Условие
В производстве серной кислоты есть обратимая стадия 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ + Q. Предложите условия, при которых выход оксида серы(VI) будет высоким, и объясните каждое решение. Отдельно ответьте: сместит ли равновесие добавление катализатора, например оксида ванадия(V)?
Что известно и что ищем
- Известно уравнение обратимой реакции и то, что она экзотермическая.
- Ищем набор условий под конкретную цель — высокий выход продукта.
- Отдельно разбираем роль катализатора: он отвечает за скорость, а не за положение равновесия.
Ход решения
- Шаг 1. Считаем молекулы газа. Слева три молекулы (две оксида серы(IV) и одна кислорода), справа две. Значит, повышение давления смещает равновесие вправо, к продукту.
- Шаг 2. Разбираем температуру. Прямая реакция экзотермическая, поэтому умеренно пониженная температура смещает равновесие в сторону продукта. Но совсем низкая температура невыгодна по скорости, поэтому на практике берут промежуточное значение и обязательно катализатор.
- Шаг 3. Разбираем концентрации. Лишний кислород (избыток воздуха) смещает равновесие вправо. Постоянный отвод продукта из зоны реакции тоже смещает равновесие вправо: система стремится восполнить убыль.
- Шаг 4. Отвечаем про катализатор. Катализатор ускоряет и прямую, и обратную реакции одинаково, поэтому равновесие не смещает. Он нужен, чтобы равновесие установилось за приемлемое время, а не чтобы «перетянуть» его к продукту.
- Шаг 5. Собираем ответ: повышенное давление, избыток кислорода, отвод продукта, умеренная температура плюс катализатор. Каждое условие объясняем принципом Ле Шателье, а не запоминаем списком.
- Шаг 6. Проверяем логику: все наши решения либо уменьшают воздействие, либо не влияют на него. Катализатор в этот список не попал — значит, он не смещает равновесие.
Проверь себя
- Ответ: повысить давление, взять избыток кислорода, отводить оксид серы(VI), держать умеренную температуру; катализатор равновесие не смещает, он ускоряет его достижение.
- Проверка вывода: каждое условие привязано к конкретному воздействию и к тому, как система ему противодействует.
- Ловушка: добавить катализатор в список «смещающих равновесие» условий. Катализатор сокращает время, но не меняет выход.
Как объяснить ребёнку
«Равновесие — как весы. Сколько молекул газа слева и справа — видно по коэффициентам: три против двух. Чтобы чаша ушла в сторону продукта, надо надавить на систему (давление), подкормить её сырьём и убирать готовый продукт. А катализатор — это не гирька на весы, а ускорение: он просто помогает весам быстрее прийти в равновесие, но на сам перевес не влияет».
Тема для отчёта родителю
«Смещение равновесия при окислении оксида серы(IV): почему катализатор не считается».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.