Контрольное задание

1. Выразите в математической форме скорость следующих химических реакций:

а) N₂ + O₂ = 2NO

б) N₂ + 3H₂ = 2NH₃

в) 2С_{(тверд.)} + О₂ = 2СО

г) CaO _{(тверд.)} + CO_{2 (газ)} = CaCO_{3 (тверд.)} .

2. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2SО_{2 (газ)} + О_{2 (газ)} ↔ 2SО_{3 (газ)}

если объем газовой смеси уменьшить в три раза?

3. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 градусов, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Контрольные вопросы

1. Основные понятия: фаза, гомогенная и гетерогенная система, гомогенная и гетерогенная реакция.

2. Определения скорости химической гомогенной и гетерогенной реакции и формулы для расчета.

3. Зависимость скорости химической реакции от концентрации: формулировка и математическая формула. Изменение скорости реакции при увеличении или уменьшении концентрацию одного из реагирующих веществ.

4. Зависимость скорости химической реакции от температуры: формулировка и соответствующая математическая формула. Вычисление температурного коэффициента по данным о скорости химической реакции при двух различных температурах.

Лабораторная работа «катализ»

Цель работы: ознакомиться на конкретных примерах с химическими процессами, протекающими в присутствии катализаторов

1. Теоретическая часть

1.1. Общие сведения о катализе

Известны факты, когда присутствие даже незначительных количеств посторонних, на первый взгляд, веществ оказывает влияние на скорость химического взаимодействия. Так, при получении кислорода из бертолетовой соли добавление двуокиси марганца резко увеличивает скорость разложения KClO₃:

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂.

Та же двуокись марганца ускоряет разложение перекиси водорода на кислород и воду:

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂.

Во всех перечисленных случаях присутствие некоторых особых веществ способствует возрастанию скорости химической реакции. Наряду с этим в химии известны и такие случаи, когда посторонние вещества замедляют химическое взаимодействие.

Например, общеизвестна активность, с которой протекает взаимодействие соляной, серной и других кислот с такими металлами, как железо, цинк, алюминий. Добавление к кислоте уротропина заметно снижает скорость этого взаимодействия, а иногда и совсем прекращает его. Вещества, которые изменяют скорость химических реакций, называются катализаторами; по сравнению с обычными химическими реактивами они характеризуются рядом особенностей:

а) катализаторы способны изменять скорость данного химического процесса, присутствуя в реакционной системе даже в чрезвычайно малых количествах;

б) действие катализаторов специфично, т.е. вещество, ускоряющее протекание данной химической реакции, может оказаться совершенно неэффективным для другой (эта особенность чрезвычайно сильно проявляется у биологических катализаторов — ферментов);

в) по окончании реакции катализаторы находятся в числе ее продуктов в неизменном состоянии, количестве и могут быть вновь применены в качестве катализаторов без какой-либо регенерации, специальной очистки;

г) катализатор не изменяет состояния химического равновесия, а лишь ускоряет (или замедляет) скорость, с которой достигается это состояние. Константа равновесия обратимой реакции имеет одинаковое значение как в присутствии катализатора, так и без него.

В ряде случаев смесь двух катализаторов оказывает значительно большее влияние на скорость реакции, чем каждый из катализаторов в отдельности. Поэтому часто применяют смешанные катализаторы.

Иногда добавление малого количества вещества приводит к значительному увеличению каталитической активности катализатора. Такие вещества называются промоторами. Например, синтез аммиака осуществляется на железном катализаторе, промотированном малыми количествами K₂O и Al₂O₃.

Явление изменения скорости течения химических реакций под действием веществ, именуемых катализаторами, называется катализом.

Катализ — наиболее эффективный метод интенсификации промышленных химических процессов. От развития катализа в значительной мере зависит прогресс не только химической, но и других отраслей экономики. Осуществление многих экономически выгодных процессов (при условии того, что они термодинамически возможны) неразрывно связано с изысканием достаточно активных катализаторов. Это открывает пути к получению новых материалов, реализации более совершенных технологических схем, использованию более доступных сырьевых ресурсов, решению задач охраны окружающей среды (например, при очистке сточных вод и газовых выбросов).

Если катализатор ускоряет химическую реакцию, то катализ называют положительным, а если замедляет — отрицательным. Отрицательный катализ называют ингибированием, а вещества, приводящие к замедлению реакции — ингибиторами.

В современных (особенно в крупнотонажных) химических производствах широко используется положительный катализ. Отрицательный катализ применяется в случаях необходимости замедления или полного подавления нежелательных побочных реакций.

Различают гомогенный, гетерогенный и биокатализ. При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу. В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы.

В животном и растительном мире каталитические реакции осуществляются с помощью биокатализаторов, именуемых ферментами — высокомолекулярными веществами белкового происхождения. Такой катализ называется биокатализом.