Номер 6, страница 134 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 17. Научные принципы организации химического производства. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 6, страница 134.

Условие.

6. Какая из реакций, лежащих в основе сернокислотного производства, обратима? В каком направлении смещается равновесие при увеличении температуры; при увеличении давления?

Решение.

Решение 2.

Сернокислотное производство (контактный способ) включает в себя три основные стадии:

1. Обжиг сырья, содержащего серу (например, пирита $FeS_2$ или природной серы $S$), для получения диоксида серы $SO_2$. Эта реакция практически необратима.
2. Каталитическое окисление диоксида серы $SO_2$ в триоксид серы $SO_3$. Это ключевая обратимая стадия процесса.
3. Поглощение триоксида серы $SO_3$ концентрированной серной кислотой с образованием олеума ($H_2S_2O_7$) и последующее разбавление олеума водой до получения товарной серной кислоты. Этот процесс также является практически необратимым.

Рассмотрим обратимую реакцию и влияние на неё внешних факторов.

Какая из реакций, лежащих в основе сернокислотного производства, обратима?

Решение

Обратимой является вторая стадия производства – каталитическое окисление диоксида серы в триоксид серы. В ходе этой реакции система достигает состояния химического равновесия, так как прямая и обратная реакции протекают с сопоставимыми скоростями.

Уравнение реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$

Ответ: Обратимой является реакция окисления диоксида серы до триоксида серы: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$.

В каком направлении смещается равновесие при увеличении температуры?

Решение

Прямая реакция окисления $SO_2$ до $SO_3$ является экзотермической, то есть протекает с выделением теплоты ($\Delta H < 0$):

$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г) + Q$

Согласно принципу Ле Шателье, при увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (реакции, идущей с поглощением тепла), чтобы скомпенсировать внешнее воздействие. В данном случае эндотермической является обратная реакция разложения $SO_3$.

Ответ: При увеличении температуры равновесие смещается влево, в сторону исходных веществ (реагентов), то есть в сторону разложения $SO_3$ на $SO_2$ и $O_2$.

В каком направлении смещается равновесие при увеличении давления?

Решение

Согласно принципу Ле Шателье, увеличение давления смещает равновесие в сторону образования меньшего количества молей газообразных веществ, то есть в сторону уменьшения объёма системы.

Рассмотрим уравнение реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$

В левой части уравнения (реагенты) суммарное количество молей газа составляет $2 + 1 = 3$ моль.

В правой части уравнения (продукты) количество молей газа составляет $2$ моль.

Поскольку $2 < 3$, увеличение давления будет смещать равновесие в сторону продуктов реакции, то есть вправо.

Ответ: При увеличении давления равновесие смещается вправо, в сторону образования продукта реакции — триоксида серы ($SO_3$).