Задания № 20, 21, 23 · ЕГЭ

Расчёты химического равновесия

Алгоритмы расчёта равновесных концентраций и константы равновесия

6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Расчёты химического равновесия сводятся к учёту начальных концентраций, изменения веществ по уравнению реакции и подстановке равновесных концентраций в выражение константы. Главный инструмент — таблица изменения концентраций, которую также называют таблицей ICE: Initial, Change, Equilibrium.

Основные понятия и формулы

Химическое равновесие устанавливается в обратимой реакции, когда скорости прямого и обратного процессов становятся равными. При этом концентрации веществ не меняются со временем, хотя реакции продолжаются на микроскопическом уровне. Подробнее это описывает динамическое равновесие.

Равновесные концентрации

Равновесная концентрация — концентрация вещества после установления равновесия. Её обозначают квадратными скобками: \([A]_{равн}\) или просто \([A]\) в выражении константы.

Закон действующих масс

Для реакции \(aA+bB\rightleftharpoons cC+dD\) константа равновесия по концентрациям равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов к произведению концентраций исходных веществ, причём концентрации возводятся в степени, равные коэффициентам в уравнении.

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

В выражение \(K_c\) включают растворённые вещества и газы. Чистые твёрдые вещества и чистые жидкости обычно не записывают: их активность принимают постоянной. Например, для реакции образования аммиака выражение содержит концентрации азота, водорода и аммиака.

N₂ + 3H₂ \rightleftharpoons 2NH₃Для этой реакции \(K_c=\frac{[NH_3]^2}{[N_2]\cdot[H_2]^3}\).

Что означает величина \(K_c\)

Если \(K_c\gg1\), равновесие смещено в сторону продуктов; если \(K_c\ll1\) — в сторону исходных веществ. Это не означает, что реакция полностью завершается: при равновесии присутствуют все вещества, концентрации которых не равны нулю.

Таблица изменения концентраций

Сначала записывают уравнение реакции и проверяют его коэффициенты. Затем составляют три строки: начальные концентрации, изменение и равновесные концентрации. Если реакция идёт слева направо, концентрации исходных веществ уменьшаются, а продуктов увеличиваются.

Вещество	Начальная концентрация	Изменение	Равновесная концентрация
\(A\)	\([A]_0\)	\(-a x\)	\([A]_0-a x\)
\(B\)	\([B]_0\)	\(-b x\)	\([B]_0-b x\)
\(C\)	\([C]_0\)	\(+c x\)	\([C]_0+c x\)
\(D\)	\([D]_0\)	\(+d x\)	\([D]_0+d x\)

\[aA+bB\rightleftharpoons cC+dD\]

Величина \(x\) — изменение концентрации, рассчитанное на один стехиометрический коэффициент. Например, если в реакции \(A+2B\rightleftharpoons C\) вещество \(B\) уменьшилось на \(0{,}20\) моль/л, то \(x=0{,}10\) моль/л, а \(A\) уменьшилось на \(0{,}10\) моль/л и \(C\) увеличилось на \(0{,}10\) моль/л.

Частая ошибка: одинаковое изменение

Нельзя уменьшать концентрации всех реагентов на одну и ту же величину, если коэффициенты различаются. Изменения должны относиться как коэффициенты уравнения: \(-a x:-b x:+c x:+d x\).

Если начальные концентрации и равновесные значения уже даны, сначала находят изменение по любому веществу, а затем используют коэффициенты реакции для проверки или вычисления остальных значений. Эта схема подробно связана со страницами начальные и равновесные концентрации и таблица изменения концентраций.

Микро-проверка

Для реакции \(2A+B\rightleftharpoons 3C\) вещество \(A\) уменьшилось на \(0{,}40\) моль/л. Как изменились концентрации \(B\) и \(C\)?

Алгоритм нахождения равновесных концентраций

Записать и уравнять обратимую реакцию.
Выписать начальные концентрации всех веществ. Если вещество отсутствует, его начальная концентрация равна нулю.
Ввести неизвестное \(x\) и составить изменения концентраций по коэффициентам реакции.
Записать равновесные концентрации как сумму начальной концентрации и изменения.
Использовать данную равновесную концентрацию, \(K_c\) или дополнительное условие для нахождения \(x\).
Проверить, что все концентрации неотрицательны, и при необходимости вычислить \(K_c\).

