Номер 39, страница 33 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 4. Основы термохимии и химической кинетики - номер 39, страница 33.

Условие.

39. Какие факторы способствуют смещению равновесия в эндотермической реакции восстановления оксида железа(III) водородом в сторону прямой реакции?

Решение.

Решение 2.

Решение

Для определения факторов, смещающих химическое равновесие, воспользуемся принципом Ле Шателье. Согласно этому принципу, если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменение температуры, давления, концентрации), то равновесие смещается в направлении, которое ослабляет это воздействие.

Сначала запишем уравнение реакции восстановления оксида железа(III) водородом:

$Fe_2O_3(тв) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2Fe(тв) + 3H_2O(г)$

По условию, эта реакция является эндотермической, то есть протекает с поглощением теплоты ($\Delta H > 0$). Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции (вправо), необходимо проанализировать влияние различных факторов.

1. Влияние температуры

Прямая реакция является эндотермической (поглощает тепло), а обратная — экзотермической (выделяет тепло). Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции. В данном случае это прямая реакция. Следовательно, повышение температуры будет способствовать смещению равновесия вправо, в сторону образования железа и водяного пара.

2. Влияние давления

Изменение давления влияет на равновесие в реакциях, где изменяется общее число молей газообразных веществ. Подсчитаем количество молей газов в левой и правой частях уравнения:
- В левой части: 3 моль газа ($3H_2$).
- В правой части: 3 моль газа ($3H_2O$).
Поскольку число молей газов в ходе реакции не изменяется ($\Delta n_{газ} = 3 - 3 = 0$), изменение общего давления в системе не приведет к смещению химического равновесия.

3. Влияние концентрации веществ

Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия вправо (в сторону продуктов) можно:
- Увеличить концентрацию реагентов. В этой реакции реагентами являются твердый оксид железа(III) и газообразный водород. Концентрация твердых веществ ($Fe_2O_3$ и $Fe$) считается постоянной и не влияет на положение равновесия. Следовательно, увеличение концентрации (или парциального давления) водорода ($H_2$) сместит равновесие вправо.
- Уменьшить концентрацию продуктов. Продуктами являются твердое железо и газообразный водяной пар. Как уже упоминалось, изменение количества твердого железа не повлияет на равновесие. Следовательно, уменьшение концентрации (или парциального давления) водяного пара ($H_2O$), например, путем его непрерывного отвода из реакционной зоны, сместит равновесие вправо.

4. Влияние катализатора

Катализатор в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакции. Он помогает системе быстрее достичь состояния равновесия, но не смещает его положение. Поэтому катализатор не является фактором, способствующим смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Ответ: Факторами, способствующими смещению равновесия в эндотермической реакции восстановления оксида железа(III) водородом в сторону прямой реакции, являются:
1. Повышение температуры.
2. Увеличение концентрации водорода.
3. Уменьшение концентрации водяного пара (удаление продуктов реакции из системы).