Номер 1, страница 223 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 28. Современное химическое производство. Глово 7. Химия в нашей жизни - номер 1, страница 223.

Условие.

1. Составьте уравнения реакций, лежащих в основе синтеза аммиака, и укажите условия их протекания.

Решение.

Решение 2.

Решение

Промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша) основан на прямом взаимодействии азота и водорода. Это обратимая, экзотермическая, каталитическая реакция, протекающая с уменьшением объема.

Уравнение реакции, лежащей в основе синтеза аммиака, выглядит следующим образом:

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

где $N_2$ — азот, $H_2$ — водород, $NH_3$ — аммиак, а $Q$ обозначает выделение тепла ($\Delta H = -92,4 \text{ кДж/моль}$).

Реакция является обратимой, поэтому для достижения высокого выхода продукта и приемлемой скорости реакции необходимо подобрать оптимальные условия, основываясь на принципе Ле Шателье.

Условия протекания реакции синтеза аммиака:

• Температура: 400–500 °C. Так как реакция экзотермическая, понижение температуры смещает равновесие в сторону образования аммиака. Однако при более низких температурах скорость реакции становится слишком низкой. Поэтому выбранная температура является компромиссом между выходом продукта и скоростью реакции.
• Давление: 15–35 МПа (что соответствует 150–350 атмосферам). Реакция протекает с уменьшением числа молей газов (из 4 молей исходных веществ образуется 2 моля продукта). Согласно принципу Ле Шателье, повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего объема, то есть в сторону образования аммиака.
• Катализатор: Пористое железо с добавками (промоторами) оксидов калия ($K_2O$), алюминия ($Al_2O_3$) и кальция ($CaO$). Катализатор не влияет на положение равновесия, но значительно увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции, позволяя проводить процесс при более низких температурах с достаточной скоростью.

Ответ:

Уравнение реакции синтеза аммиака: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Условия протекания: температура 400–500 °C, давление 15–35 МПа, катализатор — пористое железо с оксидными промоторами.