Закон действия масс (или закон состояния химических реакций) утверждает, что скорость химической реакции зависит от концентраций реагентов и продуктов. Этот закон формализуется в виде уравнения, которое дает понимание о равновесии реакций.

Основные положения закона действия масс:Концентрация реагентов и продуктов: Скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов, взятых с некоторыми степенями (коэффициенты уравнения реакции).Равновесие: В замкнутой системе на определенном этапе (равновесие) скорости прямой и обратной реакций становятся равными, и концентрации реагентов и продуктов остаются постоянными.Уравнение действия масс:

Для реакции общего вида:

[ aA + bB \rightleftharpoons cC + dD ]

где (A) и (B) — реагенты, (C) и (D) — продукты, а (a), (b), (c) и (d) — стехиометрические коэффициенты, закон действия масс описывается следующим уравнением:

[ K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} ]

где ( K ) — константа равновесия; ( [X] ) — концентрация компонента ( X ) в равновесии.

Применение для расчёта равновесного состава реакций:

Составить уравнение реакции: Запишите химическую реакцию и учтите стехиометрические коэффициенты.

Определить начальные концентрации: Установите начальные концентрации реагентов и продуктов.

Использовать ICE-таблицу: Создайте таблицу, в которой отражены изменения концентраций (Initial, Change, Equilibrium):

Initial (начальные): начальные концентрации каждого компонента.Change (изменение): изменение концентраций в процессе достижения равновесия. Обычно обозначается через x.Equilibrium (равновесие): выражения для концентраций в состоянии равновесия.

Записать уравнение для константы равновесия: Подставьте равновесные концентрации в выражение для ( K ) и решите его относительно ( x ).

Найти равновесные концентрации: Используя найденное значение ( x ), определите концентрации всех компонентов на этапе равновесия.

Пример:

Рассмотрим реакцию:

[ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) ]

Начальные концентрации: Пусть в начале реакции $[N_2] = 1 M$, $[H_2] = 3 M$, $[NH_3] = 0 M$.

ICE-таблица:

КомпонентНачальныеИзмененияРавновесие$N_2$1-x1 - x$H_2$3-3x3 - 3x$NH_3$0+2x2x

Уравнение для ( K ):

( K = \frac{(2x)^2}{(1-x)(3-3x)^3} )

Прибавьте известные значения и решите уравнение для ( x ), чтобы найти равновесные концентрации.

Эти шаги и методы позволяют точно рассчитать равновесный состав химических реакций.