Страница 111 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Последовательность аппаратуры в технологической схеме производства аммиака:

1) ___________________________________________________________________

2) ___________________________________________________________________

3) ___________________________________________________________________

Промышленное производство аммиака основано на прямом синтезе из азота и водорода (процесс Габера-Боша). Технологическая схема включает последовательное прохождение газовой смесью нескольких ключевых аппаратов. Ниже представлена основная последовательность аппаратуры в цикле синтеза аммиака.

1) На первой стадии цикла синтеза подготовленную азотоводородную смесь ($N_2$ и $H_2$ в соотношении 1:3) необходимо сжать до очень высокого давления, обычно в диапазоне 15–35 МПа (150–350 атмосфер). Это делается для того, чтобы сместить химическое равновесие реакции $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ в сторону образования продукта, так как реакция протекает с уменьшением объёма газов.

Ответ: Компрессор (или турбокомпрессор).

2) После сжатия горячая газовая смесь поступает в основной аппарат технологической цепи, где и происходит непосредственно химическая реакция. Внутри этого аппарата на нескольких слоях катализатора (обычно на основе железа) при температуре 400–500 °C и высоком давлении азот и водород реагируют с образованием аммиака.

Ответ: Колонна синтеза (реактор синтеза).

3) Газовая смесь, выходящая из реактора, содержит образовавшийся аммиак, а также значительное количество непрореагировавших азота и водорода. Чтобы отделить целевой продукт, смесь направляют в аппарат, где она интенсивно охлаждается. Так как температура кипения аммиака (–33,4 °C) значительно выше, чем у азота (–195,8 °C) и водорода (–252,9 °C), он конденсируется в жидкость, в то время как остальные газы остаются в газообразном состоянии. Это позволяет отделить жидкий аммиак в последующем сепараторе.

Ответ: Холодильник (конденсатор).

Часть II

1. Дайте полную классификационную характеристику реакции синтеза оксида серы(VI).

Уравнение реакции: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Уравнение реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$

1) По числу и составу реагентов и продуктов

Решение: В данной реакции из двух исходных веществ, одного простого (кислород $O_2$) и одного сложного (оксид серы(IV) $SO_2$), образуется одно новое, более сложное вещество (оксид серы(VI) $SO_3$). Реакции, в результате которых из нескольких веществ образуется одно, классифицируются как реакции соединения.

Ответ: реакция соединения.

2) По изменению степеней окисления

Решение: Для определения, является ли реакция окислительно-восстановительной, необходимо проанализировать степени окисления атомов элементов до и после реакции: $S^{+4}O_2^{-2} + O_2^{0} \rightleftharpoons S^{+6}O_3^{-2}$. Атом серы изменяет свою степень окисления с +4 до +6, то есть окисляется и является восстановителем. Атомы кислорода из простого вещества $O_2$ изменяют степень окисления с 0 до -2, то есть восстанавливаются, следовательно, кислород является окислителем. Поскольку происходит изменение степеней окисления, данная реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: окислительно-восстановительная реакция.

3) По тепловому эффекту

Решение: Процесс синтеза оксида серы(VI) сопровождается выделением тепла в окружающую среду. Тепловой эффект реакции $ΔH = -198$ кДж/моль. Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими.

Ответ: экзотермическая реакция.

4) По направлению протекания

Решение: Реакция синтеза оксида серы(VI) не протекает до конца, а приводит к установлению состояния химического равновесия, при котором в системе присутствуют как исходные вещества, так и продукты реакции. Это означает, что реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении в одних и тех же условиях. Такие реакции называются обратимыми, что в уравнении обозначается специальным знаком $\rightleftharpoons$.

Ответ: обратимая реакция.

5) По участию катализатора

Решение: Скорость данной реакции при умеренных температурах без катализатора очень мала. Для её ускорения и достижения равновесия за приемлемое время используют катализаторы, например, оксид ванадия(V) ($V_2O_5$) или платину ($Pt$). Реакции, скорость которых увеличивается при добавлении катализатора, называются каталитическими.

Ответ: каталитическая реакция.

6) По фазовому составу

Решение: В условиях промышленного синтеза все участники реакции — реагенты ($SO_2$ и $O_2$) и продукт ($SO_3$) — находятся в газообразном состоянии. Реакция, протекающая в системе, где все компоненты находятся в одной фазе (в данном случае, газовой), называется гомогенной.

Ответ: гомогенная реакция.

