Хімічні реакції: типи, тепловий ефект (екзо-/ендотермічні), швидкість реакції, хімічна рівновага, принцип Ле Шательє

📌 Про що ця тема

Тут перевіряють, чи вмієш ти класифікувати реакції, розуміти енергетику (тепло виділяється чи поглинається), від чого залежить швидкість реакції та як зміщується хімічна рівновага. Ключові поняття: екзо-/ендотермічна реакція, швидкість, оборотність, принцип Ле Шательє.

📖 Головне

• Типи реакцій за складом: сполучення (A+B→AB), розкладу (AB→A+B), заміщення (A+BC→AC+B), обміну (AB+CD→AD+CB).

• За тепловим ефектом: екзотермічні (тепло виділяється, +Q, ΔH<0) та ендотермічні (тепло поглинається, −Q, ΔH>0).

• Термохімічне рівняння містить величину теплоти й агрегатні стани. Наприклад: C + O₂ = CO₂ + 394 кДж.

• Горіння, нейтралізація, більшість реакцій сполучення — екзотермічні. Розклад (напр. CaCO₃→CaO+CO₂) — переважно ендотермічний.

• Швидкість реакції — зміна концентрації речовини за одиницю часу. Залежить від: природи речовин, концентрації, температури, площі поверхні (для твердих), наявності каталізатора, тиску (для газів).

• Правило Вант-Гоффа: при підвищенні температури на 10 °C швидкість зростає у 2–4 рази (у γ разів). v₂ = v₁·γ^((t₂−t₁)/10).

• Каталізатор пришвидшує реакцію, знижуючи енергію активації, сам не витрачається; не зміщує рівновагу.

• Оборотні реакції йдуть в обох напрямках (↔). Хімічна рівновага — стан, коли швидкості прямої і зворотної реакцій рівні.

• Принцип Ле Шательє: якщо на систему в рівновазі подіяти ззовні, рівновага зміщується так, щоб послабити цей вплив.

• Вплив концентрації: збільшення концентрації реагенту зміщує вправо (до продуктів).

• Вплив тиску: підвищення тиску зміщує в бік меншої кількості моль газу.

• Вплив температури: нагрівання зміщує в бік ендотермічної реакції.

🔢 Як це працює на прикладі

Реакція: N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ + Q (екзотермічна).

Куди зміститься рівновага при підвищенні тиску? Зліва 1+3=4 моль газу, справа 2 моль. Тиск зростає — система «зменшує» кількість газу → зміщення вправо, до NH₃.

При підвищенні температури? Пряма реакція екзотермічна, отже нагрівання зміщує в бік ендотермічної (зворотної) → вліво, вихід NH₃ зменшується.

Приклад на Вант-Гоффа: γ=3, температуру підняли з 20 до 50 °C. v₂/v₁ = 3^((50−20)/10) = 3³ = 27 разів.

⚠️ Типові помилки

• Плутають знак: екзо = виділяється (+Q, ΔH<0), ендо = поглинається (−Q, ΔH>0).

• При зміні тиску рахують усі речовини, а не лише ГАЗИ; тверді й рідкі не враховують.

• Вважають, що каталізатор зміщує рівновагу — ні, він лише пришвидшує досягнення рівноваги.

• У правилі Вант-Гоффа плутають множення на γ і піднесення до степеня (Δt/10).

• Забувають, що зміна концентрації твердої речовини на рівновагу не впливає.

🎯 Що завчити напамʼять

• Чотири типи реакцій за складом.

• Знаки: екзо +Q ΔH<0; ендо −Q ΔH>0.

• Формулу Вант-Гоффа v₂=v₁·γ^(Δt/10).

• Принцип Ле Шательє і три впливи: концентрація, тиск (моль газу), температура (екзо/ендо).

• Каталізатор рівновагу НЕ зміщує.

🧠 Перевір себе

1. Реакція 2SO₂+O₂↔2SO₃+Q. Куди зміститься рівновага при підвищенні тиску?

2. Реакція ендотермічна. Як вплине нагрівання на її швидкість і рівновагу?

3. γ=2, температуру підняли на 40 °C. У скільки разів зросте швидкість?

4. Розклад води — це реакція якого типу за складом?

Відповіді: 1 — вправо (3 моль газу → 2 моль); 2 — швидкість зросте, рівновага зміститься вправо (у бік ендотермічної); 3 — у 2⁴=16 разів; 4 — розкладу.