Номер 4, страница 328 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 69. Научные принципы организации химического производства. Глава 7. Химическая технология - номер 4, страница 328.

Условие.

4. На рисунке 159 показана зависимость выхода серного ангидрида в реакции $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$ от времени при разной температуре. При какой температуре целесообразно проводить реакцию? Обоснуйте это, используя принцип Ле Шателье.

Рис. 159. Зависимость выхода $SO_3$ от времени при разной температуре

Решение.

Решение 2.

Решение

Данная химическая реакция является обратимой и экзотермической, так как протекает с выделением теплоты (обозначено как $+Q$):

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$

Для определения оптимальных условий проведения реакции воспользуемся принципом Ле Шателье. Согласно этому принципу, при внешнем воздействии на систему, находящуюся в равновесии, равновесие смещается в направлении, которое ослабляет это воздействие.

В случае изменения температуры для экзотермической реакции:

• Повышение температуры смещает равновесие влево, в сторону обратной реакции (распада $SO_3$), что приводит к уменьшению выхода продукта.
• Понижение температуры смещает равновесие вправо, в сторону прямой реакции (образования $SO_3$), что приводит к увеличению выхода продукта.

Проанализируем данные, представленные на графике:

• Кривая для температуры $450^\circ C$ показывает, что равновесный выход серного ангидрида ($SO_3$) достигает очень высокого значения, близкого к 100%.
• Кривая для температуры $600^\circ C$ показывает, что равновесный выход $SO_3$ значительно ниже и составляет примерно 75-80%.

Эти данные полностью подтверждают принцип Ле Шателье: при более низкой температуре ($450^\circ C$) выход продукта реакции выше.

Также из графика видно, что при $600^\circ C$ скорость достижения равновесия выше (начальный наклон кривой круче), чем при $450^\circ C$. Однако, для производства важен не только быстрый выход на равновесные концентрации, но и максимально возможный выход целевого продукта. Поскольку разница в выходе продукта существенна (почти 100% против 75-80%), а разница во времени достижения равновесия невелика (около 2-3 секунд против 1 секунды), то с точки зрения эффективности процесса целесообразнее выбрать более низкую температуру.

Таким образом, для получения максимального количества серного ангидрида реакцию целесообразно проводить при температуре $450^\circ C$.

Ответ:

Реакцию целесообразно проводить при температуре $450^\circ C$. Обоснование на основе принципа Ле Шателье: реакция синтеза серного ангидрида $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ является экзотермической. Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону образования продуктов (вправо) в экзотермической реакции необходимо понижать температуру. График показывает, что при более низкой температуре ($450^\circ C$) равновесный выход $SO_3$ значительно выше (около 100%), чем при более высокой температуре $600^\circ C$ (около 75-80%), что делает проведение процесса при $450^\circ C$ более целесообразным.