Дать характеристику реакции по различным признакам: N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

Реакция:
N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + Q

Это реакция синтеза (соединения), в ходе которой из простых веществ — азота и водорода — образуется аммиак. Рассмотрим её подробнее по различным признакам:

1. Тип химической реакции

Это реакция соединения, поскольку из двух простых веществ образуется одно более сложное соединение.

2. Обратимость

Реакция обратимая. Аммиак может разлагаться обратно на азот и водород при определённых условиях. Это уравнение отражает равновесие:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + Q

На практике это реализуется в промышленности в процессе Габера, где применяется высокое давление и температура, а также катализатор (обычно железо с добавками).

3. Тепловой эффект

Реакция экзотермическая, что видно по обозначению +Q в уравнении. Это означает, что в процессе выделяется тепло. Таким образом, при повышении температуры равновесие смещается в сторону исходных веществ (по принципу Ле Шателье).

4. Окислительно-восстановительная реакция (ОВР)

Это Окислительно-восстановительная реакция:

• Азот в молекуле N₂ имеет степень окисления 0, а в NH₃ — –3.

• Водород в H₂ — 0, а в NH₃ — +1.

Значит, азот восстанавливается (принимает электроны), а водород окисляется (отдаёт электроны).

5. Катализ

Реакция протекает с использованием катализатора (в промышленности — железо с добавками), так как без него реакция идёт очень медленно даже при высоких температурах.

6. Условия протекания

Чтобы реакция шла с приемлемой скоростью и с высоким выходом аммиака, необходимо:

• Давление: около 150–300 атмосфер

• Температура: 400–500 °C

• Катализатор: железо с промоторами (оксиды калия, алюминия и др.)

7. Практическое значение

Реакция имеет огромное значение в химической промышленности, так как аммиак — сырьё для:

• Производства удобрений (нитрат аммония, мочевина)

• Взрывчатых веществ

• Холодильных установок (как хладагент)

• Производства азотной кислоты

8. Изменение объёма

По уравнению:
1 моль N₂ + 3 моль H₂ → 2 моль NH₃

Объём газов уменьшается с 4 до 2 молей, т.е. происходит уменьшение объёма. Это важно для расчётов по газовому закону и объясняет, почему высокое давление способствует смещению равновесия в сторону аммиака.

Заключение:

Реакция синтеза аммиака — это обратимая, экзотермическая, окислительно-восстановительная реакция соединения, которая протекает с уменьшением объёма газов и требует применения катализатора, высокого давления и температуры. Она имеет ключевое значение в химической промышленности.