Równowaga chemiczna, reguła przekory i entalpia reakcji
Podstawa programowa wymaga, żebyś opisywał stan równowagi dynamicznej, pisał i obliczał stałą równowagi, przewidywał wpływ temperatury, stężeń i ciśnienia według reguły przekory, wiedział, że katalizator niczego tu nie przesuwa, i czytał znak entalpii jako efekt energetyczny reakcji. Tak przygotujesz się do tej części matury z chemii na poziomie rozszerzonym.
Na maturze 2023–2026: w 3 z 4 sesji – 2023 (zadania 21, 22 i 28), 2024 (zadania 13.1 i 13.2), 2025 (zadania 13, 15 i 16).
W skrócie
najważniejsze w kilku zdaniach
W stanie równowagi dynamicznej reakcja biegnie w obu kierunkach z jednakową szybkością, więc stężenia przestają się zmieniać – nie muszą być równe.
Stałą równowagi piszesz ze stężeń równowagowych: produkty w liczniku, substraty w mianowniku, każde w potędze równej współczynnikowi.
Stężenia równowagowe znajdziesz w tabeli: początek, zmiana według współczynników, równowaga.
Reguła przekory: układ przeciwdziała zmianie. Zmienia stałą K tylko temperatura; stężenie i ciśnienie przesuwają równowagę, ale K zostaje.
Katalizator obniża energię aktywacji w obu kierunkach, więc skraca czas dojścia do równowagi, a jej położenia nie zmienia.
Ujemna entalpia reakcji oznacza, że energia jest oddawana do otoczenia (ΔH<0, reakcja egzotermiczna), dodatnia – że jest pobierana.
Egzamin maturalny z chemii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. W arkuszu jest około 45 poleceń: zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) i otwarte (z luką, krótkiej i rozszerzonej odpowiedzi), w tym co najmniej jedno zadanie problemowe za 4–5 punktów. Podczas egzaminu możesz korzystać z „Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych”, linijki i kalkulatora naukowego.
Stan równowagi i stała równowagi
Reakcję odwracalną opisujesz równaniem ze strzałką ⇄. Po zmieszaniu substratów szybkość reakcji w prawo maleje, bo ubywa substratów, a szybkość reakcji w lewo rośnie, bo przybywa produktów. Gdy się zrównają, stężenia przestają się zmieniać. To jest stan równowagi dynamicznej: reakcje biegną nadal, ale ich skutki się znoszą. Stężenia reagentów są wtedy stałe, a nie jednakowe.
Stężeniową stałą równowagi piszesz ze stężeń w stanie równowagi: w liczniku iloczyn stężeń produktów, w mianowniku iloczyn stężeń substratów, każde stężenie w potędze równej współczynnikowi z równania. Do wyrażenia nie wpisujesz ciał stałych ani ciekłego rozpuszczalnika, bo ich stężenie się nie zmienia. Wartość K zależy tylko od temperatury i od zapisu równania: gdy pomnożysz równanie przez dwa, K podniesie się do kwadratu.
Równanie
Wyrażenie na stałą równowagi
2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ (wszystko gazy)
K = [SO₃]² / ([SO₂]² · [O₂])
CaCO₃(s) ⇄ CaO(s) + CO₂(g)
K = [CO₂]
Fe³⁺ + SCN⁻ ⇄ FeSCN²⁺
K = [FeSCN²⁺] / ([Fe³⁺] · [SCN⁻])
Obliczanie stałej i stężeń równowagowych
W naczyniu o objętości 2,0dm3 umieszczono 0,80molSOX2 i 0,50molOX2. W stanie równowagi było 0,60molSOX3. Z równania 2SOX2+OX22SOX3 wynika, że powstanie 0,60molSOX3 zużyło tyle samo SOX2 i dwa razy mniej OX2, czyli 0,30mol. Ubytki zawsze liczysz według współczynników równania, a nie po równo.
Liczby moli w równowadze dzielisz przez objętość, bo do K wstawiasz stężenia: 0,10,0,10 i 0,30mol⋅dm−3. Stąd K=0,102⋅0,100,302=90. Gdybyś wstawił liczby moli, dostałbyś 45, czyli wynik błędny, bo objętość się tu nie skraca – po lewej stronie równania są trzy mole gazów, po prawej dwa. W kluczu CKE z 2025 r. stałą podano jako wielkość bezwymiarową.
