Номер 8, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

8. Перечислите все факторы, увеличивающие скорость реакции синтеза аммиака:

$3\text{H}_2 + \text{N}_2 \xrightleftharpoons{400-500\,^\circ\text{C}, \text{Fe}, p} 2\text{NH}_3 + Q$

Скорость химической реакции синтеза аммиака $3H_2 + N_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + Q$ можно увеличить, воздействуя на систему следующими факторами:

Повышение температуры. Увеличение температуры приводит к росту кинетической энергии молекул реагентов (азота и водорода). В результате увеличивается частота их столкновений и, что более важно, возрастает доля эффективных столкновений, то есть тех, которые приводят к химическому превращению. Согласно уравнению Аррениуса, с ростом температуры экспоненциально возрастает константа скорости реакции. Несмотря на то, что для экзотермической реакции синтеза аммиака повышение температуры смещает равновесие в сторону реагентов (уменьшая выход продукта), скорость как прямой, так и обратной реакции при этом увеличивается.

Повышение давления. Все вещества в данной реакции находятся в газовой фазе. Повышение общего давления в системе приводит к увеличению концентрации всех реагентов. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Следовательно, с ростом давления увеличивается частота столкновений между молекулами азота и водорода, что ведет к увеличению скорости реакции.

Увеличение концентрации реагентов ($H_2$ и $N_2$). Это основной принцип, вытекающий из закона действующих масс. Повышение концентрации одного или обоих исходных веществ (водорода или азота) увеличивает вероятность их столкновения и, как следствие, скорость прямой реакции.

Применение катализатора. Синтез аммиака является каталитической реакцией. Катализатор (в данном процессе используется губчатое железо с промоторами, например, оксидами калия и алюминия) предоставляет альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации ($E_a$). Он не изменяет положение равновесия, но значительно ускоряет достижение этого равновесия, увеличивая скорость как прямой, так и обратной реакции. Без катализатора при используемых температурах реакция протекала бы недопустимо медленно.

Увеличение площади поверхности катализатора. Поскольку реакция является гетерогенно-каталитической (реагенты — газы, катализатор — твердое тело), она протекает на поверхности катализатора. Увеличение площади этой поверхности (например, за счет использования катализатора в виде порошка или пористых гранул) приводит к увеличению числа активных центров, доступных для реакции. Это, в свою очередь, пропорционально увеличивает общую скорость химического превращения.

Ответ: Факторы, увеличивающие скорость реакции синтеза аммиака: повышение температуры, повышение давления, увеличение концентрации реагентов (азота и водорода), использование катализатора и увеличение площади поверхности катализатора.