Задание 22 ЕГЭ по химии: смещение химического равновесия

Что проверяет задание

Задание 22 проверяет умение применять принцип Ле Шателье — предсказывать, в какую сторону смещается химическое равновесие обратимой реакции при изменении внешних условий: температуры, давления или концентрации веществ. Задание работает с обратимыми реакциями, записанными через знак $\rightleftarrows$, и почти всегда содержит указание теплового эффекта ($+Q$ или $-Q$).

Проверяются две связанные подтемы:

• соответствие между видом воздействия (нагревание, охлаждение, повышение или понижение давления, изменение концентрации) и направлением смещения равновесия;
• соответствие между конкретной реакцией и тем воздействием, которое сдвигает её равновесие в заданную сторону (обычно в сторону продуктов).

По сути это одна и та же логика, применённая в двух направлениях: либо дано воздействие — нужно понять эффект, либо дан эффект — нужно понять, какое воздействие его вызывает.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типовая формулировка: «Установите соответствие между уравнением химической реакции и изменением условий, которое приводит к смещению равновесия в сторону продуктов (или исходных веществ): к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой». Даны 4 уравнения реакций (А–Г) и 2–3 варианта воздействий (1–3), некоторые воздействия повторяются. Ответ записывается как последовательность из четырёх цифр без пробелов, например 1333.

Задание оценивается максимум в 2 балла: 2 балла за полностью верное соответствие, 1 балл — если верно установлены хотя бы два соответствия из четырёх, 0 баллов — если верных совпадений меньше двух. Тип ответа — множественный выбор с записью цифр, ошибка в порядке цифр считается неверным ответом.

Что нужно знать

• Принцип Ле Шателье: если на систему в равновесии оказывается внешнее воздействие, равновесие смещается в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.
• Тепловой эффект реакции указывается прямо в уравнении: $+Q$ означает, что прямая реакция экзотермическая (тепло выделяется), $-Q$ — эндотермическая (тепло поглощается).
• При нагревании равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (поглощающей тепло), при охлаждении — в сторону экзотермической реакции (выделяющей тепло).
• При повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения общего числа молей газообразных веществ, при понижении давления — в сторону их увеличения.
• Твёрдые (тв) и жидкие (ж) вещества при подсчёте общего объёма газовой смеси не учитываются — давление на равновесие влияет только через газообразные компоненты.
• Если сумма коэффициентов газов слева равна сумме коэффициентов газов справа, изменение давления не смещает равновесие.
• При увеличении концентрации исходного вещества равновесие смещается в сторону продуктов, при увеличении концентрации продукта — в сторону исходных веществ; удаление вещества из системы смещает равновесие в сторону его образования.
• Катализатор ускоряет достижение равновесия, но не смещает его — он одинаково ускоряет и прямую, и обратную реакцию.
• Для определения общего числа молей газа в части уравнения складывают коэффициенты только перед формулами газообразных веществ.

Методы решения

Метод анализа знака теплового эффекта. Смотрят на знак $Q$ в уравнении: $+Q$ — экзотермическая прямая реакция, значит нагревание сдвигает равновесие влево (к исходным), охлаждение — вправо (к продуктам); для $-Q$ всё наоборот. Пример: для $CH_4(г) \rightleftarrows C(тв) + 2H_2(г) - Q$ реакция эндотермическая, значит нагревание смещает равновесие в сторону продуктов — водорода и угля.

Метод подсчёта числа молей газа. Складывают коэффициенты перед газообразными веществами в левой и правой частях уравнения, сравнивают суммы. Если справа газов больше, понижение давления смещает равновесие вправо; если справа газов меньше — повышение давления смещает равновесие вправо. Пример: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftarrows 2NH_3(г)$ — слева 4 моль газа, справа 2 моль. Повышение давления смещает равновесие в сторону аммиака (продуктов).

Метод исключения твёрдых и жидких фаз. При анализе давления вычёркивают из уравнения все вещества с обозначением (тв) и (ж), учитывают только (г). Пример: $CaCO_3(тв) \rightleftarrows CaO(тв) + CO_2(г) - Q$ — фактически по газу это «0 моль слева → 1 моль справа», поэтому понижение давления смещает равновесие к продуктам.

