Номер 2, страница 70, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Для чего нужно смещение химического равновесия?

Смещение химического равновесия необходимо для целенаправленного управления ходом обратимых химических реакций. Основная цель такого управления — увеличение выхода (количества получаемого вещества) целевого продукта и/или подавление образования нежелательных побочных продуктов, что делает химический процесс экономически выгодным.

Многие важные промышленные реакции являются обратимыми. Это значит, что они не идут до полного превращения реагентов в продукты, а достигают состояния химического равновесия, при котором скорости прямой и обратной реакций уравниваются. В этом состоянии концентрации всех веществ перестают изменяться. Часто равновесный выход продукта оказывается низким, что неприемлемо для промышленного производства. Смещая равновесие, можно заставить реакцию идти преимущественно в нужном направлении, значительно увеличив долю превращенных реагентов.

Теоретической основой для управления равновесием служит принцип Ле Шателье, который гласит: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие (изменить концентрацию, давление или температуру), то равновесие сместится в том направлении, которое ослабляет это воздействие.

Изменение концентрации

Если увеличить концентрацию одного из исходных веществ, равновесие сместится в сторону образования продуктов, чтобы "израсходовать" добавленное вещество. Если же удалять продукт из реакционной смеси по мере его образования, равновесие будет смещаться в сторону прямой реакции, чтобы "восполнить" убыль продукта. Этот прием широко используется на практике.

Изменение давления (для газов)

Этот фактор влияет на реакции, в которых участвуют газообразные вещества и при этом изменяется их общее количество (число молей). Увеличение давления смещает равновесие в сторону, где образуется меньшее число молей газа. Классический пример — синтез аммиака по процессу Габера-Боша: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$. В левой части уравнения 4 моль газа, в правой — 2 моль. Поэтому для увеличения выхода аммиака процесс ведут при высоком давлении (150–350 атмосфер).

Изменение температуры

Влияние температуры зависит от теплового эффекта реакции. Если прямая реакция экзотермическая (идет с выделением тепла, $\Delta H < 0$), то понижение температуры смещает равновесие вправо (в сторону продуктов). Если же реакция эндотермическая (идет с поглощением тепла, $\Delta H > 0$), то для смещения равновесия вправо температуру нужно повышать. Синтез аммиака — экзотермический процесс, поэтому для высокого выхода нужна низкая температура. Однако при низкой температуре скорость реакции очень мала. Поэтому на практике находят компромисс: используют катализатор и умеренно высокую температуру (400–500 o C), чтобы обеспечить приемлемую скорость, а высокий выход достигают за счет высокого давления.

Таким образом, целенаправленное смещение химического равновесия является ключевым инструментом в химической технологии, позволяющим сделать многие крупнотоннажные производства (аммиака, серной кислоты, метанола и др.) рентабельными и эффективными.

Ответ: Смещение химического равновесия необходимо для управления обратимыми химическими процессами с целью максимального увеличения выхода желаемого продукта и, соответственно, повышения экономической эффективности и целесообразности химического производства.