Номер 1, страница 94, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Что такое катализатор? Объясните, почему катализаторы увеличивают скорость химических реакций.

1. Катализатор — это химическое вещество, которое увеличивает скорость реакции, но само при этом не расходуется в процессе реакции. Катализаторы участвуют в промежуточных стадиях химического превращения, но в конечном итоге восстанавливаются в своем первоначальном химическом виде и количестве.

Увеличение скорости химических реакций под действием катализаторов объясняется их способностью изменять механизм реакции. Любая химическая реакция требует преодоления энергетического барьера, называемого энергией активации ($E_a$). Это минимальная энергия, которой должны обладать молекулы реагентов, чтобы их столкновение привело к образованию продуктов.

Катализатор предоставляет альтернативный маршрут реакции, который состоит из одной или нескольких стадий, но характеризуется более низкой общей энергией активации. Он образует с реагентами промежуточные нестабильные соединения (активированные комплексы), распад которых с образованием продуктов реакции требует меньших затрат энергии.

Таким образом, некаталитический путь с высокой энергией активации $E_{a, некатал.}$ заменяется на каталитический путь с более низкой энергией активации $E_{a, катал.}$.

Согласно уравнению Аррениуса, константа скорости реакции $\text{k}$ экспоненциально зависит от энергии активации:

$k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}$

где $\text{A}$ — предэкспоненциальный множитель (зависит от частоты столкновений), $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, $\text{T}$ — абсолютная температура.

Поскольку в уравнении энергия активации $E_a$ находится в показателе степени с отрицательным знаком, её снижение приводит к значительному (экспоненциальному) росту константы скорости $\text{k}$, а следовательно, и скорости всей реакции. При более низком энергетическом барьере гораздо большее число молекул при той же температуре обладает достаточной энергией для его преодоления, что и вызывает ускорение реакции.

Важно отметить, что катализатор не влияет на термодинамические характеристики реакции: он не изменяет общее изменение энтальпии ($\Delta H$) и не смещает положение химического равновесия, а лишь ускоряет его достижение.

Ответ: Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в ней. Ускорение происходит потому, что катализатор изменяет механизм реакции, предоставляя альтернативный путь с более низкой энергией активации ($E_a$). Это позволяет большему числу молекул реагентов преодолеть энергетический барьер в единицу времени, что и приводит к увеличению скорости реакции.