Метод сравнения совместного влияния двух факторов. Когда в ответах даны комбинации типа «нагревание, увеличение давления», отдельно определяют эффект температуры и эффект давления, а затем ищут вариант, где оба совпадают с нужным направлением. Пример: для $CO(г) + 2H_2(г) \rightleftarrows CH_3OH(г) + Q$ (экзотермическая, 3 моль газа слева → 1 моль справа) к продуктам ведут одновременно охлаждение и повышение давления.

Метод «равные объёмы — давление не работает». Если число молей газа одинаково с обеих сторон, сразу отбрасывают вариант ответа с давлением и ищут смещение только через температуру или концентрацию. Пример: $N_2(г) + O_2(г) \rightleftarrows 2NO(г) - Q$ — по 2 моль газа с каждой стороны, давление не влияет, работает только температура: нагревание сдвигает равновесие к продуктам (реакция эндотермическая).

Алгоритм решения по шагам

1. Для каждого уравнения определить, экзо- или эндотермическая прямая реакция, по знаку $Q$.
2. Подсчитать сумму коэффициентов перед газообразными веществами слева и справа, игнорируя (тв) и (ж).
3. Сравнить суммы: если слева больше — повышение давления сдвигает равновесие вправо; если справа больше — сдвигает влево; если суммы равны — давление не влияет.
4. Определить, какое изменение температуры (нагревание/охлаждение) смещает равновесие в нужную сторону, используя знак $Q$.
5. Сопоставить полученные выводы по температуре и давлению с предложенными вариантами ответа (1, 2, 3), выбирая тот, что действительно даёт смещение именно в требуемую сторону (к продуктам или к исходным веществам — важно перечитать вопрос).
6. Повторить шаги 1–5 для каждой буквы (А, Б, В, Г) и записать итоговую последовательность цифр.
7. Проверить логическую согласованность: если два уравнения похожи по структуре (одинаковый знак $Q$, похожее соотношение молей газа), их ответы должны совпадать.

Разбор примеров

Пример 1. Даны реакции А–Г, нужно определить, при каком изменении условий равновесие смещается в сторону продуктов: 1) охлаждение; 2) повышение давления; 3) понижение давления.

А) $H_2(г) + S(тв) \rightleftarrows H_2S(г) + Q$. Тепловой эффект $+Q$ — экзотермическая реакция. Считаем газы: слева 1 моль ($H_2$), справа 1 моль ($H_2S$), сера твёрдая не учитывается. Суммы равны — давление не влияет. Остаётся только температура: экзотермическая реакция смещается к продуктам при охлаждении. Ответ — 1.

Б) $CH_3OH(г) \rightleftarrows CO(г) + 2H_2(г) - Q$. Знак $-Q$ — эндотермическая. Газы: слева 1 моль, справа 3 моль (1+2). Число молей газа увеличивается в продуктах, значит понижение давления сдвигает равновесие в сторону большего объёма — к продуктам. Ответ — 3.

В) $CH_4(г) \rightleftarrows C(тв) + 2H_2(г) - Q$. Эндотермическая. Газы: слева 1 моль, справа 2 моль ($C$ твёрдый не считаем). Понижение давления смещает равновесие к продуктам. Ответ — 3.

Г) $C_6H_{12}(г) \rightleftarrows C_6H_6(г) + 3H_2(г) - Q$. Эндотермическая. Газы: слева 1 моль, справа 4 моль (1+3). Понижение давления смещает равновесие к продуктам. Ответ — 3.

Итоговая последовательность: 1333 — совпадает с эталонным ответом.

Пример 2. Варианты воздействий: 1) повышение давления; 2) понижение давления; 3) нагревание.

А) $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftarrows 2NH_3(г) + Q$. Экзотермическая. Газы: слева 4 моль (1+3), справа 2 моль. Число молей газа уменьшается в сторону продуктов, значит повышение давления смещает равновесие к продуктам. Ответ — 1.

Б) $N_2(г) + O_2(г) \rightleftarrows 2NO(г) - Q$. Эндотермическая. Газы: слева 2 моль, справа 2 моль — суммы равны, давление не влияет. Работает только температура: эндотермическая реакция смещается к продуктам при нагревании. Ответ — 3.

