Условие задачи
Закончите уравнения реакций:
а) SO2 + O2 (в присутствии катализатора) = … ;
б) NH3 + HBr = … ;
в) O2 + Р = … ;
г) H2S + O2(избыток) = … ;
д) KBr + Cl2 = … .
Какие из этих реакций имеют практическое значение?
Решение
Ниже приведено подробное решение задачи по химии – балансировка уравнений реакций, с пояснением каждого шага, используя правила стехиометрии и закон сохранения массы.
─────────────────────────────
1. Реакция (а):
Дана реакция каталитического окисления диоксида серы до триоксида серы (ключевой этап контакционного процесса для производства серной кислоты). Исходное уравнение:
SO₂ + O₂ → SO₃
Чтобы уравнять массу и число атомов, подберём коэффициенты. Принимаем, что при двух молекулах SO₂ кислород из O₂ распределяется равномерно:
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Проверка:
– Сера: 2 атома с обеих сторон.
– Кислород: левая сторона: 2×2 + 2 = 6; правая сторона: 2×3 = 6.
Уравнение сбалансировано.
─────────────────────────────
2. Реакция (б):
Дана реакция взаимодействия аммиака с бромоводородом. Это классическая кислотно-основная реакция, в результате которой образуется аммоний бромид. Исходное уравнение:
NH₃ + HBr → NH₄Br
Проверка по атомам:
– Азот: 1 атом с обеих сторон.
– Водород: слева 3 + 1 = 4, справа 4.
– Бром: по 1.
Уравнение уже сбалансировано.
─────────────────────────────
3. Реакция (в):
Дана реакция окисления фосфора кислородом. При сгорании белого фосфора образуется диоксид тетрафосфора (или, что то же самое, соединённая форма P₂O₅, получаемая по схеме: P₄ → 2 P₂O₅). Запишем уравнение для белого фосфора:
P₄ + 5 O₂ → 2 P₂O₅
Проверка:
– Фосфор: слева 4 атома, справа 2×2 = 4 атома.
– Кислород: слева 5×2 = 10, справа 2×5 = 10.
Уравнение сбалансировано.
─────────────────────────────
4. Реакция (г):
Дана реакция окисления сероводорода (H₂S) избытком кислорода. При полном сгорании H₂S обычно образуются диоксид серы (SO₂) и вода (H₂O). Запишем уравнение:
H₂S + O₂ → SO₂ + H₂O
Для балансировки подберём целые коэффициенты. Умножим все члены на 2, чтобы избежать дробных коэффициентов:
2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O
Проверка:
– Сера: 2 атома с обеих сторон.
– Водород: слева 2×2 = 4, справа 2×2 = 4.
– Кислород: слева 3×2 = 6, справа 2×2 (в SO₂) + 2×1 (в H₂O) = 4 + 2 = 6.
Уравнение сбалансировано.
─────────────────────────────
5. Реакция (д):
Дана реакция между кбридом калия (KBr) и хлором (Cl₂). В ходе реакций обмена более активное хлорное вещество замещает менее активный бромид, образуя хлорид калия и бром (Br₂). Записываем уравнение:
KBr + Cl₂ → KCl + Br₂
Для балансировки отметим, что бром в виде двухатомной молекулы. Уравняем реакцию, умножив KBr и KCl на 2:
2 KBr + Cl₂ → 2 KCl + Br₂
Проверка:
– Калий: 2 атома с обеих сторон.
– Бром: 2 атома слева, 2 атома в Br₂ справа.
– Хлор: 2 атома в Cl₂ слева, 2 атома в 2 KCl справа.
Уравнение сбалансировано.
─────────────────────────────
Практическое значение реакций:
⮞ Реакция (а) (2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃) имеет огромное практическое значение, так как является основным этапом контакционного процесса при производстве серной кислоты – одного из наиболее важных промышленных химикатов.
⮞ Реакция (б) (NH₃ + HBr → NH₄Br) – это типичная кислотно-основная реакция, используемая для получения аммонийных солей, которые находят применение в химическом синтезе и как реагенты в различных технологических процессах.
⮞ Реакция (в) (P₄ + 5 O₂ → 2 P₂O₅) имеет практическое значение для получения оксида фосфора (P₂O₅), который затем используется при производстве фосфорной кислоты и в качестве сильного обезвоживающего агента.
⮞ Реакция (г) (2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O) практична в процессах очистки газовых смесей от сероводорода (например, в нефтехимической промышленности и на электростанциях), а также при производстве диоксида серы для дальнейшего получения серной кислоты.
⮞ Реакция (д) (2 KBr + Cl₂ → 2 KCl + Br₂) используется для получения брома и для демонстрации реакций замещения в неорганической химии. Хотя её практическое промышленное значение несколько уступает предыдущим, она нашла применение и в аналитической химии.
─────────────────────────────
Вывод:
Все приведённые реакции имеют определённое практическое значение, однако наибольшего промышленного масштаба являются реакции (а), (в) и (г) – они лежат в основе крупных химических процессов: контактного процесса для серной кислоты, производства фосфорной кислоты и очистки газов от H₂S соответственно. Реакция (б) важна как базовый пример кислотно-основного взаимодействия, а (д) демонстрирует принцип замещения в неорганической химии.