Номер 2, страница 124 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

2. Какое состояние реакционной смеси называется химическим равновесием?

Решение

Химическое равновесие — это состояние обратимой химической реакции, при котором скорость прямой реакции (превращение исходных веществ в продукты) равна скорости обратной реакции (превращение продуктов в исходные вещества).

Рассмотрим общую обратимую реакцию: $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ где $A$ и $B$ — исходные вещества (реагенты), $C$ и $D$ — продукты реакции, а $a, b, c, d$ — их стехиометрические коэффициенты.

Ключевые характеристики состояния химического равновесия:

Динамичность: Равновесие является динамическим, а не статическим. Это означает, что и прямая, и обратная реакции продолжают протекать, но их скорости равны. В результате видимых изменений в системе не происходит, и концентрации всех участвующих веществ (реагентов и продуктов) остаются постоянными.

Равенство скоростей: Основное условие равновесия — это равенство скоростей прямой ($v_{прям}$) и обратной ($v_{обр}$) реакций: $v_{прям} = v_{обр}$

Постоянство концентраций: В состоянии равновесия концентрации реагентов и продуктов не изменяются во времени. Эти концентрации называются равновесными. Важно отметить, что они не обязательно равны друг другу, но их соотношение, определяемое константой равновесия, постоянно при данных условиях (температуре и давлении).

Подвижность: Состояние равновесия может сохраняться сколь угодно долго при неизменных внешних условиях (температура, давление, концентрация). Однако если изменить одно из этих условий, равновесие сместится в сторону, которая противодействует этому изменению (согласно принципу Ле Шателье), и система перейдет в новое состояние равновесия с новыми равновесными концентрациями.

Математически, согласно закону действующих масс, скорости прямой и обратной реакций выражаются как:

$v_{прям} = k_{прям}[A]^a[B]^b$

$v_{обр} = k_{обр}[C]^c[D]^d$

где $k_{прям}$ и $k_{обр}$ — константы скоростей прямой и обратной реакций, а $[A], [B], [C], [D]$ — равновесные молярные концентрации веществ.

При равновесии $v_{прям} = v_{обр}$, следовательно:

$k_{прям}[A]^a[B]^b = k_{обр}[C]^c[D]^d$

Из этого равенства выводится выражение для константы химического равновесия ($K_c$):

$K_c = \frac{k_{прям}}{k_{обр}} = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$

Константа равновесия является количественной характеристикой химического равновесия и зависит только от температуры.

Ответ: Химическим равновесием называется такое состояние реакционной смеси в обратимой химической реакции, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, вследствие чего концентрации всех реагентов и продуктов остаются постоянными во времени.