Номер 595, страница 98 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

595. Экзотермической или эндотермической является прямая реакция азота с водородом, если при повышении температуры смеси $N_2$, $H_2$ и $NH_3$ концентрация $NH_3$ в ней уменьшается?

Решение

Рассмотрим обратимую реакцию синтеза аммиака из азота и водорода, которая находится в состоянии химического равновесия:

$N_2 \text{(г)} + 3H_2 \text{(г)} \rightleftharpoons 2NH_3 \text{(г)}$

Для определения теплового эффекта реакции воспользуемся принципом Ле Шателье. Согласно этому принципу, при внешнем воздействии на равновесную систему равновесие смещается в направлении, ослабляющем это воздействие.

В данном случае внешним воздействием является повышение температуры. Повышение температуры всегда смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (реакции, которая идет с поглощением тепла), так как это позволяет системе "поглотить" избыток тепла и частично скомпенсировать повышение температуры.

Из условия задачи известно, что при повышении температуры концентрация продукта реакции, аммиака ($NH_3$), уменьшается. Это означает, что равновесие смещается влево, в сторону исходных веществ – азота и водорода. То есть, при повышении температуры преобладает обратная реакция (разложение аммиака):

$2NH_3 \rightarrow N_2 + 3H_2$

Раз обратная реакция является преобладающей при нагревании, значит, она и есть эндотермическая.

Прямая реакция (синтез аммиака из азота и водорода) является процессом, обратным по отношению к разложению. Следовательно, если обратная реакция эндотермическая, то прямая реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла.

Уравнение прямой реакции с учетом теплового эффекта:

$N_2 \text{(г)} + 3H_2 \text{(г)} \rightleftharpoons 2NH_3 \text{(г)} + Q$ (где $Q > 0$)

Ответ: Прямая реакция азота с водородом является экзотермической.