Номер 11, страница 27 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. В промышленности процесс синтеза аммиака из водорода и азота осуществляют в присутствии железа. Напишите соответствующее уравнение реакции, расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса. Укажите роль железа в данной химической реакции.

Дано:

Реагенты: азот ($N_2$), водород ($H_2$).

Условия: в присутствии железа (Fe).

Продукт: аммиак ($NH_3$).

Найти:

1. Уравнение реакции с коэффициентами, найденными методом электронного баланса.

2. Роль железа в реакции.

Решение:

1. Уравнение реакции и расстановка коэффициентов методом электронного баланса

Процесс синтеза аммиака из простых веществ, азота и водорода, является окислительно-восстановительной реакцией. Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\stackrel{0}{N_2} + \stackrel{0}{H_2} \rightarrow \stackrel{-3}{N}\stackrel{+1}{H_3}$

В ходе реакции изменяются степени окисления следующих элементов:

• Азот (N) меняет степень окисления с 0 до -3.
• Водород (H) меняет степень окисления с 0 до +1.

Составим электронный баланс. Азот принимает электроны, следовательно, он является окислителем, а сам процесс называется восстановлением. Водород отдает электроны, являясь восстановителем, а процесс называется окислением.

$2\stackrel{0}{N} + 6e^- \rightarrow 2\stackrel{-3}{N}$ | 1 |восстановление ($N_2$ — окислитель)
$\stackrel{0}{H_2} - 2e^- \rightarrow 2\stackrel{+1}{H}$ | 3 |окисление ($H_2$ — восстановитель)

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 6) равно 6. Отсюда находим множители: 1 для процесса восстановления (азота) и 3 для процесса окисления (водорода). Эти множители являются коэффициентами перед соответствующими веществами.

Подставим коэффициенты в схему реакции: перед $N_2$ ставим 1 (коэффициент 1 не пишется), а перед $H_2$ ставим 3.

$N_2 + 3H_2 \rightarrow NH_3$

Теперь уравняем количество атомов в продукте реакции. Слева находятся 2 атома азота и $3 \times 2 = 6$ атомов водорода. Чтобы уравнять количество атомов, перед формулой аммиака ($NH_3$) в правой части уравнения нужно поставить коэффициент 2.

Реакция синтеза аммиака является обратимой и каталитической. Итоговое уравнение реакции (процесс Габера-Боша) выглядит следующим образом:

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

2. Роль железа в данной химической реакции

В промышленном синтезе аммиака железо (Fe) используется в качестве катализатора. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но само в ходе реакции не расходуется и не входит в состав конечных продуктов. Роль железа заключается в снижении энергии активации реакции. Оно предоставляет свою поверхность для адсорбции молекул азота и водорода, облегчая разрыв прочных связей в этих молекулах и образование новых связей при формировании аммиака. Это позволяет проводить процесс с приемлемой скоростью при более низких температурах и давлениях, чем это было бы возможно без катализатора.

Ответ:

Уравнение реакции синтеза аммиака, с коэффициентами, расставленными методом электронного баланса: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. В этой реакции азот ($N_2$) является окислителем, а водород ($H_2$) — восстановителем. Роль железа (Fe) в данной реакции — катализатор, который ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в процессе.