Номер 4, страница 177 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Дегидрирование этана — обратимый эндотермический процесс.

Напишите уравнение этого процесса и объясните, как можно сместить равновесие в сторону образования этилена.

Решение

Дегидрирование этана — это процесс отщепления молекулы водорода от молекулы этана с образованием этилена (этена). Это обратимый химический процесс.

Уравнение этого процесса выглядит следующим образом:
$C_2H_6(г) \rightleftarrows C_2H_4(г) + H_2(г)$

Смещение химического равновесия подчиняется принципу Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в направлении, которое ослабляет это воздействие. Чтобы сместить равновесие в сторону образования этилена (вправо), необходимо изменить условия реакции.

Повышение температуры. В условии сказано, что процесс является эндотермическим, то есть прямая реакция ($C_2H_6 \rightarrow C_2H_4 + H_2$) протекает с поглощением теплоты ($ \Delta H > 0 $). Согласно принципу Ле Шателье, повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции. Таким образом, для увеличения выхода этилена необходимо повышать температуру.

Понижение давления. Проанализируем изменение количества газообразных веществ. В левой части уравнения находится 1 моль газа ($C_2H_6$), а в правой — 2 моль газов ($C_2H_4$ и $H_2$). Прямая реакция идёт с увеличением числа молей газов. Понижение давления в системе смещает равновесие в сторону образования большего количества молей газов. Следовательно, понижение давления будет способствовать смещению равновесия вправо, в сторону образования этилена.

Изменение концентраций. Для смещения равновесия в сторону продуктов реакции (вправо) можно:
- Увеличить концентрацию исходного вещества — этана ($C_2H_6$).
- Уменьшать концентрацию продуктов реакции — этилена ($C_2H_4$) и/или водорода ($H_2$), например, путем их постоянного отвода из реакционной зоны.

Использование катализатора (например, $Ni, Pt, Cr_2O_3$) не смещает равновесие, но ускоряет его достижение.

Ответ: Уравнение процесса дегидрирования этана: $C_2H_6 \rightleftarrows C_2H_4 + H_2$. Для смещения равновесия в сторону образования этилена необходимо повышать температуру, понижать давление, а также увеличивать концентрацию исходного этана или удалять образующиеся этилен и водород из системы.