Номер 7, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 44. Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 7, страница 203.

Условие.

7. При каких условиях увеличивается скорость химических реакций? Как это учитывают в доменном процессе?

Решение.

Решение 2.

При каких условиях увеличивается скорость химических реакций?

Скорость химических реакций, то есть изменение концентрации реагентов или продуктов в единицу времени, зависит от нескольких ключевых факторов. Увеличение скорости реакции достигается при следующих условиях:

• Увеличение концентрации реагирующих веществ. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагентов. Чем выше концентрация, тем больше число столкновений между частицами в единицу времени, что ведет к увеличению скорости реакции.
• Повышение температуры. С ростом температуры увеличивается кинетическая энергия молекул. Это приводит к двум эффектам: частицы сталкиваются чаще и, что более важно, возрастает доля "активных" столкновений, обладающих достаточной энергией для преодоления активационного барьера. Эмпирическое правило Вант-Гоффа гласит, что повышение температуры на 10°C увеличивает скорость реакции в 2–4 раза.
• Увеличение давления (для реакций с участием газов). Повышение давления приводит к увеличению концентрации газообразных реагентов, что, аналогично первому пункту, ускоряет реакцию.
• Увеличение площади поверхности соприкосновения реагентов. Этот фактор важен для гетерогенных реакций, где реагенты находятся в разных фазах (например, твердое вещество и газ). Измельчение твердого реагента увеличивает его удельную поверхность, тем самым увеличивая число активных центров, где может происходить реакция.
• Применение катализатора. Катализатор – это вещество, которое увеличивает скорость реакции, направляя ее по альтернативному пути с более низкой энергией активации. Сам катализатор в ходе реакции не расходуется.

Ответ: Скорость химических реакций увеличивается при повышении концентрации реагентов, увеличении температуры, повышении давления (для газов), увеличении площади поверхности соприкосновения (для гетерогенных систем) и при использовании катализаторов.

Как это учитывают в доменном процессе?

Доменный процесс (выплавка чугуна) — это сложный физико-химический процесс, для интенсификации которого активно используются принципы управления скоростью реакций:

• Повышение температуры. В доменную печь вдувается предварительно нагретый до 1000–1200°C воздух (горячее дутьё). Это позволяет поддерживать в печи очень высокую температуру (до 2000°C), что необходимо для быстрого протекания реакций горения кокса и восстановления железа, а также для плавления металла и шлака. Реакция горения кокса: $C + O_2 \rightarrow CO_2$.
• Увеличение концентрации реагентов и давления. Горячее дутьё подается в печь под избыточным давлением. Часто используют дутьё, обогащенное кислородом, что повышает концентрацию $O_2$ и интенсифицирует горение кокса. В результате образуется больше восстановительного газа — оксида углерода(II) ($CO$), который восстанавливает железо из руды: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$. Повышенное давление в целом ускоряет все реакции с участием газов.
• Увеличение площади поверхности. Железную руду не загружают в виде крупных кусков, а предварительно подготавливают, создавая из нее пористый агломерат или окатыши. Это значительно увеличивает площадь поверхности контакта руды с восстановительными газами, что ускоряет процесс восстановления железа. Пористая структура кокса также способствует увеличению поверхности для реакций.

Ответ: В доменном процессе скорость реакций увеличивают путем подачи под давлением горячего (1000–1200°C) и обогащенного кислородом дутья для повышения температуры и концентрации реагентов, а также за счет использования подготовленного сырья (агломерата, окатышей) с развитой поверхностью для увеличения площади контакта реагентов.