KWALIFIKACJA CHM6 - CZERWIEC 2015

PYTANIE NR 7.
Katalityczny proces utleniania tlenku azotu(II) do tlenku azotu(IV), przebiegający zgodnie z reakcją przedstawioną równaniem korzystnie jest prowadzić
Ilustracja przedstawia równanie reakcji chemicznej, które jest częścią egzaminu zawodowego związanego z kwalifikacją
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W reakcji utleniania NO do NO2 liczba moli gazu po stronie produktów jest mniejsza niż po stronie reagentów, więc wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w stronę NO2.
Ponieważ utlenianie jest korzystniejsze w niższej temperaturze (kierunek egzotermiczny), prowadzi się je możliwie chłodno.

Pełne wyjaśnienie:

W doborze warunków prowadzenia reakcji gazowej kluczowe jest rozróżnienie dwóch aspektów: położenia równowagi (termodynamika) oraz szybkości (kinetyka). Pytanie dotyczy warunków "korzystnych", co w typowym ujęciu oznacza uzyskanie większej wydajności równowagowej produktu, a nie wyłącznie przyspieszenie przebiegu.

Dla utleniania tlenku azotu(II) do tlenku azotu(IV) (NO do NO2) w zapisie stechiometrycznym liczba moli gazu po stronie produktów jest mniejsza niż po stronie substratów. Zgodnie z zasadą Le Chateliera zwiększenie ciśnienia faworyzuje stronę, po której znajduje się mniej moli gazu, czyli stronę produktów. Dlatego warunki pod zwiększonym ciśnieniem sprzyjają tworzeniu NO2.

Wpływ temperatury zależy od efektu cieplnego reakcji. Dla reakcji, w której kierunek tworzenia NO2 jest egzotermiczny, obniżenie temperatury przesuwa równowagę w stronę produktów (układ "przeciwdziała" ochłodzeniu, preferując kierunek wydzielający ciepło). Stąd warunek w możliwie niskiej temperaturze jest korzystny dla uzyskania większego udziału NO2 w mieszaninie równowagowej.

Pozostałe propozycje są niekorzystne, bo: wysoka temperatura sprzyja cofnięciu równowagi w reakcjach egzotermicznych, a obniżone ciśnienie sprzyja stronie z większą liczbą moli gazu (substratom). W praktyce przemysłowej stosuje się katalizator, by utrzymać akceptowalną szybkość reakcji nawet przy niższej temperaturze, ale sama zmiana ciśnienia i temperatury nie zastępuje katalizy.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Najczęściej chodzi o takie warunki, które zwiększają wydajność równowagową produktu (większy udział produktu w mieszaninie po ustaleniu równowagi). To coś innego niż samo przyspieszenie reakcji. W praktyce przemysłowej zwykle szuka się kompromisu między równowagą, szybkością i kosztami.
Jeśli w reakcji zmienia się łączna liczba moli gazu, to wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w stronę mniejszej liczby moli gazu, a spadek ciśnienia w stronę większej. Gdy liczba moli gazu jest taka sama po obu stronach, wpływ ciśnienia na równowagę jest mały lub żaden.
W zapisie stechiometrycznym liczba moli gazu po stronie produktów jest mniejsza niż po stronie substratów. Zasada Le Chateliera mówi, że wzrost ciśnienia "wypycha" układ w stronę, która to ciśnienie zmniejsza, czyli stronę z mniejszą liczbą moli gazu. To sprzyja tworzeniu NO2.
Jeżeli kierunek tworzenia NO2 jest egzotermiczny, to obniżenie temperatury przesuwa równowagę w stronę produktów, bo układ przeciwdziała ochłodzeniu poprzez preferowanie kierunku wydzielającego ciepło. Wysoka temperatura działa odwrotnie i może obniżać udział NO2 w stanie równowagi.
Nie zawsze. Wyższa temperatura zwykle zwiększa szybkość, ale może pogarszać położenie równowagi, jeśli reakcja jest egzotermiczna. Na egzaminie trzeba rozpoznać, czy pytanie dotyczy równowagi (wydajności) czy kinetyki (szybkości). W przemyśle stosuje się katalizator, by ograniczyć ten konflikt.
To reguła mówiąca, że układ w równowadze reaguje na zaburzenie (np. zmiana ciśnienia, temperatury, stężeń), przesuwając się tak, aby to zaburzenie osłabić. Na egzaminie: policz mole gazu po obu stronach (dla ciśnienia) i ustal, czy reakcja jest egzotermiczna czy endotermiczna (dla temperatury).
Najczęstsze to: mylenie wpływu temperatury na szybkość z wpływem na równowagę, nieuwzględnianie liczby moli gazu w równaniu reakcji, oraz "zgadywanie" na podstawie intuicji (np. "zimno = wolno = źle"). Warto zawsze wykonać krótki schemat: mole gazu + znak efektu cieplnego.
Katalizator zasadniczo nie zmienia położenia równowagi (nie zmienia stałej równowagi), ale zwiększa szybkość dochodzenia do równowagi, ułatwiając reakcję w obu kierunkach. Dzięki temu można pracować w temperaturze korzystniejszej równowagowo, a mimo to uzyskać akceptowalną intensywność procesu.
Gdy obniżenie temperatury poprawia równowagę (więcej produktu), ale zbyt mocno spowalnia kinetykę, dobiera się temperaturę "pośrednią" i wspiera proces katalizatorem lub odpowiednim czasem kontaktu. W technologii chemicznej to typowe: parametry dobiera się tak, aby bilans zysku (wydajność) i kosztu (energia, sprężanie) był najlepszy.
Słowa kluczowe pomagają: "korzystnie", "wydajnie", "przesunąć równowagę" zwykle sugerują termodynamikę. Z kolei "najszybciej", "zwiększyć szybkość", "skrócić czas" wskazują kinetykę. Jeśli nie ma doprecyzowania, w pytaniach szkolnych często chodzi o przesunięcie równowagi zgodnie z Le Chatelierem.
info

Statystycznie 45% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Źródła:

  • P. Atkins, J. de Paula, "Chemia fizyczna" (Physical Chemistry) – rozdziały o równowadze chemicznej i wpływie ciśnienia/temperatury (zasada Le Chateliera).
  • Holleman–Wiberg, "Chemia nieorganiczna" – hasła/rozdziały dotyczące tlenków azotu (NO, NO2) oraz ich reakcji utleniania w fazie gazowej.

Materiały:

  • Podręcznik z chemii fizycznej: rozdział o równowadze chemicznej i zasadzie Le Chateliera
  • Podręcznik z technologii nieorganicznej: opis procesu wytwarzania kwasu azotowego i obiegu tlenków azotu
  • Zadania rachunkowe/teoretyczne z wpływu ciśnienia i temperatury na równowagę reakcji gazowych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego