Номер 270, страница 334 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.270. Ниже зашифрован механизм гетерогенного каталитического окисления

СО кислородом $2{\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{газ}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{газ}\right)}\to 2{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{газ}\right)}:$

${\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{газ}\right)}+\mathbf{X}\to \mathbf{Y}$

${\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{газ}\right)}+2\mathbf{X}\to 2\mathbf{Z}$

$\mathbf{Y}+\mathbf{Z} ⟶ \mathbf{А}+\mathbf{X}$

$\mathbf{A}\to {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{газ}\right)}+\mathbf{X}$

Установите соответствие между буквами X, Y, Z, А и участниками реакции: ${\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{пов}\right)},$ ${\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{пов}\right)},$ ${\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{пов}\right)},$ W. Последняя буква обозначает активный центр на поверхности катализатора, а нижний индекс _(пов) – частицу, адсорбированную на поверхности.

Решение

Данная задача описывает механизм гетерогенного каталитического окисления угарного газа (CO), известного как механизм Ленгмюра-Хиншельвуда. Суммарное уравнение реакции, протекающей в газовой фазе, выглядит следующим образом:

$2CO_{\text{(газ)}} + O_{2\text{(газ)}} \rightarrow 2CO_{2\text{(газ)}}$

Зашифрованный механизм включает четыре элементарные стадии на поверхности катализатора:

1. $CO_{\text{(газ)}} + X \rightarrow Y$
2. $O_{2\text{(газ)}} + 2X \rightarrow 2Z$
3. $Y + Z \rightarrow A + X$
4. $A \rightarrow CO_{2\text{(газ)}} + X$

Чтобы установить соответствие, необходимо проанализировать роль каждой частицы в каталитическом цикле. Каталитический цикл включает адсорбцию реагентов, реакцию на поверхности и десорбцию продуктов.

X

Частица X участвует во всех стадиях: расходуется на стадиях (1) и (2) при связывании реагентов из газовой фазы и регенерируется на стадиях (3) и (4) после образования продуктов. Такое поведение свойственно активному центру катализатора, который в списке участников обозначен буквой W.Следовательно, X — это активный центр W.

Y

Первая стадия, $CO_{\text{(газ)}} + X \rightarrow Y$, описывает процесс адсорбции. Молекула угарного газа из газовой фазы ($CO_{\text{(газ)}}$) связывается с активным центром на поверхности (X = W). Продуктом этой стадии является адсорбированная на поверхности молекула CO. В списке участников она обозначена как $CO_{\text{(пов)}}$.Следовательно, Y — это $CO_{\text{(пов)}}$.

Z

Вторая стадия, $O_{2\text{(газ)}} + 2X \rightarrow 2Z$, описывает адсорбцию кислорода. Молекула кислорода из газовой фазы ($O_{2\text{(газ)}}$) взаимодействует с двумя активными центрами (2X = 2W) и распадается на два атома, каждый из которых занимает свой активный центр. Этот процесс называется диссоциативной хемосорбцией. Таким образом, Z — это атом кислорода, адсорбированный на поверхности, то есть $O_{\text{(пов)}}$.Следовательно, Z — это $O_{\text{(пов)}}$.

A

Третья стадия, $Y + Z \rightarrow A + X$, представляет собой поверхностную реакцию. Адсорбированная молекула CO (Y = $CO_{\text{(пов)}}$) реагирует с адсорбированным атомом кислорода (Z = $O_{\text{(пов)}}$). В результате их взаимодействия образуется новая частица A, которая также находится на поверхности, и освобождается один активный центр (X = W). Продуктом реакции CO и O является $CO_2$. Значит, A — это адсорбированная молекула диоксида углерода, $CO_{2\text{(пов)}}$.Проверим это по четвертой стадии: $A \rightarrow CO_{2\text{(газ)}} + X$. Подстановка дает $CO_{2\text{(пов)}} \rightarrow CO_{2\text{(газ)}} + W$. Эта стадия описывает десорбцию продукта, $CO_2$, с поверхности в газовую фазу с регенерацией активного центра. Все сходится.Следовательно, A — это $CO_{2\text{(пов)}}$.

Ответ:

Установлено следующее соответствие между буквами и участниками реакции:

• X: W (активный центр на поверхности катализатора)
• Y: $CO_{\text{(пов)}}$ (молекула CO, адсорбированная на поверхности)
• Z: $O_{\text{(пов)}}$ (атом O, адсорбированный на поверхности)
• A: $CO_{2\text{(пов)}}$ (молекула $CO_2$, адсорбированная на поверхности)