Номер 3, страница 356 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 74. Промышленный органический синтез. Глава 7. Химическая технология - номер 3, страница 356.

Условие.

3. Справедливо ли утверждение, что катализатор не изменяется в ходе реакции?

Решение.

Решение 2.

Утверждение о том, что катализатор не изменяется в ходе реакции, является значительным упрощением и не вполне справедливо. По классическому определению, катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но по завершении процесса его количество и химический состав остаются неизменными. Однако это определение описывает только начальное и конечное состояние катализатора, но не его поведение во время самой реакции.

На самом деле, катализатор принимает непосредственное и активное участие в химическом превращении. Механизм катализа заключается в том, что катализатор взаимодействует с реагентами, образуя одно или несколько промежуточных соединений (интермедиатов). Эти промежуточные соединения являются нестабильными и далее реагируют, образуя конечные продукты реакции и одновременно регенерируя катализатор в его исходной форме. Таким образом, катализатор изменяет сам маршрут реакции, предоставляя альтернативный путь с более низкой энергией активации, что и приводит к увеличению скорости.

В качестве примера можно привести реакцию окисления диоксида серы ($SO_2$) до триоксида серы ($SO_3$) с использованием оксида ванадия(V) ($V_2O_5$) в качестве катализатора. Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$

Однако этот процесс протекает в две стадии, на которых катализатор претерпевает химические изменения:

1. Окисление диоксида серы за счет катализатора, который при этом восстанавливается:

$SO_2 + V_2O_5 \rightarrow SO_3 + 2VO_2$

2. Регенерация катализатора: образовавшийся оксид ванадия(IV) ($VO_2$) окисляется кислородом воздуха обратно в оксид ванадия(V):

$4VO_2 + O_2 \rightarrow 2V_2O_5$

Из этого примера видно, что катализатор ($V_2O_5$) сначала расходуется, а затем восстанавливается до первоначального состояния. Следовательно, в ходе реакции он изменяется.

Кроме химических превращений, с течением времени катализатор может претерпевать и физические изменения (например, спекание, изменение размера кристаллов, засорение пор), а также "отравление" — необратимую реакцию с примесями, что приводит к потере его активности.

Ответ: Утверждение не является справедливым. Катализатор активно участвует в химической реакции, временно изменяя свою химическую форму (образуя промежуточные соединения), но регенерируется в исходном виде к концу реакции. Таким образом, его состав и количество остаются неизменными только по итогам всего процесса, а не на каждой его стадии.