Gdy zadanie podaje stopień przereagowania, stężenie początkowe mnożysz przez ten stopień. Dla PClX5PClX3+ClX2, gdy 1,00molPClX5 w 5,00dm3 rozkłada się w 40%, zostaje 0,120, a powstaje po 0,0800mol⋅dm−3 pozostałych reagentów, więc K=0,08002/0,120=0,0533.
Wielkość
SO₂
O₂
SO₃
początek, mol
0,80
0,50
0
zmiana, mol
−0,60
−0,30
+0,60
równowaga, mol
0,20
0,20
0,60
równowaga, mol · dm⁻³
0,10
0,10
0,30
Reguła przekory i czynniki wpływające na równowagę
Reguła Le Chateliera–Brauna mówi, że układ w stanie równowagi, na który działa zmiana warunków, przesuwa równowagę w kierunku, który tej zmianie przeciwdziała. Ogrzewanie sprzyja reakcji, która energię pobiera, a oziębianie – tej, która ją oddaje. Wzrost ciśnienia sprzyja kierunkowi, w którym ubywa moli gazów. Dodanie substratu przesuwa równowagę w prawo, usunięcie produktu też.
Tabela dotyczy reakcji 2NO+OX22NOX2 z ΔH=−116,2kJ: po lewej są trzy mole gazów, po prawej dwa. Zwróć uwagę na ostatnią kolumnę. Stałą K zmienia wyłącznie temperatura, a przy reakcji egzotermicznej ogrzanie ją zmniejsza. Zmiana stężenia lub ciśnienia przesuwa położenie równowagi, ale po ustaleniu się nowego stanu stosunek stężeń w wyrażeniu na K ma dawną wartość.
Zmiana warunków
Położenie równowagi
Stała K
Wzrost temperatury
w lewo
maleje
Obniżenie temperatury
w prawo
rośnie
Wzrost ciśnienia (T = const)
w prawo
bez zmiany
Dodanie O₂
w prawo
bez zmiany
Obecność katalizatora
bez zmiany
bez zmiany
Energia aktywacji i katalizator
Aby substraty przereagowały, muszą pokonać barierę energetyczną – energię aktywacji Ea. Katalizator otwiera inną drogę reakcji, na której bariera jest niższa. Dotyczy to obu kierunków: obniża się zarówno bariera reakcji w prawo, jak i w lewo, i to o tyle samo. Poziomy energii substratów i produktów są ciągle te same, więc ani ΔH, ani K się nie zmieniają.
Dlatego katalizator skraca czas dojścia do stanu równowagi, ale nie zwiększa wydajności przemiany. Gdy w zadaniu porównujesz dwa wykresy, patrz na dwie rzeczy: czy szczyt jest niższy (obecność katalizatora) i czy zmieniły się poziomy początku i końca (wtedy to nie katalizator).
Entalpia reakcji i energia z danych tablicowych
Standardowa entalpia reakcji ΔH mówi, ile energii w postaci ciepła wymienia układ z otoczeniem przy ustalonym zapisie równania. Gdy ΔH<0, reakcja jest egzotermiczna, a gdy ΔH>0 – endotermiczna. Z entalpii tworzenia z tablic policzysz ją tak: suma dla produktów minus suma dla substratów, każda z uwzględnieniem współczynników. Dla 2NO+OX22NOX2:ΔH=2⋅33,2−2⋅91,3=−116,2kJ, a tlen jako pierwiastek daje zero.
Entalpia spalania dotyczy jednego mola. Przy spaleniu 10,0g etanolu (M=46,1g⋅mol−1) jest to 0,217mol, więc wydziela się 0,217⋅1368=297kJ. Energię jako ilość oddaną otoczeniu podaj liczbą dodatnią: minus w ΔH mówi o kierunku wymiany, a pytanie „ile energii się wydzieli” dotyczy jej wartości.
Doświadczenie
obserwacje i wniosek
Doświadczenie z tego działu tak, jak opisuje je CKE: cel, odczynniki, obserwacje, równanie reakcji i wniosek.
Doświadczenie 1
Cel doświadczenia
Zbadanie efektu energetycznego reakcji magnezu z kwasem solnym oraz wodorotlenku baru z chlorkiem amonu.
