Вопрос ? 2, страница 115 - 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 115.

Условие.

Назовите условия смещения химического равновесия в сторону образования метанола и аммиака.

Решение.

Решение 2.

Условия смещения химического равновесия определяются принципом Ле Шателье. Согласно этому принципу, если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление или концентрацию), то равновесие сместится в том направлении, которое ослабляет это воздействие. Рассмотрим условия для синтеза метанола и аммиака.

Смещение равновесия в сторону образования метанола

Промышленный синтез метанола описывается следующим обратимым уравнением реакции:

$CO(г) + 2H_2(г) \rightleftharpoons CH_3OH(г) + Q$

Здесь $Q$ обозначает тепловой эффект реакции, которая является экзотермической (протекает с выделением тепла).

Для смещения равновесия вправо, в сторону образования продукта (метанола), необходимо:

• Понизить температуру. Так как прямая реакция экзотермическая, понижение температуры смещает равновесие в сторону выделения тепла, то есть в сторону образования метанола. На практике используют компромиссную температуру (250–300 °C) для достижения приемлемой скорости реакции.
• Повысить давление. В левой части уравнения находятся 3 моль газа (1 моль $CO$ и 2 моль $H_2$), а в правой — 1 моль газа ($CH_3OH$). Прямая реакция идет с уменьшением объема (и числа моль газов). Повышение давления сместит равновесие в сторону меньшего объема, то есть в сторону образования метанола.
• Изменить концентрации. Увеличение концентрации исходных веществ ($CO$ и $H_2$) или удаление продукта ($CH_3OH$) из реакционной смеси будет смещать равновесие вправо.

Использование катализатора (например, на основе оксидов цинка и меди) не смещает равновесие, но значительно ускоряет его достижение.

Ответ: для смещения равновесия в сторону образования метанола необходимо повышать давление, понижать температуру, увеличивать концентрацию исходных веществ ($CO$ и $H_2$) и удалять метанол из зоны реакции.

Смещение равновесия в сторону образования аммиака

Процесс синтеза аммиака (процесс Габера-Боша) описывается уравнением:

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$

Эта реакция также является экзотермической.

Для смещения равновесия вправо, в сторону образования продукта (аммиака), необходимо:

• Понизить температуру. Как и в случае с метанолом, прямая реакция экзотермическая, поэтому понижение температуры способствует смещению равновесия в сторону образования $NH_3$. В промышленности используют температуру 400–500 °C как компромисс между выходом продукта и скоростью реакции.
• Повысить давление. В левой части уравнения находятся 4 моль газа (1 моль $N_2$ и 3 моль $H_2$), а в правой — 2 моль газа ($NH_3$). Реакция идет с уменьшением объема. Следовательно, повышение давления смещает равновесие в сторону образования аммиака.
• Изменить концентрации. Равновесие сместится вправо при увеличении концентрации реагентов ($N_2$ и $H_2$) и при постоянном удалении продукта ($NH_3$) из системы (например, путем сжижения).

Применение катализатора (пористое железо) необходимо для увеличения скорости реакции при относительно низких температурах.

Ответ: для смещения равновесия в сторону образования аммиака необходимо повышать давление, понижать температуру, увеличивать концентрацию исходных веществ ($N_2$ и $H_2$) и удалять аммиак из зоны реакции.