☰ Содержание · Химия

Реакции в химическом производстве

Уроки 44 · 1 урок · И.Р. Аскаров, К. Гопиров, Н.Х. Тухтабоев. Химия, 9 класс, переработанное 4-е издание. НМИУ «O‘zbekiston», Ташкент, 2019
44

Значение химических реакций в промышленности

Учебник: с. 189–191
ЦельЗнать факторы, влияющие на скорость реакции и равновесие в химическом производстве (температура, давление, концентрация, катализатор), и выполнять простые расчёты.
Новые слова
скорость реакции · reaksiya tezligiхимическое равновесие · kimyoviy muvozanatкатализатор · katalizatorвыход продукта · unum
Объяснение

Каждое химическое производство основано на ряде реакций, и задача технологии — проводить их в наиболее благоприятных условиях. Скорость реакции растёт с температурой: при нагревании на каждые 10 °C скорость возрастает в γ раз (γ — температурный коэффициент), например при γ = 2 переход от 20 °C до 60 °C повышает скорость в 2⁴ = 16 раз. Более высокая концентрация реагентов также повышает скорость: в реакции 2NO + O₂ → 2NO₂ удвоение концентрации O₂ удваивает скорость, а удвоение концентрации NO повышает её в 2² = 4 раза. Катализатор ускоряет реакцию и не расходуется. В обратимых реакциях устанавливается химическое равновесие; условия изменяют, чтобы сместить его: например, в реакции N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + Q повышение давления (4 объёма дают 2 объёма) и удаление аммиака увеличивают выход; низкая температура повышает выход, но снижает скорость, поэтому выбирают катализатор (Fe), около 400–500 °C и высокое давление. В производстве серной кислоты реакция 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ идёт с катализатором (V₂O₅); при получении азотной кислоты аммиак окисляют на катализаторе Pt: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O. Практический выход по сравнению с теоретическим: η = m(практ.)/m(теор.) · 100 %. Учёные и предприятия Узбекистана работают над минеральными удобрениями, лекарственными субстанциями и полимерами.

Примеры
Для реакции 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ при γ = 3 нагревание с 30 °C до 50 °C (два шага по 10 °C) повышает скорость в 3² = 9 раз.
N₂ + 3H₂ → 2NH₃: 56 г (2 моль) N₂ дают 4 моль, то есть 68 г NH₃. Если фактически получено 51 г, выход равен 51/68 · 100 = 75 %.
Работа в классе

Составьте таблицу: «Процесс» (синтез NH₃, SO₂ → SO₃, окисление NH₃), «Катализатор», «Температура и давление», «Почему такие условия?». Промышленные реакции нельзя проводить в школе; они связаны с высоким давлением, высокой температурой и ядовитыми газами, поэтому смотрите демонстрационные видео и схемы вместе с учителем.

Упражнения
1
Если температурный коэффициент равен 2, во сколько раз возрастает скорость при повышении температуры с 20 °C до 60 °C?
2
В реакции 2NO + O₂ → 2NO₂ во сколько раз возрастёт скорость, если концентрацию NO увеличить втрое?
3
Сколько граммов NH₃ можно теоретически получить из 112 г N₂? (M(N₂) = 28, M(NH₃) = 17)
4
Почему для синтеза аммиака не выбирают очень низкую температуру, хотя выход был бы выше?