындағы заттардың молекула санын есептеу керек.Келтірілген  мысалда теңдеудің сол жағында 2 молекула, ал оң жағында 1 молекула бар. Қысым артқанда молекулалар санының кемуіне әкелетін процесс жүретіндіктен бұл  жағдайда тепе-теңдік реакция өнімінің бағытына қарай ығысады. 

         Қайтымды рекция теңдеуінің оң және сол жағындағы молекулалар саны  тең болса , мысалы  

                                                N₂    +   O₂                  2 NO 

онда қысымның өзгеруі химиялық тепе-теңдіктің ығысуын туғызбайды. Барлық катализаторлар тура және кері реакцияны бірдей шапшаңдатады, сондықтан тепе-теңдіктің ығысуына әсер етпейді, тек қана тепе-теңдікке тез жетуге жағдай туғызады.

       Тепе-теңдікті қажет ететін бағытта   Ле Шателье принципіне негізделген ығыстыру жолдарының химияда үлкен маңызы бар.Аммиакты синтездеу және басқа да көптеген өндіріс процестері тепе-теңдікті алынатын заттардан мол өнім алуға мүмкіндік беретін бағытта ығыстыру әдістерінің арқасында игерілді. Көптеген процестерде тепе-теңдікті реакция өнімдерінің бағытына қарай ығыстыру реакция сферасынан түзілетін заттарды шығарып алу арқылы іске асады.

Бекіту сұрақтары:

1. Қайтымды  реакция дегеніміз не?
2. Қайтымсыз реакция дегеніміз не?
3. Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не?
4. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әсер ететін жағдайлар қандай?
5.  Ле Шателье принципі .

1-есеп .Қай фактордың (қысым, температура,катализатор) әсері:

СО2  (г)+С (к) ↔ 2CO (г) ∆Н°=159 кДж

Реакциясында  орнаған тепе-теңдікті СО түзілуі жағына ығыстырады.

Шешуі:

   Көміртек (ІІ) оксидінің (СО) түзілуі реакциясы эндротермиялық реакция екендігі оның энтальпиясының  мәнінен көрініп тұр. Реакция нәтижесінде 1 моль  газ тәрізді реагенттен 2 моль газ тәрізді өнім түзіліп тұр. Ле –Шателье-Браун принципі бойынша эндотермиялық  реакция кезінде орнаған тепе-теңдік СО түзілуі жағына ығыстыру үшін температураны жоғарлату немесе қысымды төмендету керек.

2-есеп. Келесі реакция теңдеулерінің  тепе-теңдік константаларының өрнектерін жазыңдар:

Шешуі:

3-есеп. Егер белгілі бір температурада бастапқы алынған 5 моль СО мен 4 моль Сl2 әрекеттесуі нәтижесінде 1,5 моль СОС12  түзілген болса,онда:

       СО_(г) +Сl_{2 (г)} ↔ COCl₂

Процесінің тепе-теңдік константасы қандай болғаны?

Шешуі:

Химиялық  реакция теңдеуі бойынша пропорциялар құрып, реагенттердің реакцияға түскен және артылып қалған мөлшерлерін, сонымен қатар түзілген өнімнің зат мөлшерін тауып, төменгі кестені толтырамыз:

Тепе –теңдік константасы:

          k_тура                    [COCl₂]                                1.5 моль/ л

К= ————  = —————  = —————————-  = 0.17(моль/ л)^-1

            K_кері                 [CO] * [Cl₂]         3.5 моль/ л* 2.5 моль/ л

4-есеп.Егер реакцияның температуралық  коэффициенті үшке тең болса γ=3, температураны 150°С-дан 200°С-ға көтергенде, реакцияның жылдамдығы қанша есе артады?

Шешуі:

    υT₂                       (Т₂-Т₁)                       (200-150)

———-= γ ——————= 3  —————-=3⁵ =243 есе

     υT₁                      10                            10

5-есеп .Егер А затының бастапқы концентрациясы 0,22 моль/л, ал 10 секундтан  кейін 0,215 моль/л болса, А+В=2С реакциясының  орташа  жылдамдығы қандай екенін есептеңіздер. Осы уақытта В затының концентрациясы қалай өзгерді?

(0,22-0,215)            0,005

Шешуі: υ(А) =——————  =——————= 0,0005моль/л*с.

10                            10

Реакция теңдеуі бойынша В затының концентрациясының өзгерісі А затының концентрациясының  өзгерісіне тең.

Бағалау.

Үйге тапсырма:   § 4.4; 4.5 оқып білу.  1-4 жаттығуларды орындау.