Номер 4, страница 141 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Напишите уравнение химической реакции, лежащей в основе производства аммиака. Дайте характеристику этой реакции по всем известным вам признакам классификации.

Уравнение химической реакции, лежащей в основе промышленного синтеза аммиака (процесс Габера-Боша):

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

Данная реакция протекает при следующих условиях: температура $400–500 °C$, давление $15–35 \ МПа$ ($150–350 \ атм$), катализатор — пористое железо ($Fe$) с активаторами (оксиды $Al_2O_3, K_2O$ и др.).

Характеристика реакции по признакам классификации:

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции

В реакцию вступают два простых вещества (азот и водород), а в результате образуется одно сложное вещество (аммиак). Такие реакции, в ходе которых из нескольких веществ образуется одно более сложное, называются реакциями соединения.

Ответ: реакция соединения.

По тепловому эффекту

Реакция синтеза аммиака протекает с выделением теплоты, ее тепловой эффект составляет $ \Delta H = -92,4 \ кДж/моль $. Реакции, идущие с выделением тепла, являются экзотермическими.

Ответ: экзотермическая реакция.

По направлению протекания

Реакция протекает одновременно в прямом (образование аммиака) и в обратном (разложение аммиака) направлениях. Такие реакции, которые в одних и тех же условиях могут идти в противоположных направлениях, называются обратимыми. В уравнении это обозначается знаком обратимости $\rightleftharpoons$.

Ответ: обратимая реакция.

По участию катализатора

Для увеличения скорости реакции и достижения равновесия за приемлемое время используется катализатор. Реакции, протекающие с участием катализатора, называются каталитическими.

Ответ: каталитическая реакция.

По изменению степеней окисления химических элементов

В ходе реакции атомы азота и водорода изменяют свои степени окисления, что указывает на перераспределение электронов. Реакции, идущие с изменением степеней окисления, являются окислительно-восстановительными.

$ \overset{0}{N_2} + 3\overset{0}{H_2} \rightleftharpoons 2\overset{-3}{N}\overset{+1}{H_3} $

Азот ($N_2$) является окислителем, так как его степень окисления понижается с $0$ до $-3$ (он принимает электроны).

Водород ($H_2$) является восстановителем, так как его степень окисления повышается с $0$ до $+1$ (он отдает электроны).

Ответ: окислительно-восстановительная реакция.

По агрегатному состоянию реагирующих веществ (по фазовому составу)

Все вещества, участвующие в реакции (реагенты $N_2, H_2$ и продукт $NH_3$), находятся в одном агрегатном состоянии — газообразном. Реакции, в которых все компоненты находятся в одной фазе, называются гомогенными. Стоит отметить, что поскольку катализатор является твердым веществом, то весь процесс в целом является гетерогенно-каталитическим.

Ответ: гомогенная реакция.