Номер 3, страница 197 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 43. Химия в промышленности. Принципы химического производства. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 3, страница 197.

Условие.

3. Поясните, какие условия необходимы для превращения оксида серы(IV) в оксид серы(VI).

Решение.

Решение 2.

Превращение оксида серы(IV) ($SO_2$) в оксид серы(VI) ($SO_3$) — это процесс окисления, который является обратимой экзотермической реакцией. Это центральная стадия промышленного получения серной кислоты (контактный метод). Уравнение этой реакции:

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

Поскольку реакция обратима, для достижения высокого выхода продукта ($SO_3$) и приемлемой скорости реакции необходимо создать определённые условия, основанные на принципе Ле Шателье.

1. Температура

Реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла. Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону образования продуктов (вправо) необходимо понижать температуру. Однако при низкой температуре скорость реакции становится очень маленькой. Поэтому на практике находят компромисс: процесс ведут при оптимальной температуре 400–500 °C. Эта температура достаточно высока, чтобы обеспечить высокую скорость реакции, но при этом достаточно низка, чтобы равновесие не слишком сильно смещалось в сторону исходных веществ.

2. Давление

В ходе реакции из 3 объемов (или молей) газообразных реагентов (2 моль $SO_2$ и 1 моль $O_2$) образуется 2 объема (или моля) газообразного продукта ($SO_3$). Реакция идёт с уменьшением объёма. Согласно принципу Ле Шателье, повышение давления будет смещать равновесие в сторону меньшего объёма, то есть в сторону образования оксида серы(VI). Поэтому применение повышенного давления выгодно. Впрочем, на современных производствах часто используют давление, близкое к атмосферному (1-2 атм), так как выход продукта и без того высок, а использование высокого давления требует более сложного и дорогого оборудования.

3. Катализатор

Чтобы ускорить реакцию и дать ей возможность эффективно протекать при умеренной температуре (400–500 °C), обязательно используют катализатор. Катализатор ускоряет как прямую, так и обратную реакции, позволяя системе быстрее достичь равновесия. Наиболее распространённым и эффективным катализатором для этого процесса является оксид ванадия(V) ($V_2O_5$), нанесённый на пористый носитель. Реже используется платиновый катализатор (Pt), так как он дороже и легко "отравляется" примесями.

4. Концентрация реагентов

Для смещения равновесия вправо и обеспечения более полного превращения $SO_2$ в $SO_3$, в реакционную смесь подают избыток одного из реагентов — кислорода (обычно в виде воздуха). Это увеличивает выход конечного продукта.

Ответ:
Для превращения оксида серы(IV) в оксид серы(VI) необходимы следующие условия:
1. Присутствие окислителя, обычно кислорода воздуха.
2. Оптимальная температура в диапазоне 400–500 °C.
3. Использование катализатора, как правило, оксида ванадия(V) ($V_2O_5$).
4. Повышенное давление (хотя процесс эффективно идёт и при атмосферном давлении).
5. Избыток кислорода по отношению к оксиду серы(IV).