Химия

Обратимыми называются реакции, при которых получающиеся вещества способны взаимодействовать друг с другом, образуя исходные вещества. Например, при одних и тех же условиях может одновременно происходить соединение азота с кислородом и разложение образующегося оксида азота на азот и кислород.

Реакцию между исходными веществами называют прямой, а реакцию между .образующимися веществами - обратной. Обратная реакция может протекать только в том случае, если образующиеся вещества остаются в контакте друг с другом. Если хотя бы одно из образующихся веществ удаляется из сферы реакции, обратная реакция становится невозможной. Например, реакция между водяным паром и железом:

$4H_{2}O + 3Fe \leftrightarrow 4H_{2} + Fe_{3}O_{4}$

обратима. Однако обратная реакция - взаимодействие водорода с оксидом железа $Fe_{3}O_{4}$ - не будет происходить, если водород будет удаляться из сферы реакции. Для того чтобы обратная реакция протекала, необходимо задержать водород в реакционном аппарате. А это возможно в том случае, если реакция осуществляется в закрытом аппарате (сосуде), или, как говорят, в замкнутом пространстве.

По мере протекания реакции при неизменном объеме концентрации исходных веществ убывают, а концентрации образующихся веществ нарастают. При обратимой реакции это влечет за собой постепенное убывание скорости прямой реакции и нарастание скорости обратной реакции. В конце концов должен наступить такой момент, когда скорости обеих реакций будут равны. В этот момент прекратится изменение концентраций участвующих в реакции веществ и наступит химическое равновесие.

Итак, для системы:

$nA + mB \leftrightarrow pC + qD$

в состоянии химического равновесия: 1) скорости прямой и обратной реакции равны; 2) концентрации участвующих в реакции веществ не изменяются. Эти концентрации называются равновесными. Отношение равновесных концентраций участвующих в реакции веществ выражается формулой:

$K = \frac{[C]^{p}[D]^{q} }{[A]^{n}[B]^{m} }$,

где $[A]$ и $[B]$ - концентрации исходных веществ; $[C]$ и $[D]$ - концентрации образующихся веществ; $p, q, n, m$ - стехиометрические коэффициенты; $K$ - постоянная величина, называемая константой химического равновесия и равная отношению констант скоростей прямой и обратной реакций:

$K = \frac{k_{1} }{k_{2} }$

Поскольку скорость и константа скорости химической реакции изменяются в зависимости от температуры, то и константа равновесия зависит от этого параметра и является постоянной величиной только при постоянной температуре.

Химическое равновесие сохраняется до тех пор, пока остаются неизменными условия, в которых находится система. Изменение условий вызывает нарушение равновесия (сдвиг равновесия).

Подставим из условия задачи численные значения в формулу химического равновесия, получим выражение:

$K = \frac{[CO_{2}][H_{2}]}{[CO][H_{2}O ]} = \frac{0,32 моль/л \cdot 0,32 моль/л}{0,16 моль/л \cdot 0,32 моль/л} = 2$

Ответ: константа равновесия $K$ равна 2.