Дайте характеристику следующей химической реакции с точки зрения различных классификаций: C₄H₁₀(г) = C₄H₆(г) + 2H₂(г) - Q В какую сторону будет смещаться химическое равновесие данной реакции при: 1) повышении температуры; 2) уменьшении давления; 3) уменьшении концентрации водорода.

Данная реакция:

C₄H₁₀(г) ⇄ C₄H₆(г) + 2H₂(г) − Q

это реакция превращения бутана в бутадиен с выделением водорода. По сути, это реакция дегидрирования, то есть отщепления водорода от органического вещества.

Характеристика реакции по различным классификациям

1. По числу и составу исходных и образующихся веществ

Это реакция разложения, так как из одного вещества образуются несколько веществ:

C₄H₁₀ → C₄H₆ + 2H₂

Из одной молекулы бутана образуются молекула бутадиена и две молекулы водорода.

2. По тепловому эффекту

Реакция является эндотермической, так как в уравнении указано −Q. Это означает, что реакция протекает с поглощением теплоты.

То есть для протекания прямой реакции требуется подвод энергии:

C₄H₁₀ + Q ⇄ C₄H₆ + 2H₂

3. По обратимости

Реакция является обратимой, так как в задаче говорится о химическом равновесии. Значит, одновременно могут протекать прямая и обратная реакции:

прямая:

C₄H₁₀ → C₄H₆ + 2H₂

обратная:

C₄H₆ + 2H₂ → C₄H₁₀

4. По изменению степеней окисления

Это окислительно-восстановительная реакция.

В бутане средняя степень окисления углерода равна −2,5, а в бутадиене — −1,5. Значит, углерод повышает степень окисления, то есть окисляется.

Водород в составе бутана имеет степень окисления +1, а в молекулярном водороде H₂ степень окисления равна 0. Значит, водород восстанавливается.

Следовательно, в реакции одновременно происходят окисление и восстановление.

5. По фазовому состоянию веществ

Все вещества находятся в газообразном состоянии:

C₄H₁₀(г), C₄H₆(г), H₂(г)

Поэтому реакция является гомогенной, так как все реагенты и продукты находятся в одной фазе — газовой.

6. По типу органической реакции

С точки зрения органической химии это реакция дегидрирования алкана. Бутан теряет водород и превращается в более ненасыщенное соединение — бутадиен:

алкан → диен + водород

Смещение химического равновесия

Рассмотрим равновесие:

C₄H₁₀(г) ⇄ C₄H₆(г) + 2H₂(г) − Q

В левой части находится 1 моль газа, а в правой части — 3 моля газа:

слева:
1 моль C₄H₁₀

справа:
1 моль C₄H₆ + 2 моль H₂ = 3 моль газа

1) При повышении температуры

Так как прямая реакция эндотермическая, то есть идет с поглощением теплоты, повышение температуры будет способствовать именно прямой реакции.

По принципу Ле Шателье равновесие сместится в сторону той реакции, которая поглощает избыток тепла.

Следовательно, при повышении температуры равновесие сместится вправо, в сторону образования C₄H₆ и H₂.

Ответ: вправо.

2) При уменьшении давления

При уменьшении давления равновесие смещается в сторону большего числа молекул газа.

В данной реакции:

слева — 1 моль газа,
справа — 3 моля газа.

Значит, при уменьшении давления равновесие будет смещаться в сторону продуктов реакции, то есть туда, где газов больше.

Ответ: вправо.

3) При уменьшении концентрации водорода

Водород является продуктом прямой реакции. Если уменьшить концентрацию H₂, система будет стремиться восполнить его количество.

Поэтому равновесие сместится в сторону образования водорода, то есть в сторону прямой реакции.

Ответ: вправо.

Итак, во всех трех случаях равновесие смещается вправо, в сторону образования бутадиена C₄H₆ и водорода H₂:

1. при повышении температуры — вправо;

2. при уменьшении давления — вправо;

3. при уменьшении концентрации водорода — вправо.