Question

Реакция дегидрирования алканов обратима и эндотермична. Как влияют на положение равновесия различные факторы: температура, давление, катализатор? Почему реакцию дегидрирования проводят и повышенной температуре, хотя это приводит в смешению равновесия влево? Для чего используют катализатор, если он не оказывает влияние на положение равновесия?

Answer 1

Чтобы ответить на данные вопросы, давай рассмотрим принципы Ле-Шателье.

Как же влияют на положение равновесия различные факторы?

1. Изменение температуры системы влияет не только на смещение ее равновесия, но также и на саму константу равновесия , т. е. я имею в виду, что если в равновесной системе, при постоянном давлении, сообщать дополнительную теплоту, то равновесие сместится в сторону поглощения. Рост температуры благоприятствует смещению химического равновесия в сторону эндотермической реакции, а падение температуры – в направлении экзотермического процесса.
И ещё, скорость реакции сильно зависит от температуры. Именно поэтому реакцию проводят при высоких температурах.

2. Вообще, когда речь идёт о давлении, его влияние имеет смысл, только в случае, если в исследуемом процессе принимают участие газообразные в-ва и при этом имеет место изменяется общее число молекул. Если общее число молекул в системе остается постоянным, то изменение давления не влияет на ее равновесие, например вот реакция:
I2(г)+H2(г)=2HI(г);
Если полное давление равновесной системы увеличивать за счёт уменьшения ее объема, то равновесие сместится в сторону уменьшения объема. Т.е. в сторону уменьшения числа молей в-ва в системе.

3. Катализатор. Внесение катализатора в систему может привести к тому, что скорости как прямой, так и обратной реакций увеличиваются. Изменяется скорость приближения к  состоянию равновесия, но константа равновесия при этом не поменяется.
Так что, катализатор только ускоряет реакции.

Answer 2

Реакция дегидрирования алканов

Реакция дегидрирования алканов является обратимой и эндотермической. Во время этой реакции, молекула алкана теряет молекулу воды, образуя алкен. Примером такой реакции может быть дегидрирование этилового спирта (C2H5OH) в этилен (C2H4):

C2H5OH → C2H4 + H2O

Влияние различных факторов на положение равновесия

Положение равновесия в реакции дегидрирования алканов может быть изменено различными факторами, такими как температура, давление и катализатор.

1. Температура: Повышение температуры обычно приводит к смещению равновесия в сторону образования алкена. Это связано с тем, что реакция дегидрирования является эндотермической, то есть требует поглощения тепла. Повышение температуры обеспечивает достаточную энергию для преодоления энергетического барьера и увеличивает скорость обратной реакции, что способствует образованию алкена.

2. Давление: Давление не оказывает существенного влияния на положение равновесия в реакции дегидрирования алканов. Это связано с тем, что изменение давления влияет на объем газовой фазы, но не влияет на концентрации реагентов и продуктов.

3. Катализатор: Катализаторы используются в реакции дегидрирования алканов для ускорения скорости реакции, но они не оказывают прямого влияния на положение равновесия. Катализаторы обычно снижают энергетический барьер реакции, позволяя ей протекать с более низкой активационной энергией. Это увеличивает скорость обратной реакции и способствует образованию алкена.

Проведение реакции дегидрирования при повышенной температуре

Реакцию дегидрирования алканов часто проводят при повышенной температуре, несмотря на то, что это приводит к смешению равновесия влево. Это связано с несколькими факторами:

1. Кинетика реакции: Повышение температуры увеличивает скорость реакции дегидрирования, даже если равновесие смещается влево. Это позволяет достичь желаемого количества продукта за более короткое время.

2. Удаление продукта: При повышенной температуре алкен, который является продуктом реакции, обычно удаляется из реакционной смеси, что помогает сместить равновесие в сторону образования алкена.

3. Обратимость реакции: Реакция дегидрирования алканов является обратимой, поэтому, даже если равновесие смещается влево при повышенной температуре, можно достичь желаемого количества алкена путем удаления продукта или использования других методов, таких как снижение давления.

Значение катализатора в реакции дегидрирования

Катализаторы играют важную роль в реакции дегидрирования алканов, хотя они не оказывают прямого влияния на положение равновесия. Вместо этого, они ускоряют скорость реакции, обеспечивая более эффективное протекание процесса. Катализаторы обычно снижают энергетический барьер реакции, что позволяет ей протекать с более низкой активационной энергией. Это увеличивает скорость обратной реакции и способствует образованию алкена.

Использование катализатора также может позволить проводить реакцию при более низкой температуре, что может быть экономически выгодным и позволяет избежать нежелательных побочных реакций.

В целом, реакция дегидрирования алканов является сложным процессом, и положение равновесия в ней может быть изменено различными факторами, такими как температура, давление и катализатор. Повышение температуры и использование катализатора обычно способствуют образованию алкена, несмотря на смещение равновесия влево при повышенной температуре.