Номер 7, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Какие вещества называются катализаторами? Приведите примеры известных вам реакций, протекающих в присутствии катализаторов.

Какие вещества называются катализаторами?

Катализаторы — это химические вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но сами не расходуются в процессе и не входят в состав конечных продуктов. Механизм действия катализаторов заключается в том, что они изменяют путь реакции, предоставляя альтернативный маршрут с более низкой энергией активации ($E_a$). Это позволяет большему количеству молекул реагентов преодолеть энергетический барьер и вступить в реакцию за единицу времени. Важно отметить, что катализаторы не смещают химическое равновесие в обратимых реакциях, а лишь ускоряют его достижение. Катализаторы могут быть гомогенными (находятся в одной фазе с реагентами, например, кислота в реакции этерификации в растворе) или гетерогенными (находятся в другой фазе, например, твердый катализатор в реакции газов). Особым классом катализаторов являются ферменты — белки, которые катализируют биохимические реакции в живых организмах.

Ответ: Катализаторы — это вещества, которые ускоряют химические реакции, участвуя в них, но оставаясь неизменными по окончании процесса.

Приведите примеры известных вам реакций, протекающих в присутствии катализаторов.

Существует множество реакций, протекающих с участием катализаторов, как в промышленности, так и в лабораторной практике. Вот некоторые из них:

1. Разложение пероксида водорода. Эта реакция значительно ускоряется в присутствии оксида марганца(IV) ($MnO_2$). Это один из классических лабораторных способов получения кислорода.

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

2. Синтез аммиака (процесс Габера-Боша). Один из важнейших промышленных процессов, являющийся основой для производства азотных удобрений. Реакция протекает при высокой температуре и давлении в присутствии железного катализатора.

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$ (катализатор — $Fe$)

3. Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI). Это ключевая стадия в контактном способе производства серной кислоты. Катализатором в этом процессе выступает оксид ванадия(V) ($V_2O_5$).

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ (катализатор — $V_2O_5$)

4. Работа автомобильного каталитического нейтрализатора. В выхлопной системе автомобиля катализаторы, содержащие благородные металлы (платина $Pt$, палладий $Pd$, родий $Rh$), способствуют превращению токсичных выхлопных газов (угарный газ $CO$, оксиды азота $NO_x$) в менее вредные вещества.

$2CO + O_2 \xrightarrow{Pt, Pd} 2CO_2$

$2NO + 2CO \xrightarrow{Rh} N_2 + 2CO_2$

5. Гидрирование непредельных углеводородов. Этот процесс используется, например, для превращения жидких растительных масел в твердые жиры (маргарин). В качестве катализаторов используют мелкодисперсные металлы, такие как никель ($Ni$), платина ($Pt$) или палладий ($Pd$).

$C_2H_4 (этен) + H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6 (этан)$

Ответ: Примеры каталитических реакций: разложение $H_2O_2$ в присутствии $MnO_2$; синтез аммиака на железном катализаторе; окисление $SO_2$ в $SO_3$ в присутствии $V_2O_5$; дожигание выхлопных газов в автомобильных нейтрализаторах.