Номер 268, страница 334 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.268. Исходя из упрощённой энергетической диаграммы химической реакции рассчитайте энергии активации прямой и обратной реакции в присутствии катализатора (пунктирная кривая) и без него (сплошная кривая).

Дано:

Из представленной энергетической диаграммы химической реакции можно определить следующие значения энергии:
Энергия реагентов: $E_{реаг} = 80$ кДж/моль
Энергия продуктов: $E_{прод} = 10$ кДж/моль
Энергия активированного комплекса без катализатора (вершина сплошной кривой): $E_{ак.комп. (без\ кат.)} = 130$ кДж/моль
Энергия активированного комплекса в присутствии катализатора (вершина пунктирной кривой): $E_{ак.комп. (с\ кат.)} = 100$ кДж/моль

Найти:

Энергию активации прямой реакции без катализатора ($E_{а, прям}$)
Энергию активации обратной реакции без катализатора ($E_{а, обр}$)
Энергию активации прямой реакции с катализатором ($E'_{а, прям}$)
Энергию активации обратной реакции с катализатором ($E'_{а, обр}$)

Решение:

Энергия активации ($E_а$) — это минимальная энергия, которую необходимо преодолеть реагентам для вступления в химическую реакцию. Она определяется как разность между энергией активированного комплекса (пиковое значение на диаграмме) и энергией исходных частиц. Для прямой реакции исходными частицами являются реагенты, для обратной — продукты.

Без катализатора (сплошная кривая)

1. Энергия активации прямой реакции ($E_{а, прям}$) равна разности энергий активированного комплекса и реагентов.
$E_{а, прям} = E_{ак.комп. (без\ кат.)} - E_{реаг} = 130 \text{ кДж/моль} - 80 \text{ кДж/моль} = 50 \text{ кДж/моль}$

2. Энергия активации обратной реакции ($E_{а, обр}$) равна разности энергий активированного комплекса и продуктов.
$E_{а, обр} = E_{ак.комп. (без\ кат.)} - E_{прод} = 130 \text{ кДж/моль} - 10 \text{ кДж/моль} = 120 \text{ кДж/моль}$

Ответ: без катализатора энергия активации прямой реакции составляет 50 кДж/моль, а обратной реакции — 120 кДж/моль.

В присутствии катализатора (пунктирная кривая)

Катализатор изменяет механизм реакции, предоставляя путь с более низкой энергией активации. При этом энергии реагентов и продуктов остаются неизменными.

1. Энергия активации прямой реакции с катализатором ($E'_{а, прям}$) вычисляется с использованием энергии нового, пониженного, активированного комплекса.
$E'_{а, прям} = E_{ак.комп. (с\ кат.)} - E_{реаг} = 100 \text{ кДж/моль} - 80 \text{ кДж/моль} = 20 \text{ кДж/моль}$

2. Энергия активации обратной реакции с катализатором ($E'_{а, обр}$) также вычисляется с использованием энергии каталитического активированного комплекса.
$E'_{а, обр} = E_{ак.комп. (с\ кат.)} - E_{прод} = 100 \text{ кДж/моль} - 10 \text{ кДж/моль} = 90 \text{ кДж/моль}$

Ответ: в присутствии катализатора энергия активации прямой реакции составляет 20 кДж/моль, а обратной реакции — 90 кДж/моль.