Номер 585, страница 97 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

585. Можно ли создать условия, при которых скорость обратной реакции стала бы больше скорости прямой реакции? Приведите пример реакции и условий.

Решение

Да, можно создать условия, при которых скорость обратной реакции будет превышать скорость прямой реакции. Это происходит в любой обратимой системе, когда она не находится в состоянии химического равновесия, а смещена в сторону продуктов реакции.

Скорость прямой реакции ($v_{прям}$) зависит от концентрации исходных веществ (реагентов), а скорость обратной реакции ($v_{обр}$) — от концентрации продуктов. В состоянии химического равновесия скорости прямой и обратной реакций равны ($v_{прям} = v_{обр}$). Если же нарушить это равновесие, то вплоть до установления нового равновесия скорости не будут равны. Ситуация, когда $v_{обр} > v_{прям}$, означает, что равновесие в системе смещается влево, в сторону образования исходных веществ.

Рассмотрим в качестве примера обратимую реакцию синтеза аммиака (процесс Габера-Боша):

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

Скорость прямой реакции выражается уравнением: $v_{прям} = k_{прям} \cdot [N_2] \cdot [H_2]^3$.

Скорость обратной реакции (разложения аммиака) выражается уравнением: $v_{обр} = k_{обр} \cdot [NH_3]^2$.

Чтобы создать условия, при которых $v_{обр} > v_{прям}$, можно поступить следующим образом:

1. Взять систему, находящуюся в состоянии равновесия, и искусственно увеличить концентрацию продукта реакции — аммиака ($NH_3$), например, введя в реакционный сосуд дополнительное количество аммиака. В этот момент концентрация $[NH_3]$ резко возрастет, что приведет к скачкообразному увеличению скорости обратной реакции $v_{обр}$. Концентрации $[N_2]$ и $[H_2]$ в тот же момент не изменятся, поэтому скорость прямой реакции $v_{прям}$ останется прежней. Таким образом, будет выполняться условие $v_{обр} > v_{прям}$. В соответствии с принципом Ле Шателье, система начнет противодействовать внешнему воздействию, и равновесие сместится влево, пока не установится новое состояние равновесия.
2. Поместить в реакционный сосуд только продукт реакции — аммиак ($NH_3$). В начальный момент времени концентрации исходных веществ, азота и водорода, равны нулю. Следовательно, скорость прямой реакции $v_{прям}$ также будет равна нулю. При этом концентрация аммиака будет максимальной, и скорость обратной реакции $v_{обр}$ будет иметь некоторое положительное значение. Очевидно, что в этом случае $v_{обр} > v_{прям}$.

Ответ: Да, можно. Например, для обратимой реакции $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)}$ скорость обратной реакции станет больше скорости прямой, если в систему, находящуюся в равновесии, добавить продукт реакции (аммиак) или если изначально в реактор поместить только аммиак.