Odczynniki
probówka I: wodny roztwór HCl, wstążka magnezowa, termometr; probówka II: stały Ba(OH)X2⋅8HX2O, stały NHX4Cl, termometr
Obserwacje
W probówce I wydzielają się pęcherzyki gazu, a temperatura zawartości rośnie. W probówce II mieszanina ciał stałych zamienia się w papkę o wyraźnie niższej temperaturze i wydziela się gaz o ostrym zapachu.
Reakcja w probówce I oddaje energię do otoczenia, więc jest egzotermiczna (ΔH<0); reakcja w probówce II pobiera ją z otoczenia, więc jest endotermiczna (ΔH>0).
Doświadczenie 2
Cel doświadczenia
Zbadanie wpływu stężenia jonów wodorowych na stan równowagi między jonami chromianowymi(VI) i dichromianowymi(VI).
Żółty roztwór chromianu(VI) po dodaniu kwasu zabarwia się na pomarańczowo. Po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu do pomarańczowego roztworu wraca barwa żółta.
Równanie reakcji
2CrOX4X2−+2HX+CrX2OX7X2−+HX2O
Wniosek
Wzrost stężenia jonów HX+ przesuwa równowagę w prawo, w stronę jonów dichromianowych(VI); wiązanie jonów HX+ przez jony wodorotlenkowe przesuwa ją w lewo.
Uwaga
Środowisko reakcji decyduje o tym, który z jonów przeważa.
W minimalnym zestawie doświadczeń podstawy programowej:
6.badanie efektu energetycznego reakcji chemicznej
7.badanie wpływu temperatury i stężenia reagentów na stan równowagi chemicznej
Pojęcia
stan równowagi dynamicznej
Stan układu, w którym reakcja w prawo i reakcja w lewo biegną z jednakową szybkością, więc stężenia reagentów są stałe.
stała równowagi
Wielkość obliczana ze stężeń równowagowych: iloczyn stężeń produktów w potęgach współczynników podzielony przez analogiczny iloczyn dla substratów; zależy od temperatury.
reguła przekory
Reguła Le Chateliera–Brauna: układ w stanie równowagi przeciwdziała zmianie warunków i przesuwa równowagę w kierunku, który ją osłabia.
standardowa entalpia przemiany
Efekt cieplny przemiany odniesiony do warunków standardowych i do zapisu równania; jest ujemny, gdy układ oddaje energię.
efekt energetyczny reakcji
Energia wymieniana z otoczeniem w trakcie reakcji; oddana – reakcja egzotermiczna, pobrana – endotermiczna.
energia aktywacji
Minimalna energia, którą muszą mieć reagujące drobiny, by reakcja zaszła; jest barierą na drodze od substratów do produktów.
katalizator
Substancja, która przyspiesza reakcję, obniżając jej energię aktywacji; sama nie zostaje zużyta i nie przesuwa stanu równowagi.
wydajność przemiany
Stosunek ilości otrzymanego produktu do ilości możliwej do otrzymania; w stanie równowagi zależy od jej położenia, a nie od katalizatora.
Zadanie z matury
źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2025, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 16
Zadanie 16. (0–1)
/1
Informacja do zadań 15.–16.
Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu. W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie p, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości zestawiono w tabeli.
Rodzaj mieszaniny
zimowy LPG
letni LPG
npropanu:nbutanu
70 : 30
30 : 70
Gęstość, g⋅cm−3(T=273K)
0,54
0,56
Na podstawie: https://www.e-petrol.pl
Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.
• ΔHpropan (g)∘=−2219kJ⋅mol−1
• ΔHbutan (g)∘=−2878kJ⋅mol−1Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania 1,0dm3zimowego LPG jest ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania tej samej objętości letniego LPG.
Ilość COX2 emitowanego do atmosfery podczas spalania 1,0dm3 LPG jest większa w przypadku LPG.
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2025, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-R0-100-2505), zadanie 16. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Odpowiedź według klucza CKE:AA
Wyjaśnienie od Kleksy
Dane z informacji do zadań 15.–16.: mieszanina zimowa to propan i butan w stosunku molowym 70 : 30 i gęstości 0,54g⋅cm−3, letnia – 30 : 70 i 0,56g⋅cm−3. Entalpie spalania: propan −2219, butan −2878kJ⋅mol−1. Masy molowe propanu i butanu wynoszą w przybliżeniu 44 i 58g⋅mol−1 (tak liczy rozwiązanie CKE).
