Самостійна робота «Оборотні й необоротні реакції. Хімічна рівновага. Принцип Ле Шательє» з хімії для 11 класу

А. 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ (окиснення сульфур(IV) оксиду за наявності каталізатора)

Реакція окиснення сульфур(IV) оксиду до сульфур(VI) оксиду одночасно відбувається в обох напрямках, тому вона оборотна. Реакції з утворенням осадів AgCl і BaSO₄, розчинення цинку в кислоті з виділенням водню та інші реакції йонного обміну й взаємодії металу з кислотою за даних умов відбуваються в одному напрямку, тож вони необоротні. Учень, який плутає знак оборотності з необоротністю, обере одну з реакцій із осадом.

Б. Підвищення тиску в реакторі; В. Охолодження рівноважної суміші; Е. Безперервне видалення амоніаку з суміші

У прямій реакції число молекул газів зменшується з 4 до 2, тому підвищення тиску зміщує рівновагу в бік амоніаку. Пряма реакція екзотермічна, отже охолодження сприяє утворенню амоніаку, а нагрівання зміщує рівновагу в бік ендотермічного розкладу. Видалення продукту з рівноважної суміші зміщує рівновагу в бік продуктів. Додавання амоніаку прискорює зворотну реакцію, а зниження тиску зміщує рівновагу в бік реагентів, тож ці три впливи не підходять.

В → Б → Г → А

Спочатку готують дві колби з однаковим початковим забарвленням, потім створюють різні температурні умови, далі порівнюють забарвлення з початковим і лише після цього роблять висновок. Нагрівання посилює червоно-коричневе забарвлення (рівновага зміщується в бік розкладу димеру, бо це ендотермічний процес), охолодження знебарвлює суміш (рівновага зміщується в бік N₂O₄).

1 — Г, 2 — Б, 3 — Д, 4 — В

Стадія CaCO₃ → CaO: розкладання вапняку CaCO₃ =(t)= CaO + CO₂↑ за нагрівання до 1000 °C, це оборотна реакція. Стадія CaO → Ca(OH)₂: CaO + H₂O → Ca(OH)₂, кальцій оксид активно взаємодіє з водою. Стадія Ca(OH)₂ → CaCO₃: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O, у такий спосіб, наприклад, твердає вапняний розчин. Стадія CaCO₃ → CaCl₂: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Розчин натрій гідроксиду не підходить жодній стадії, бо кальцій карбонат і кальцій оксид із ним не реагують.

1 — Д, 2 — Б, 3 — Г, 4 — А

M(Al₂O₃) = 102 г/моль, тому n(Al₂O₃) = 20,4 : 102 = 0,2 моль. За рівнянням n(Al) = 2n(Al₂O₃) = 0,4 моль. M(Al) = 27 г/моль, тож m(Al) = 0,4 · 27 = 10,8 г. Маса домішок дорівнює 12 − 10,8 = 1,2 г. Значення 21,6 г отримують, якщо помилково переносять коефіцієнт 2 на масу алюмінію, це зайвий рядок.

Г. 73 г

n(CO₂) = 2,24 : 22,4 = 0,1 моль. За рівнянням n(HCl) = 2n(CO₂) = 0,2 моль. M(HCl) = 36,5 г/моль, тож m(HCl) = 0,2 · 36,5 = 7,3 г чистої кислоти. Маса розчину m = 7,3 : 0,1 = 73 г. Значення 36,5 г отримують, проігнорувавши коефіцієнт 2, 7,3 г називають масу чистої кислоти замість розчину, 146 г відповідає помилковому подвоєнню.

Б. AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl (утворення осаду в реакції йонного обміну)

Реакції синтезу амоніаку, димеризації NO₂ та синтезу гідроген йодиду в підручнику наведено як приклади оборотних реакцій. Утворення осаду алюміній гідроксиду в реакції йонного обміну є умовою необоротності: продукт не відновлює початкових речовин, тому ця реакція необоротна. Учень, який сплутає поняття, обере один із синтезів.

А. Підвищення тиску; Д. Додавання зайвого кисню до рівноважної суміші; Е. Безперервне видалення SO₃ з реактора

У прямій реакції число молекул газів зменшується з 3 до 2, тому підвищення тиску зміщує рівновагу в бік продукту. Пряма реакція екзотермічна, тож нагрівання зміщує рівновагу в бік ендотермічного розкладу SO₃ і не підходить. Видалення продукту зміщує рівновагу в бік продуктів, а додавання реагенту (кисню) прискорює пряму реакцію. Додавання SO₃ та зниження тиску працюють у бік реагентів.

Б → А → Г → В

У початковий момент у посудині лише реагенти, їхні концентрації максимальні, тому швидкість прямої реакції найбільша і згодом зменшується. Гідроген йодиду спочатку немає, швидкість зворотної реакції дорівнює нулю і зростає з накопиченням продукту. Нарешті швидкості зрівнюються й концентрації перестають змінюватися: настає рівновага.

1 — Д, 2 — Г, 3 — А, 4 — Б

Стадія CuO → Cu: CuO + H₂ =(t)= Cu + H₂O, відновлення воднем за нагрівання. Стадія Cu → CuCl₂: Cu + Cl₂ =(t)= CuCl₂, мідь з'єднується з хлором. Стадія CuCl₂ → Cu(OH)₂: CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl, блакитний осад. Стадія Cu(OH)₂ → CuO: розкладання нерозчинної основи за нагрівання, Cu(OH)₂ =(t)= CuO + H₂O. Розчин хлоридної кислоти не підходить жодній стадії, бо мідь із ним не реагує, а інші стадії потребують інших реагентів.

1 — В, 2 — А, 3 — Д, 4 — Г

n(CO₂) = 2,24 : 22,4 = 0,1 моль. За рівнянням n(NaHCO₃) = 2n(CO₂) = 0,2 моль. M(NaHCO₃) = 84 г/моль, тож m(NaHCO₃) = 0,2 · 84 = 16,8 г. Маса домішок дорівнює 20 − 16,8 = 3,2 г. Значення 33,6 г отримують, якщо помилково подвоюють масу соди через коефіцієнт 2, це зайвий рядок.

В. 200 г

n(CO₂) = 4,48 : 22,4 = 0,2 моль. За рівнянням n(NaOH) = 2n(CO₂) = 0,4 моль. M(NaOH) = 40 г/моль, тож m(NaOH) = 0,4 · 40 = 16 г чистого лугу. Маса розчину m = 16 : 0,08 = 200 г. Значення 100 г відповідає проігнорованому коефіцієнту 2, 16 г називають масу чистого NaOH замість розчину, 400 г відповідає помилковому подвоєнню.