Номер 8, страница 111 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Какие факторы способствуют увеличению выхода продукта в следующих промышленно важных реакциях:

а) $CH_{4(г)} + H_2O_{(г)} \rightleftharpoons CO_{(г)} + 3H_{2(г)} - Q;$

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

в) $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)} + Q?$

а) $CH_{4(г)} + H_2O_{(г)} \rightleftharpoons CO_{(г)} + 3H_{2(г)} - Q$

Для смещения химического равновесия в сторону продуктов реакции ($CO$ и $H_2$), согласно принципу Ле Шателье, необходимо изменять условия следующим образом. Во-первых, прямая реакция является эндотермической (протекает с поглощением теплоты, $-Q$), поэтому равновесие сместится вправо при повышении температуры. Во-вторых, прямая реакция идёт с увеличением объёма, так как из 2 моль газообразных реагентов ($1 \text{ моль } CH_4 + 1 \text{ моль } H_2O = 2 \text{ моль}$) образуется 4 моль газообразных продуктов ($1 \text{ моль } CO + 3 \text{ моль } H_2 = 4 \text{ моль}$). Следовательно, понижение давления будет способствовать смещению равновесия в сторону продуктов. В-третьих, увеличение концентрации исходных веществ ($CH_4$ и $H_2O$) или удаление продуктов ($CO$ и $H_2$) из реакционной смеси также сместит равновесие вправо.

Ответ: Повышение температуры, понижение давления, увеличение концентрации реагентов ($CH_4$, $H_2O$), удаление продуктов ($CO$, $H_2$) из зоны реакции.

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

Это реакция синтеза аммиака (процесс Габера-Боша). Для увеличения выхода аммиака ($NH_3$), согласно принципу Ле Шателье, необходимо: Во-первых, прямая реакция является экзотермической (протекает с выделением теплоты, $+Q$), поэтому для смещения равновесия вправо нужно понижать температуру. Во-вторых, прямая реакция идет с уменьшением числа молей газов, так как из 4 моль реагентов ($1 \text{ моль } N_2 + 3 \text{ моль } H_2 = 4 \text{ моль}$) образуется 2 моль продукта ($2 \text{ моль } NH_3$). Следовательно, повышение давления смещает равновесие в сторону образования аммиака. В-третьих, равновесие сместится вправо при увеличении концентрации исходных веществ ($N_2$ и $H_2$) или при удалении продукта ($NH_3$) из системы.

Ответ: Понижение температуры, повышение давления, увеличение концентрации реагентов ($N_2$, $H_2$), удаление продукта ($NH_3$) из зоны реакции.

в) $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)} + Q$

Это реакция окисления диоксида серы в триоксид серы, являющаяся ключевой стадией в производстве серной кислоты. Чтобы увеличить выход $SO_3$, согласно принципу Ле Шателье, необходимо следующее: Во-первых, прямая реакция экзотермическая ($+Q$), значит, для смещения равновесия вправо требуется понижение температуры. Во-вторых, реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, так как из 3 моль реагентов ($2 \text{ моль } SO_2 + 1 \text{ моль } O_2 = 3 \text{ моль}$) образуется 2 моль продукта ($2 \text{ моль } SO_3$). Поэтому повышение давления будет способствовать увеличению выхода продукта. В-третьих, увеличение концентрации реагентов ($SO_2$ и $O_2$) или удаление продукта ($SO_3$) из реакционной смеси сместит равновесие в сторону продуктов.

Ответ: Понижение температуры, повышение давления, увеличение концентрации реагентов ($SO_2$, $O_2$), удаление продукта ($SO_3$) из зоны реакции.