Вопрос ?, страница 114 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вопрос в параграфе. Параграф 22. Химическая технология. Производство аммиака и метанола. Глава 4. Химия и современное общество - страница 114.

Условие.

Проанализируйте это уравнение и дайте классификационную характеристику реакции: реакция соединения, окислительно-восстановительная, гомогенная, экзотермическая, обратимая, каталитическая.

Решение.

Решение 2.

В вопросе не представлено конкретное уравнение реакции для анализа. Однако, перечисленные характеристики (соединения, окислительно-восстановительная, гомогенная, экзотермическая, обратимая, каталитическая) полностью соответствуют, например, промышленному процессу синтеза аммиака из азота и водорода (процесс Габера-Боша). Проанализируем это уравнение в качестве примера:

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

Дадим классификационную характеристику этой реакции по заданным пунктам.

Реакция соединения

Реакцией соединения называется химическая реакция, в результате которой из двух или нескольких исходных веществ (простых или сложных) образуется одно более сложное вещество. В рассматриваемом примере два простых вещества, газообразный азот ($N_2$) и газообразный водород ($H_2$), вступают в реакцию с образованием одного сложного вещества — аммиака ($NH_3$). Таким образом, данная реакция классифицируется как реакция соединения.

Ответ: реакция соединения.

Окислительно-восстановительная

Окислительно-восстановительной (ОВР) называется реакция, в ходе которой происходит изменение степеней окисления у атомов химических элементов. Определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:

$N_2^0 + 3H_2^0 \rightleftharpoons 2N^{-3}H_3^{+1}$

• Азот ($N$) изменяет свою степень окисления с $0$ в $N_2$ до $-3$ в $NH_3$. Азот принимает электроны, то есть восстанавливается, и является окислителем.
• Водород ($H$) изменяет свою степень окисления с $0$ в $H_2$ до $+1$ в $NH_3$. Водород отдает электроны, то есть окисляется, и является восстановителем.

Поскольку степени окисления элементов изменяются, реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: окислительно-восстановительная.

Гомогенная

Гомогенной (однородной) называется реакция, в которой все реагенты и продукты находятся в одной и той же фазе (агрегатном состоянии). В данном случае все участники реакции — азот ($N_2$), водород ($H_2$) и аммиак ($NH_3$) — являются газами, то есть находятся в одной газовой фазе. Следовательно, реакция является гомогенной. Стоит отметить, что катализатор (железо) является твердым, поэтому сам катализ является гетерогенным, но реакция по фазовому составу реагентов и продуктов — гомогенная.

Ответ: гомогенная.

Экзотермическая

Экзотермической называется реакция, протекающая с выделением теплоты в окружающую среду. В уравнении реакции синтеза аммиака присутствует тепловой эффект `$ + Q$`, что указывает на выделение энергии. Тепловой эффект этой реакции составляет $92,4$ кДж, то есть изменение энтальпии системы отрицательно ($\Delta H = -92,4$ кДж/моль). Это означает, что реакция является экзотермической.

Ответ: экзотермическая.

Обратимая

Обратимой называется реакция, которая может протекать одновременно в прямом и в обратном направлениях. В уравнении реакции используется знак обратимости `$\rightleftharpoons$`, что указывает на то, что одновременно с образованием аммиака из азота и водорода (прямая реакция) происходит и его разложение на исходные вещества (обратная реакция). Реакция не идет до конца, а приводит к установлению химического равновесия.

Ответ: обратимая.

Каталитическая

Каталитической называется реакция, скорость которой увеличивается в присутствии катализатора — вещества, которое участвует в реакции, но не расходуется в ней. Синтез аммиака является очень медленным процессом при обычных условиях. Для достижения приемлемой скорости реакции в промышленности используют катализаторы, как правило, на основе пористого железа с различными добавками (промоторами). Наличие катализатора является обязательным условием для протекания этого процесса с практической скоростью.

Ответ: каталитическая.