Litr zimowego LPG ma 540g, czyli około 11,2mol mieszaniny; przy spaleniu każdy mol wydziela średnio 0,7⋅2219+0,3⋅2878=2417kJ, razem około 27100kJ. Litr letniego ma 560g, około 10,4mol, po 2680kJ na mol, razem około 27900kJ. Zimowy LPG daje więc mniej energii niż letni; opcje „taka sama jak” i „większa niż” są błędne.
Atomów węgla na cząsteczkę mieszaniny jest średnio 3,3 w zimowym i 3,7 w letnim, co daje około 37mol i 38,5molCOX2 na litr. Więcej tlenku węgla(IV) emituje letni LPG; zimowy jest drugą, błędną opcją.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za poprawne uzupełnienie obu zdań (A w pierwszym i A w drugim).
Odpowiedź: 1 – A, 2 – A
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2023, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 28
Zadanie 28. (0–2 pkt)
Fosgen to silnie trujący związek o wzorze COClX2. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.
Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:
CO (g)+ClX2 (g)⇄COClX2 (g)
Do reaktora o pojemności 4,0dm3 wprowadzono gazowe substraty: 0,40molCO i 0,20molClX2. Gdy w temperaturze T ustaliła się równowaga, stwierdzono, że przereagowało 80% chloru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze T.
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2023, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-R0-100-2305), zadanie 28. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Zasady oceniania CKE
zastosowanie poprawnej metody rozwiązania prowadzącej do obliczenia stałej równowagi, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku.2 pkt
zastosowanie poprawnej metody, ale: • popełnienie błędów rachunkowych LUB • podanie wyniku z błędną jednostką, ALBO – poprawne obliczenie wartości stężeń równowagowych wszystkich reagentów.1 pkt
zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.0 pkt
Rozwiązanie i przykładowe odpowiedzi według CKE
Przereagowało 0,8⋅0,20=0,16molClX2, tyle samo CO, powstało 0,16molCOClX2. W równowadze: 0,24molCO,0,04molClX2,0,16molCOClX2.
Dane: CO+ClX2COClX2, objętość 4,0dm3, początkowo 0,40molCO i 0,20molClX2, przereagowało 80% chloru. Chloru ubyło 0,16mol, tyle samo ubyło CO i tyle powstało COClX2 – współczynniki są równe 1.
W stanie równowagi jest 0,24molCO,0,04molClX2 i 0,16molCOClX2, czyli po podzieleniu przez 4,0dm3:0,06,0,01 i 0,04mol⋅dm−3. Stąd K=0,06⋅0,010,04=66,67≈67.
Według zasad oceniania CKE: 2 punkty za poprawną metodę, obliczenia i wynik; 1 punkt za poprawne stężenia równowagowe wszystkich reagentów albo za metodę z błędem rachunkowym lub błędną jednostką.
Przykładowa odpowiedź: K≈67.
Sprawdź się
sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: w zadaniu obliczeniowym liczy się metoda, wynik z jednostką i poprawne zaokrąglenie — zwykle do trzech cyfr znaczących. Równanie reakcji musi być zapisane w formie, o którą prosi polecenie (cząsteczkowej, jonowej albo jonowej skróconej), z poprawnymi współczynnikami.
zadanie Kleksy
Zadanie 1. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.
W reaktorze ustaliła się równowaga CO+2HX2CHX3OH. Stężenia równowagowe wynoszą: [CO]=0,10,[HX2]=0,20,[CHX3OH]=0,40mol⋅dm−3. Wartość Kc dla tego układu jest równa
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 2. (0–1)
/1
W układzie w stanie równowagi opisanym równaniem NX2+OX22NO,ΔH>0
Oceń prawdziwość zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
zwiększenie ciśnienia w stałej temperaturze nie zmienia składu mieszaniny równowagowej.
ogrzanie układu zmniejsza wartość stałej równowagi.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 3. (0–1)
/1
Przyporządkuj każdej zmianie warunków dla układu w stanie równowagi 2SOX32SOX2+OX2 (wszystkie reagenty są gazami), ΔH>0, jej skutek. Wybierz odpowiedź spośród A–E.
