Номер 9, страница 335 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 70. Производство серной кислоты. Глава 7. Химическая технология - номер 9, страница 335.

Условие.

9. На рисунке 164 приведены энергетические диаграммы реакции окисления сернистого газа в серный ангидрид в присутствии и в отсутствие катализатора. Какому процессу отвечает каждый график? Покажите на них энергии активации реакции каталитического и некаталитического окисления. Чему соответствует минимум на энергетической кривой?

a) Реагенты ($SO_2$, $O_2$) Продукты ($SO_3$)

б) Реагенты ($SO_2$, $O_2$) Продукты ($SO_3$)

Рис. 164. Энергетические диаграммы реакции $2SO_2 + O_2 \rightleftarrows 2SO_3$. (В каком случае процесс протекает с участием катализатора?)

Решение.

Решение 2.

Какому процессу отвечает каждый график?

Катализаторы изменяют механизм химической реакции, предоставляя альтернативный путь с более низкой энергией активации, что приводит к увеличению скорости реакции. Сравнивая два графика, можно сделать следующие выводы:

График а) изображает одностадийный процесс с очень высоким энергетическим барьером. Это характерно для реакции, протекающей без участия катализатора (некаталитическая реакция), так как для ее начала требуется значительное количество энергии.

График б) показывает, что реакция протекает через две стадии с образованием промежуточного соединения. Важно отметить, что самый высокий пик на этом графике (энергетический барьер) значительно ниже, чем пик на графике а). Такое снижение энергии активации является признаком каталитической реакции.

Ответ: График а) соответствует некаталитическому окислению сернистого газа. График б) соответствует каталитическому окислению сернистого газа.

Покажите на них энергии активации реакции каталитического и некаталитического окисления.

Энергия активации ($E_a$) — это разность между энергией переходного состояния (вершина энергетического барьера) и средней энергией молекул реагентов.

На графике а) (некаталитическая реакция) энергия активации $E_{а(некат.)}$ — это разность высот между вершиной единственного пика и начальным уровнем энергии реагентов ($SO_2$ и $O_2$).

На графике б) (каталитическая реакция) процесс является многостадийным. Скорость всей реакции определяется самой медленной стадией (лимитирующей), которой соответствует самый высокий энергетический барьер. В данном случае это первая стадия. Энергия активации каталитической реакции $E_{а(кат.)}$ — это разность высот между вершиной первого (более высокого) пика и начальным уровнем энергии реагентов.

Из сравнения графиков видно, что $E_{а(кат.)} < E_{а(некат.)}$, что и объясняет ускоряющее действие катализатора.

Ответ: Энергия активации — это высота наибольшего энергетического барьера на пути от реагентов к продуктам. Для графика а) это высота единственного пика над уровнем реагентов. Для графика б) это высота первого (самого высокого) пика над уровнем реагентов.

Чему соответствует минимум на энергетической кривой?

Локальный минимум (впадина) на энергетической кривой каталитического процесса (график б), расположенный между двумя пиками (переходными состояниями), соответствует образованию относительно устойчивого промежуточного продукта — интермедиата. Интермедиат — это реальная химическая частица, которая образуется в одной стадии каталитического цикла и расходуется в следующей. Его время жизни короткое, а энергия выше, чем у реагентов и продуктов, но ниже, чем у переходных состояний.

Ответ: Минимум на энергетической кривой б) соответствует образованию промежуточного соединения (интермедиата).