2. Дайте полную классификационную характеристику реакции синтеза аммиака.

Уравнение реакции:

1)

2) 1) Все металлы, кроме ______ — твердые вещества, со-

3) мые твердые из металлов

4) 2) электропроводны, лучше проводников

5) 3) теплопроводны;

6) 4) имеют металлический блеск; самые блестящие

Уравнение реакции: $N_2 (\text{г}) + 3H_2 (\text{г}) \rightleftharpoons 2NH_3 (\text{г}) + Q$

1) По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции.
В реакцию вступают два простых вещества (азот и водород), а в результате образуется одно более сложное вещество (аммиак). Реакции, в ходе которых из нескольких веществ образуется одно, относятся к реакциям соединения.
Ответ: реакция соединения.

2) По изменению степеней окисления химических элементов.
В ходе реакции изменяются степени окисления атомов азота и водорода: $N_2^0 + 3H_2^0 \rightleftharpoons 2N^{-3}H_3^{+1}$.
Азот ($N^0$) является окислителем, он принимает электроны и его степень окисления понижается до -3.
Водород ($H^0$) является восстановителем, он отдает электроны и его степень окисления повышается до +1.
Реакции, протекающие с изменением степеней окисления, называются окислительно-восстановительными.
Ответ: окислительно-восстановительная (ОВР).

3) По тепловому эффекту.
Реакция синтеза аммиака протекает с выделением теплоты (тепловой эффект реакции $\Delta H < 0$), что условно обозначается знаком «+Q» в правой части уравнения. Такие реакции называются экзотермическими.
Ответ: экзотермическая.

4) По участию катализатора.
Промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша) проводят с использованием катализатора для увеличения скорости реакции. Обычно используется пористое железо с активаторами. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими.
Ответ: каталитическая.

5) По направлению протекания.
Реакция синтеза аммиака является обратимой, то есть в одних и тех же условиях она протекает одновременно в двух противоположных направлениях – прямом (синтез $NH_3$) и обратном (разложение $NH_3$). В уравнении это обозначается знаком обратимости ($ \rightleftharpoons $).
Ответ: обратимая.

6) По агрегатному состоянию (фазе) реагирующих веществ.
Все реагенты (азот, водород) и продукт (аммиак) находятся в газовой фазе. Однако катализатор находится в твердой фазе. Реакции, в которых реагенты и катализатор находятся в разных фазах (агрегатных состояниях), называются гетерогенными.
Ответ: гетерогенная.

3. Назовите некоторые научные принципы производства:

1) _______________

2) _______________

3) _______________

1) Принцип разделения и специализации труда. Этот основополагающий принцип предполагает расчленение сложного производственного процесса на ряд простых, элементарных операций. За каждым работником или группой работников закрепляется выполнение одной или ограниченного числа однородных операций. Специализация на конкретной задаче позволяет работнику достичь высокого уровня мастерства и скорости, сокращает время, затрачиваемое на смену деятельности и инструментов, и создает предпосылки для механизации и автоматизации труда.
Ответ: Принцип разделения и специализации труда — это организация производственного процесса путем его разделения на простые операции, выполняемые специализированными работниками для повышения общей производительности.

2) Принцип стандартизации и унификации. Стандартизация заключается в установлении и применении единых, рациональных норм, правил и требований к сырью, материалам, инструментам, технологическим процессам и готовой продукции. Унификация, как частный случай стандартизации, направлена на приведение объектов к единообразию и обеспечение взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов. Эти меры позволяют повысить качество продукции, упростить производственные процессы, сократить номенклатуру изделий и деталей, а также являются необходимой базой для массового производства и автоматизации.
Ответ: Принцип стандартизации и унификации — это установление единых норм и требований к объектам и процессам производства для обеспечения их качества, взаимозаменяемости и эффективности.

3) Принцип непрерывности и поточности. Этот принцип нацелен на организацию производства таким образом, чтобы предметы труда перемещались по всем стадиям обработки непрерывно, без пролеживания и задержек. Идеальным выражением этого принципа является поточная линия (конвейер). Рабочие места располагаются строго в последовательности технологических операций, а время выполнения каждой операции согласовывается (синхронизируется) для обеспечения единого ритма работы. Это позволяет максимально сократить производственный цикл, уменьшить объем незавершенного производства и минимизировать простои оборудования и персонала.
Ответ: Принцип непрерывности и поточности — это организация согласованного во времени и пространстве, бесперебойного процесса движения предметов труда по всем стадиям производства.