Skutek
Arównowaga przesuwa się w prawo, K rośnie
Brównowaga przesuwa się w prawo, K bez zmiany
Cpołożenie równowagi i K bez zmiany
Drównowaga przesuwa się w lewo, K maleje
Erównowaga przesuwa się w lewo, K bez zmiany
Zmiana
1. Wprowadzenie do naczynia dodatkowej porcji tlenu w stałej temperaturze
2. Dodanie katalizatora
3. Ogrzanie układu
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 4. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
W zamkniętym naczyniu ustaliła się równowaga C(s)+COX2(g)2CO(g). Po zmniejszeniu objętości naczynia w stałej temperaturze równowaga ponieważ
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 5. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.
W reakcji 2NO+OX22NOX2 entalpia wynosi −116,2kJ dla zapisu równania. Ilość energii, która wydzieli się przy całkowitym przereagowaniu 3,00molNO, to
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
Wstawianie do wyrażenia na K stężeń początkowych albo liczb moli. Wstawiasz stężenia równowagowe, czyli liczby moli podzielone przez objętość.
Pominięcie współczynników jako wykładników w wyrażeniu na stałą albo zapisanie ułamka odwrotnie. Produkty zawsze są w liczniku.
Przekonanie, że katalizator zwiększa wydajność reakcji w stanie równowagi. Skraca on czas dojścia do równowagi, ale jej położenia nie zmienia.
Zmiana stałej K przypisana ciśnieniu albo stężeniu. Ciśnienie i stężenie zmieniają położenie równowagi, a K zmienia tylko temperatura.
Mylenie znaku entalpii z ilością wydzielonej energii. Reakcja egzotermiczna ma ΔH<0, ale energię wydzieloną podajesz jako liczbę dodatnią.
Zapamiętaj
Równowaga dynamiczna: szybkości reakcji w obu kierunkach są równe, stężenia stałe, nie jednakowe.
K = stężenia równowagowe produktów w potęgach współczynników przez to samo dla substratów; bez ciał stałych.
Tabela: początek, zmiana według współczynników, równowaga; potem dziel przez objętość.
Reguła przekory: ogrzewanie sprzyja reakcji endotermicznej, wzrost ciśnienia – kierunkowi z mniejszą liczbą moli gazów.
Tylko temperatura zmienia K; katalizator nie zmienia ani K, ani wydajności, ani ΔH.
ΔH<0: reakcja egzotermiczna; ΔH>0: endotermiczna.
Pytania i odpowiedzi
1.Czy w stanie równowagi stężenia substratów i produktów są równe?+
Odp.:Nie. W stanie równowagi stężenia są stałe w czasie, a nie jednakowe. W przykładzie z SOX2 i OX2 w stanie równowagi jest 0,10mol⋅dm−3 substratów i 0,30mol⋅dm−3 produktu. Stosunek stężeń wyznacza stała K, a nie to, że reakcja się zatrzymała.
2.Dlaczego katalizator nie zmienia stałej równowagi?+
Odp.:Katalizator obniża energię aktywacji reakcji w prawo i w lewo w takim samym stopniu, więc przyspiesza obie reakcje jednakowo. Szybkości zrównują się przy tym samym stosunku stężeń, który wyznacza K, tylko szybciej. Poziomy energii substratów i produktów nie ulegają zmianie.
3.Czy zwiększenie ciśnienia zawsze przesuwa równowagę?+
Odp.:Nie. Przesuwa ją tylko wtedy, gdy zmienia się liczba moli gazów, na przykład w 2NO+OX22NOX2 z trzech moli na dwa. Gdy po obu stronach jest ich tyle samo, jak w NX2+OX22NO, położenie równowagi się nie zmienia. Ciała stałe i ciecze nie wchodzą do rachunku liczby moli gazów.
4.Jak po znaku entalpii przewidzieć wpływ temperatury na równowagę?+
Odp.:Dla ΔH<0 reakcja w prawo jest egzotermiczna, więc ogrzanie przesuwa równowagę w lewo, a K maleje. Dla ΔH>0 jest odwrotnie: ogrzanie przesuwa równowagę w prawo, a K rośnie. Oziębienie działa w przeciwną stronę.
5.Czy ciała stałe wchodzą do wzoru na stałą równowagi?+
Odp.:Nie. Dla CaCOX3(s)CaO(s)+COX2(g) stała ma postać K=[COX2], bo stężenie ciała stałego w jego fazie jest stałe i włącza się je do wartości K. Podobnie nie wpisujesz wody, która jest rozpuszczalnikiem.
Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.
Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z chemii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.