Reguła przekory Le Chateliera

(a) Wzrost ciśnienia: po lewej 4 mole gazu ($1+3$), po prawej 2 mole. Wzrost ciśnienia przesuwa równowagę ku mniejszej liczbie moli — w prawo, więc wydajność $\text{NH}_3$ rośnie.

(b) Wzrost temperatury: reakcja w prawo jest egzoenergetyczna, więc podniesienie temperatury sprzyja reakcji endoenergetycznej — w lewo, wydajność $\text{NH}_3$ maleje.

Dlatego syntezę prowadzi się pod wysokim ciśnieniem i w umiarkowanej temperaturze (kompromis z szybkością).

Usunięcie produktu ($\text{CO}_2$) to zmniejszenie jego stężenia. Zgodnie z regułą przekory układ przeciwdziała temu, produkując go więcej.

Równowaga przesuwa się w prawo — sprzyja to rozkładowi $\text{CaCO}_3$. Dlatego wapień w piecu prażymy przy ciągłym odprowadzaniu $\text{CO}_2$.

Reakcja w prawo pochłania ciepło (endoenergetyczna). Wzrost temperatury to „dostarczenie ciepła", któremu układ przeciwdziała, zużywając je — czyli sprzyja reakcji endoenergetycznej.

Równowaga przesuwa się w prawo, więc ilość produktu B rośnie.

Rozwiązanie

spadkiem. Reakcja przebiega ze wzrostem liczby moli gazu (CH₄ $+$ H₂O: $2$ mole → CO $+ 3$H₂: $4$ mole), więc podwyższenie ciśnienia przesuwa równowagę w stronę substratów (reguła przekory) — stopień przemiany maleje.

Rozwiązanie

1. P — obie reakcje zwiększają liczbę moli gazu, więc obniżenie ciśnienia przesuwa równowagę w stronę produktów (więcej H₂).
2. F — dodanie substratu (CH₄) przesuwa równowagę w stronę produktów, zwiększając ilość H₂.
3. F — katalizator nie zmienia stanu równowagi (wydajności), tylko przyspiesza jej osiągnięcie.

Rozwiązanie

1. P — liczba moli gazu maleje ($3\to2$), więc przy stałej objętości ciśnienie w równowadze jest niższe.
2. F — wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w stronę mniejszej liczby moli (produktu C), więc wydajność C rośnie.
3. P — reakcja egzotermiczna: wzrost temperatury przesuwa równowagę w stronę substratów, wydajność C maleje.

Rozwiązanie

Malejąca $K$ ze wzrostem $T$ → reakcja egzotermiczna: wzrost temperatury → wydajność zmaleje. Produkt zajmuje mniej moli gazu (4→2), więc wzrost ciśnienia → wydajność wzrośnie. Obniżenie temperatury → szybkość reakcji zmaleje.

Rozwiązanie

Po stronie produktów jest więcej moli gazu ($2$ mole H₂) niż po stronie substratu ($1$ mol CH₄; węgiel jest ciałem stałym). Wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w stronę mniejszej liczby moli gazu, czyli w stronę CH₄ — dlatego wydajność ($x$) maleje.

Rozwiązanie

Ze wzrostem ciśnienia zawartość produktu rośnie. Podwyższenie ciśnienia przesuwa równowagę w stronę mniejszej liczby moli gazu — skoro rośnie ilość produktu, to produkt zajmuje stronę o mniejszej liczbie moli. Zatem łączna liczba moli substratów jest większa od liczby moli produktu.

Rozwiązanie

Potrzebna reakcja jest egzoenergetyczna ($\Delta H<0$, odpada B i D) i ma mniej moli po stronie produktu (A: $2\to2$ — bez zmiany, odpada). Reakcja C: N₂ $+3$H₂ ⇄ $2$NH₃ — $4$ mole substratów → $2$ mole produktu, $\Delta H<0$. Odpowiedź: C.

Rozwiązanie

$\Delta H>0$ → proces endoenergetyczny; podniesienie temperatury (reguła przekory) zwiększa wydajność. Rozdrobnienie zwiększa powierzchnię kontaktu, więc ma wpływ na szybkość reakcji.