Если задана степень превращения, её связывают с изменением концентрации. Для исходного вещества \(A\) степень превращения равна отношению израсходованного количества к начальному. Подробнее см. степень превращения.

\[\alpha=\frac{\Delta c(A)}{c_0(A)}\cdot100\%\]

При неизвестном \(x\) иногда получается квадратное уравнение. Физически выбирают только корень, при котором каждая равновесная концентрация больше либо равна нулю. Если в условии допускается приближение, проверяют, что изменение мало по сравнению с исходной концентрацией.

Разобранный пример: расчёт \(K_c\)

№

Условие

В сосуде установилось равновесие \(H_2+I_2\rightleftharpoons2HI\). Начальные концентрации: \([H_2]_0=[I_2]_0=1{,}00\) моль/л, \([HI]_0=0\). Равновесная концентрация йодоводорода равна \(1{,}20\) моль/л. Найдите \(K_c\).

Коэффициент у \(HI\) равен 2. Если образовалось \(1{,}20\) моль/л \(HI\), то \(2x=1{,}20\).

\(\displaystyle x=\frac{1{,}20}{2}=0{,}60\ \text{моль/л}\)

Исходные вещества расходуются в отношении 1:1, поэтому каждое уменьшилось на \(x\).

\(\displaystyle [H_2]_{равн}=1{,}00-0{,}60=0{,}40\ \text{моль/л}\)

Аналогично находим равновесную концентрацию йода.

\(\displaystyle [I_2]_{равн}=1{,}00-0{,}60=0{,}40\ \text{моль/л}\)

Подставляем равновесные концентрации в закон действующих масс.

\(\displaystyle K_c=\frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}=\frac{1{,}20^2}{0{,}40\cdot0{,}40}\)

Выполняем вычисление и записываем ответ.

\(\displaystyle K_c=\frac{1{,}44}{0{,}16}=9{,}0\)

Ответ: \(K_c=9{,}0\). Так как константа больше единицы, в равновесной смеси продуктов больше, чем можно было бы ожидать при очень малом протекании прямой реакции. Направление смещения можно дополнительно анализировать с помощью реакционного частного \(Q_c\): сравнение \(Q_c\) и \(K_c\) показывает, в какую сторону пойдёт система до равновесия.

Проверка результата

После расчёта подставьте найденные концентрации обратно в исходное условие. В примере сумма изменения водорода и йода одинакова, а образовавшийся \(HI\) вдвое больше \(x\), что соответствует коэффициентам реакции.

Как находить \(K_c\) и анализировать условие

Если все равновесные концентрации известны, вычисление \(K_c\) выполняется напрямую: выписывают выражение константы, подставляют значения с единицами концентрации и считают. Степени в формуле нельзя заменять коэффициентами без возведения в степень.

Частые ошибки

Не используйте начальные концентрации вместо равновесных; не забывайте степени в выражении \(K_c\); не включайте в формулу чистые твёрдые вещества и жидкости; не меняйте направление реакции без переворота дроби; при умножении коэффициентов реакции на число возводите исходное значение \(K_c\) в соответствующую степень.

\[\text{Если реакцию умножили на }n,\quad K'_c=K_c^n\]

\[\text{Если реакцию записали в обратном направлении,}\quad K'_c=\frac{1}{K_c}\]

Изменение температуры меняет значение константы равновесия, а изменение концентрации или давления при постоянной температуре обычно меняет состав равновесной смеси, но не само значение \(K_c\). Вопросы о влиянии факторов разбираются на страницах влияние температуры на равновесие, влияние давления на равновесие и влияние концентрации на равновесие.

График установления равновесия показывает, что концентрации со временем приближаются к постоянным значениям: исходные вещества убывают, продукты возрастают. На практике такой график помогает отличить равновесное состояние от мгновенного состава смеси; см. график установления химического равновесия.

Quick-test

Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · Таблица изменений

Для реакции \(A+2B\rightleftharpoons3C\) при увеличении \(x\) равновесные концентрации имеют вид:

Главное за минуту

Главное

Записывайте реакцию, начальные концентрации и изменения в таблице по стехиометрическим коэффициентам.
Равновесная концентрация равна начальной плюс изменение; для исходных веществ изменение отрицательно, для продуктов положительно.
В \(K_c\) используют только равновесные концентрации, возведённые в степени коэффициентов реакции.
Чистые твёрдые вещества и жидкости в выражение \(K_c\) обычно не включают.
Всегда проверяйте допустимость найденного \(x\) и неотрицательность всех концентраций.