Номер 5, страница 111 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Приведите по одному примеру обратимых реакций с участием:

а) водорода;

б) кислорода;

в) воды;

г) азота;

д) метана;

е) спирта;

ж) иона водорода.

Как можно сместить равновесие каждой из реакций в сторону образования продуктов?

а) водорода Примером обратимой реакции с участием водорода является промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша): $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)} + Q$ Прямая реакция является экзотермической (выделяется теплота, $+Q$) и протекает с уменьшением объема (из 4 моль газов образуется 2 моль газа). Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону образования продуктов (вправо) необходимо:

1) повысить давление (равновесие сместится в сторону меньшего объема);

2) понизить температуру (равновесие сместится в сторону экзотермической реакции);

3) увеличить концентрацию исходных веществ ($N_2$ или $H_2$);

4) уменьшить концентрацию продукта (отводить аммиак $NH_3$ из реакционной смеси).

Ответ: Реакция синтеза аммиака $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Сместить равновесие вправо можно повышением давления, понижением температуры, увеличением концентрации азота или водорода, а также удалением аммиака из системы.

б) кислорода Примером является окисление диоксида серы в триоксид серы — ключевая стадия производства серной кислоты: $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)} + Q$ Прямая реакция экзотермическая и идет с уменьшением числа молей газа (из 3 моль образуется 2 моль). Для смещения равновесия в сторону образования триоксида серы ($SO_3$) необходимо:

1) повысить давление;

2) понизить температуру;

3) увеличить концентрацию реагентов ($SO_2$ или $O_2$);

4) использовать катализатор (например, $V_2O_5$) для ускорения достижения равновесия.

Ответ: Реакция окисления диоксида серы $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$. Сместить равновесие вправо можно повышением давления, понижением температуры и увеличением концентрации исходных веществ.

в) воды Примером может служить паровая конверсия угарного газа (реакция водяного газа): $CO_{(г)} + H_2O_{(г)} \rightleftharpoons CO_{2(г)} + H_{2(г)} + Q$ Прямая реакция экзотермическая, но протекает без изменения числа молей газообразных веществ (2 моль слева и 2 моль справа). Для смещения равновесия в сторону продуктов ($CO_2$ и $H_2$) необходимо:

1) понизить температуру;

2) увеличить концентрацию исходных веществ ($CO$ или $H_2O$);

3) уменьшить концентрацию продуктов (например, удаляя $CO_2$).

Изменение давления на положение этого равновесия не влияет.

Ответ: Реакция паровой конверсии угарного газа $CO + H_2O \rightleftharpoons CO_2 + H_2$. Сместить равновесие вправо можно понижением температуры, увеличением концентрации $CO$ или $H_2O$, а также удалением $CO_2$ или $H_2$.

г) азота В качестве примера можно снова привести реакцию синтеза аммиака, так как азот является одним из ключевых реагентов: $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)} + Q$ Условия смещения равновесия в сторону продуктов аналогичны пункту (а).

Ответ: Реакция синтеза аммиака $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Равновесие смещается вправо при повышении давления, понижении температуры, увеличении концентрации реагентов и удалении продукта.

д) метана Примером является паровая конверсия метана, используемая для получения водорода: $CH_{4(г)} + H_2O_{(г)} \rightleftharpoons CO_{(г)} + 3H_{2(г)} - Q$ Прямая реакция является эндотермической (поглощается теплота, $-Q$) и протекает с увеличением объема (из 2 моль газов образуется 4 моль). Для смещения равновесия вправо необходимо:

1) повысить температуру (равновесие сместится в сторону эндотермической реакции);

2) понизить давление (равновесие сместится в сторону большего объема);

3) увеличить концентрацию метана или водяного пара;

4) удалять продукты реакции ($CO$ или $H_2$) из системы.

Ответ: Реакция паровой конверсии метана $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$. Сместить равновесие вправо можно повышением температуры, понижением давления, увеличением концентрации реагентов и удалением продуктов.

е) спирта Классическим примером является реакция этерификации — взаимодействие спирта с карбоновой кислотой с образованием сложного эфира и воды. Например, реакция этанола с уксусной кислотой: $C_2H_5OH_{(ж)} + CH_3COOH_{(ж)} \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5_{(ж)} + H_2O_{(ж)}$ Эта реакция обратима и имеет небольшой тепловой эффект. Для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира (продукта) необходимо:

1) использовать избыток одного из реагентов (спирта или кислоты);

2) удалять один из продуктов из реакционной смеси, например, воду (с помощью водоотнимающих средств, таких как концентрированная $H_2SO_4$, которая также является катализатором) или отгонять образующийся сложный эфир.

Ответ: Реакция этерификации $C_2H_5OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$. Сместить равновесие вправо можно, используя избыток одного из реагентов или удаляя один из продуктов (воду или сложный эфир).

ж) иона водорода Примером является диссоциация слабой кислоты в водном растворе, например, уксусной кислоты: $CH_3COOH_{(aq)} \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + CH_3COO^-_{(aq)} - Q$ Прямая реакция — эндотермическая. Равновесие смещается в сторону продуктов (ионов) в следующих случаях:

1) при разбавлении раствора водой (согласно закону разбавления Оствальда, степень диссоциации увеличивается, равновесие смещается в сторону большего числа частиц);

2) при добавлении щелочи (например, $NaOH$), ионы $OH^-$ которой связывают ионы $H^+$ в малодиссоциирующие молекулы воды, тем самым уменьшая концентрацию $H^+$ и смещая равновесие вправо;

3) при повышении температуры, так как процесс диссоциации эндотермический.

Ответ: Реакция диссоциации уксусной кислоты $CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$. Сместить равновесие вправо можно путем разбавления раствора, добавления щелочи или повышения температуры.