Номер 1, страница 298 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 63. Катализ. Катализаторы. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 1, страница 298.

Условие.

1. В чём состоит механизм действия катализаторов?

Решение.

Решение 2.

1. Механизм действия катализаторов заключается в том, что они изменяют путь (механизм) химической реакции, предоставляя альтернативный маршрут с более низкой энергией активации. Катализаторы не расходуются в ходе реакции, но принимают в ней активное участие, образуя с реагентами промежуточные химические комплексы, которые затем распадаются с образованием продуктов и регенерацией катализатора.

Рассмотрим ключевые аспекты этого механизма:

• Снижение энергии активации ($E_a$): Для того чтобы химическая реакция произошла, молекулы реагентов должны обладать достаточной энергией для преодоления так называемого активационного барьера. Энергия активации — это минимальная энергия, необходимая для начала реакции. Катализатор предоставляет новый реакционный путь, состоящий из одной или нескольких стадий, каждая из которых имеет более низкую энергию активации, чем некатализируемая реакция. Поскольку энергетический барьер становится ниже, гораздо большее число молекул при той же температуре обладает достаточной энергией для его преодоления, что приводит к значительному увеличению скорости реакции.
• Образование промежуточных соединений: Каталитический цикл обычно включает временное взаимодействие катализатора с одним или несколькими реагентами. Рассмотрим общую схему реакции превращения веществ $A$ и $B$ в продукт $AB$ в присутствии катализатора $K$:
  1. Катализатор $K$ взаимодействует с одним из реагентов, например с $A$, образуя нестабильное промежуточное соединение (активный комплекс) $AK$:
     $A + K \rightarrow AK$
  2. Этот промежуточный комплекс $AK$ затем реагирует со вторым реагентом $B$, в результате чего образуется конечный продукт $AB$ и катализатор $K$ высвобождается в своей первоначальной форме:
     $AK + B \rightarrow AB + K$
  В итоге катализатор $K$ участвует в реакции, но в конечном счете регенерируется, поэтому его концентрация остается постоянной.
• Влияние на химическое равновесие: Важнейшим свойством катализаторов является то, что они не смещают положение химического равновесия. Они ускоряют как прямую, так и обратную реакции в одинаковой степени. В результате равновесное состояние достигается значительно быстрее, но конечные равновесные концентрации реагентов и продуктов остаются теми же, что и без катализатора. Катализаторы не влияют на термодинамические параметры реакции, такие как изменение энтальпии ($\Delta H$) или изменение энергии Гиббса ($\Delta G$).

Таким образом, катализатор можно сравнить с проводником, который помогает реагентам найти более короткий и легкий путь к превращению в продукты, не изменяя при этом начальную и конечную точки маршрута.

Ответ: Механизм действия катализаторов состоит в изменении пути химической реакции через образование промежуточных соединений с реагентами. Это приводит к снижению энергии активации, что значительно увеличивает скорость реакции. Катализатор не расходуется в процессе, регенерируясь после каждого цикла, и не смещает химическое равновесие, а лишь ускоряет его достижение.