Номер 1, страница 304 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 64. Химическое равновесие. Константа равновесия. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 1, страница 304.

Условие.

1. Приведите примеры обратимых реакций с участием:

а) двух газообразных веществ;

б) жидкого и газообразного вещества;

в) твёрдого и газообразного вещества;

г) двух жидких веществ;

д) одного твёрдого вещества.

Какие условия способствуют протеканию прямой реакции в каждом случае?

Решение.

Решение 2.

а) двух газообразных веществ

Примером обратимой реакции с участием двух газообразных веществ является синтез аммиака (процесс Габера-Боша). В этой реакции газообразный азот реагирует с газообразным водородом, образуя газообразный аммиак.

Уравнение реакции: $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)} + Q$

Прямая реакция (синтез аммиака) является экзотермической (выделяется теплота, $Q > 0$) и протекает с уменьшением объёма (из 4 объёмов газов-реагентов получается 2 объёма газа-продукта). Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону продуктов (вправо) необходимо:

• Повышение давления. Смещение равновесия в сторону меньшего объёма.
• Понижение температуры. Смещение равновесия в сторону экзотермической реакции. Однако на практике используют умеренно высокую температуру (400–500 °C) для достижения приемлемой скорости реакции.
• Использование катализатора (например, пористого железа) для увеличения скорости реакции.
• Удаление продукта реакции (аммиака) из реакционной смеси.

Ответ: Пример реакции: синтез аммиака $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)}$. Условия, способствующие протеканию прямой реакции: высокое давление, понижение температуры, использование катализатора, удаление аммиака из зоны реакции.

б) жидкого и газообразного веществ

Примером такой реакции является растворение углекислого газа в воде с образованием угольной кислоты. Это процесс, который происходит, например, при газировании напитков.

Уравнение реакции: $CO_{2(г)} + H_2O_{(ж)} \rightleftharpoons H_2CO_{3(раствор)}$

Прямая реакция (растворение газа) в большинстве случаев является экзотермической. Для смещения равновесия в сторону образования угольной кислоты (вправо) необходимо:

• Повышение давления углекислого газа над жидкостью. Согласно закону Генри, растворимость газа прямо пропорциональна его давлению.
• Понижение температуры. Так как растворение газов в жидкостях обычно является экзотермическим процессом, понижение температуры смещает равновесие в сторону образования продуктов.

Ответ: Пример реакции: растворение углекислого газа в воде $CO_{2(г)} + H_2O_{(ж)} \rightleftharpoons H_2CO_{3(раствор)}$. Условия, способствующие протеканию прямой реакции: высокое давление и низкая температура.

в) твёрдого и газообразного веществ

Примером может служить обратимая реакция взаимодействия железа с водяным паром при высокой температуре.

Уравнение реакции: $3Fe_{(тв)} + 4H_2O_{(г)} \rightleftharpoons Fe_3O_{4(тв)} + 4H_{2(г)}$

Это гетерогенная реакция. Концентрации твёрдых веществ ($Fe$ и $Fe_3O_4$) считаются постоянными и не влияют на положение равновесия. Для смещения равновесия в сторону продуктов (вправо) необходимо:

• Повышение температуры. Реакция является эндотермической, поэтому нагревание способствует её протеканию.
• Увеличение концентрации газообразного реагента (водяного пара).
• Удаление газообразного продукта (водорода) из системы.

Ответ: Пример реакции: $3Fe_{(тв)} + 4H_2O_{(г)} \rightleftharpoons Fe_3O_{4(тв)} + 4H_{2(г)}$. Условия, способствующие протеканию прямой реакции: высокая температура, увеличение концентрации водяного пара и отвод водорода.

г) двух жидких веществ

Классическим примером является реакция этерификации — взаимодействие карбоновой кислоты со спиртом с образованием сложного эфира и воды. Например, реакция уксусной кислоты с этанолом.

Уравнение реакции: $CH_3COOH_{(ж)} + C_2H_5OH_{(ж)} \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5_{(ж)} + H_2O_{(ж)}$

Для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира (вправо) можно использовать следующие приёмы:

• Использование катализатора (обычно сильной кислоты, например, концентрированной $H_2SO_4$), который также связывает образующуюся воду.
• Удаление одного из продуктов из реакционной смеси. Чаще всего удаляют воду (с помощью водоотнимающих средств или азеотропной отгонки) или сложный эфир (если он легколетучий).
• Использование избытка одного из реагентов (обычно более дешёвого, например, спирта).
• Нагревание для увеличения скорости реакции.

Ответ: Пример реакции: этерификация $CH_3COOH_{(ж)} + C_2H_5OH_{(ж)} \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5_{(ж)} + H_2O_{(ж)}$. Условия, способствующие протеканию прямой реакции: нагревание, наличие кислотного катализатора, удаление продуктов (воды или эфира) или использование избытка одного из реагентов.

д) одного твёрдого вещества

Примером такой реакции является термическое разложение твёрдого вещества, например, карбоната кальция (известняка, мела).

Уравнение реакции: $CaCO_{3(тв)} \rightleftharpoons CaO_{(тв)} + CO_{2(г)} - Q$

Прямая реакция (разложение) является эндотермической (протекает с поглощением тепла, $Q > 0$) и идёт с образованием газообразного продукта. Для смещения равновесия в сторону продуктов (вправо) необходимо:

• Повышение температуры. Так как реакция эндотермическая, нагревание способствует разложению.
• Понижение давления в системе или постоянный отвод газообразного продукта ($CO_2$). Этого можно достичь, проводя реакцию в открытом сосуде.

Ответ: Пример реакции: разложение карбоната кальция $CaCO_{3(тв)} \rightleftharpoons CaO_{(тв)} + CO_{2(г)}$. Условия, способствующие протеканию прямой реакции: высокая температура и отвод углекислого газа из зоны реакции.