В) $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftarrows 2SO_3(г) + Q$. Экзотермическая. Газы: слева 3 моль (2+1), справа 2 моль. Повышение давления смещает равновесие к продуктам. Ответ — 1.

Г) $C_2H_4(г) \rightleftarrows 2C(тв) + 2H_2(г) + Q$. Экзотермическая (знак $+Q$). Газы: слева 1 моль, справа 2 моль (уголь твёрдый не считаем). Число молей газа увеличивается в сторону продуктов, значит понижение давления смещает равновесие к продуктам. Ответ — 2.

Итоговая последовательность: 1312 — совпадает с эталонным ответом.

Пример 3. Варианты — комбинации двух факторов: 1) нагревание, уменьшение давления; 2) охлаждение, увеличение давления; 3) нагревание, увеличение давления.

А) $CaCO_3(тв) \rightleftarrows CaO(тв) + CO_2(г) - Q$. Эндотермическая. По газу: слева 0 моль (оба вещества твёрдые), справа 1 моль. Значит нагревание (сдвиг к эндотермической стороне) и понижение давления (сдвиг к большему объёму газа) — оба фактора ведут к продуктам. Ответ — 1.

Б) $CO(г) + 2H_2(г) \rightleftarrows CH_3OH(г) + Q$. Экзотермическая. Газы: слева 3 моль (1+2), справа 1 моль. Значит охлаждение (к экзотермической стороне) и повышение давления (к меньшему объёму газа) — оба ведут к продуктам. Ответ — 2.

В) $CH_4(г) + H_2O(г) \rightleftarrows CO(г) + 3H_2(г) - Q$. Эндотермическая. Газы: слева 2 моль (1+1), справа 4 моль (1+3). Нагревание и понижение давления ведут к продуктам. Ответ — 1.

Г) $2NO_2(г) \rightleftarrows N_2O_4(г) + Q$. Экзотермическая. Газы: слева 2 моль, справа 1 моль. Охлаждение и повышение давления ведут к продуктам. Ответ — 2.

Итоговая последовательность: 1212 — совпадает с эталонным ответом.

Типичные ошибки и ловушки

• Перепутать знак теплового эффекта: $+Q$ — прямая реакция экзотермическая, а не эндотермическая; ошибка здесь разворачивает весь ответ по температуре на противоположный.
• Забыть исключить твёрдые и жидкие вещества при подсчёте молей газа для давления — это самая частая причина неверного ответа в реакциях с осадками или разложением твёрдых веществ.
• Спутать направление: вопрос может требовать смещение к продуктам или, наоборот, к исходным веществам — при невнимательном чтении условия ответ получается перевёрнутым.
• Считать, что катализатор смещает равновесие — на самом деле он лишь ускоряет достижение равновесия, не меняя его положения, поэтому в верных ответах катализатор как фактор смещения никогда не фигурирует.
• Неверно трактовать случай равных объёмов газа: если суммы коэффициентов слева и справа одинаковы, вариант с давлением заведомо неверен, и нужно искать ответ только через температуру.
• Ошибка в арифметике при сложении коэффициентов — особенно в уравнениях с тремя и более газообразными веществами, где легко забыть один из коэффициентов.
• Автоматическое перенесение логики концентрации на задания с давлением или наоборот — каждый фактор нужно анализировать отдельно по своим правилам.

Как готовиться

Составьте для себя таблицу-шпаргалку: строка «фактор» (температура, давление, концентрация), столбец «направление воздействия» и «эффект на равновесие» — и заучите её наизусть, проверяя логику принципом Ле Шателье, а не механическим запоминанием. Разберите десятки уравнений с разными сочетаниями теплового эффекта и числа молей газа, чтобы автоматически видеть, где давление работает, а где нет. Отдельно потренируйтесь на реакциях с твёрдыми и жидкими фазами — именно там чаще всего теряются баллы. Решайте задания в обе стороны: сначала по воздействию определяйте направление смещения, затем по нужному направлению подбирайте воздействие — так вы натренируете оба типа подтем этого задания. После практики обязательно разбирайте ошибки: находите, на каком шаге алгоритма (знак $Q$, подсчёт молей газа или направление температуры) произошла путаница, и повторяйте именно этот шаг отдельно.