Лабораторный опыт 26, страница 297 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 63. Катализ. Катализаторы. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - страница 297.

Условие.

Лабораторный опыт 26. Каталитическое разложение пероксида водорода

В три пробирки налейте одинаковое количество раствора пероксида водорода. В первую пробирку добавьте небольшое количество оксида марганца(IV), во вторую — дихромата калия, а третью оставьте для сравнения. Объясните наблюдаемые явления. В какой пробирке имеет место гомогенный катализ, в какой — гетерогенный?

Решение.

Решение 2.

Объясните наблюдаемые явления

В основе эксперимента лежит реакция разложения пероксида водорода ($H_2O_2$) на воду и кислород:
$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2 \uparrow$

Наблюдения в пробирках:

• Пробирка 1 (с оксидом марганца(IV), $MnO_2$): После добавления небольшого количества черного порошка оксида марганца(IV) начинается очень бурная реакция, которая сопровождается обильным выделением пузырьков газа (кислорода).
• Пробирка 2 (с дихроматом калия, $K_2Cr_2O_7$): После добавления оранжевых кристаллов дихромата калия, которые растворяются в воде, также начинается выделение газа, но обычно с меньшей интенсивностью, чем в первой пробирке. Раствор при этом меняет окраску.
• Пробирка 3 (контрольная): В этой пробирке, содержащей только раствор пероксида водорода, видимых изменений не происходит. Разложение $H_2O_2$ протекает самопроизвольно, но с очень низкой скоростью.

Объяснение:
Наблюдаемые различия в скорости реакции объясняются действием катализаторов. Катализаторы — это вещества, ускоряющие химическую реакцию, но не входящие в состав ее конечных продуктов. В данном опыте катализаторами выступают оксид марганца(IV) и дихромат калия. Они значительно увеличивают скорость разложения пероксида водорода по сравнению с контрольным опытом (пробирка 3), где катализатор отсутствует.

Ответ: Наблюдаемые явления объясняются каталитическим действием оксида марганца(IV) и дихромата калия, которые ускоряют реакцию разложения пероксида водорода с выделением кислорода. В контрольной пробирке реакция практически не идет из-за отсутствия катализатора.

В какой пробирке имеет место гомогенный катализ, в какой — гетерогенный?

Тип катализа определяется агрегатным состоянием (фазой) катализатора и реагирующих веществ.

• Гомогенный катализ протекает в однородной среде, когда катализатор и реагенты находятся в одной фазе (например, в растворе).
• Гетерогенный катализ протекает на границе раздела фаз, когда катализатор и реагенты находятся в разных фазах (например, твердый катализатор и жидкий реагент).

Исходя из этого:

• Пробирка 1: Катализатор — оксид марганца(IV) ($MnO_2$) — твердое, нерастворимое вещество. Реагент — пероксид водорода ($H_2O_2$) — находится в жидком водном растворе. Катализатор и реагент находятся в разных фазах, следовательно, это гетерогенный катализ.
• Пробирка 2: Катализатор — дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$) — растворимое вещество. После растворения и катализатор (в виде ионов $Cr_2O_7^{2-}$), и реагент ($H_2O_2$) находятся в одной жидкой фазе. Следовательно, это гомогенный катализ.

Ответ: В пробирке с оксидом марганца(IV) (пробирка 1) имеет место гетерогенный катализ. В пробирке с дихроматом калия (пробирка 2) имеет место гомогенный катализ.