Химическое равновесие и принцип Ле Шателье: теория для ЕГЭ

Коротко о главном

Химическое равновесие — состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной, а концентрации веществ не меняются со временем. Равновесие можно сместить, изменив внешние условия: концентрацию, давление, температуру. Направление смещения определяет принцип Ле Шателье: если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие смещается в сторону, ослабляющую это воздействие.

В заданиях 22–23 ЕГЭ проверяют умение определить, куда смещается равновесие при изменении условий, и объяснить это с точки зрения скоростей реакций и теплового эффекта.

Определения и формулы/правила

Обратимая реакция — реакция, протекающая одновременно в двух направлениях: $$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$$

Признак равновесия: $v_{пр} = v_{обр}$, концентрации веществ постоянны (но не равны друг другу).

Принцип Ле Шателье: система стремится компенсировать внешнее воздействие.

Фактор	Как влияет на скорость	Направление смещения равновесия
Увеличение концентрации реагента	Растёт $v_{пр}$	В сторону продуктов (вправо)
Увеличение концентрации продукта	Растёт $v_{обр}$	В сторону реагентов (влево)
Уменьшение концентрации любого вещества	Скорость соответствующей реакции падает	В сторону этого вещества (система восполняет убыль)
Повышение давления (для газов)	—	В сторону меньшего числа молей газа
Понижение давления	—	В сторону большего числа молей газа
Повышение температуры	Растут обе скорости, но сильнее — эндотермической реакции	В сторону эндотермической реакции (поглощение теплоты)
Понижение температуры	—	В сторону экзотермической реакции (выделение теплоты)
Введение катализатора	Растут обе скорости одинаково	Не смещает равновесие, только ускоряет его достижение

Важно: изменение давления влияет на равновесие только если в реакции участвуют газы и число молей газообразных веществ различно слева и справа. Если число молей газов одинаково — давление не смещает равновесие.

Твёрдые и жидкие вещества (не в растворе) не учитываются при анализе влияния давления и концентрации на смещение — их "концентрация" считается постоянной.

Как применять (примеры)

Пример 1. Реакция синтеза аммиака: $$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$$ Как сместится равновесие при повышении давления? Решение: слева 4 моля газа (1+3), справа 2 моля. Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего объёма газов — вправо, в сторону образования $NH_3$.

Пример 2. Та же реакция — экзотермическая ($+Q$). Как повлияет повышение температуры? Решение: при нагревании равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть влево — в сторону разложения аммиака (уменьшение выхода продукта).

Пример 3. Реакция: $$CaCO_3(тв) \rightleftharpoons CaO(тв) + CO_2(г)$$ Как повлияет увеличение концентрации $CO_2$? Решение: по принципу Ле Шателье система компенсирует избыток $CO_2$ — равновесие смещается влево, в сторону образования $CaCO_3$ (обратная реакция ускоряется).

Типичные ошибки

• Путают направление смещения при изменении давления: забывают, что нужно учитывать только газообразные вещества и сравнивать суммы коэффициентов.
• Считают, что катализатор смещает равновесие — на самом деле он лишь ускоряет достижение равновесия, не меняя положения самого равновесия.
• Неверно определяют экзо-/эндотермичность реакции по знаку $Q$ в уравнении: $+Q$ означает экзотермическую прямую реакцию, $-Q$ — эндотермическую.
• Учитывают твёрдые/жидкие вещества при оценке влияния давления, хотя должны учитываться только газы.
• Забывают, что при равном числе молей газов слева и справа давление не влияет на равновесие.

Где встречается на экзамене

Тема входит в задания 22 и 23 ЕГЭ по химии, где требуется определить направление смещения равновесия при изменении температуры, давления или концентрации веществ, а также объяснить это с опорой на принцип Ле Шателье и знак теплового эффекта реакции.