Вопрос?, страница 166 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

Какое давление необходимо для повышения выхода аммиака?

Решение

Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть химическую реакцию синтеза аммиака и применить к ней принцип смещения химического равновесия Ле Шателье.

Процесс синтеза аммиака из азота и водорода является обратимым и описывается следующим уравнением:

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

Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие (например, изменить давление), то равновесие сместится в таком направлении, чтобы ослабить это воздействие.

Влияние давления на равновесие определяется изменением числа молей газообразных веществ в ходе реакции. В левой части уравнения (исходные вещества) находится 1 моль азота ($N_2$) и 3 моля водорода ($H_2$), что в сумме составляет 4 моля газа. В правой части уравнения (продукт) находится 2 моля аммиака ($NH_3$).

Таким образом, прямая реакция (синтез аммиака) протекает с уменьшением общего числа молей газа в системе (с 4 до 2).

При повышении внешнего давления система стремится противодействовать этому изменению, то есть сместить равновесие в сторону уменьшения собственного давления. Это достигается за счет смещения равновесия в сторону реакции, идущей с уменьшением числа молей газа. В данном случае – в сторону прямой реакции, то есть в сторону образования аммиака.

Следовательно, для повышения выхода аммиака необходимо повышать давление.

В промышленном синтезе аммиака (процесс Габера-Боша) используются высокие давления, обычно в диапазоне 15–35 МПа (что эквивалентно примерно 150–350 атмосферам). Выбор конкретного значения давления является компромиссом между высоким выходом продукта и экономическими затратами на создание и эксплуатацию оборудования, работающего под высоким давлением.

Ответ: для повышения выхода аммиака необходимо применять высокое давление.