Номер 6, страница 121 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 15. Время в химии. Скорость химических реакций. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 6, страница 121.

Условие.

6. Приведите примеры реакций, протекающих с участием катализатора.

Решение.

Решение 2.

Катализаторы – это вещества, которые изменяют скорость химической реакции (как правило, ускоряют её), участвуя в промежуточных стадиях, но оставаясь в неизменном виде после завершения реакции. Каталитические реакции имеют огромное значение в промышленности и в живой природе (биологические катализаторы — ферменты). Вот несколько примеров таких реакций.

Синтез аммиака (процесс Габера-Боша)

Это один из важнейших промышленных процессов, на котором основано производство азотных удобрений. Реакция получения аммиака из простых веществ (азота и водорода) является обратимой и экзотермической. Для увеличения скорости реакции и смещения равновесия в сторону продукта процесс проводят при высоких давлении и температуре, а также в присутствии катализатора. В качестве катализатора используется пористое железо ($Fe$) с добавками (промоторами), например, оксидами алюминия ($Al_2O_3$) и калия ($K_2O$).

Уравнение реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \xrightarrow{Fe, t, p} 2NH_3(г)$

Ответ: Промышленный синтез аммиака из азота и водорода, где катализатором выступает железо.

Разложение пероксида водорода

Пероксид водорода ($H_2O_2$) медленно разлагается на воду и кислород. Этот процесс можно значительно ускорить с помощью катализатора. В качестве катализатора часто используют оксид марганца(IV) ($MnO_2$). При добавлении небольшого количества этого черного порошка к раствору пероксида водорода начинается бурная реакция с выделением кислорода. Также катализатором могут служить ионы йода ($I^-$) или фермент каталаза, содержащийся в крови и многих живых тканях (например, в сыром картофеле).

Уравнение реакции с использованием оксида марганца(IV): $2H_2O_2(р-р) \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O(ж) + O_2(г) \uparrow$

Ответ: Разложение пероксида водорода на воду и кислород в присутствии катализатора, например, оксида марганца(IV).

Гидрирование ненасыщенных углеводородов

Реакции гидрирования (присоединения водорода по кратным связям) широко применяются в органическом синтезе. Например, так получают насыщенные углеводороды (алканы) из ненасыщенных (алкенов или алкинов), а также производят твердые жиры (маргарин) из жидких растительных масел. Катализаторами в этих реакциях служат мелкоизмельченные металлы: никель ($Ni$), платина ($Pt$) или палладий ($Pd$).

Пример реакции гидрирования этилена до этана: $CH_2=CH_2(г) + H_2(г) \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3(г)$

Ответ: Реакция присоединения водорода к этилену с образованием этана, катализируемая никелем, платиной или палладием.

Каталитическое окисление аммиака

Это ключевая стадия в промышленном методе получения азотной кислоты (метод Оствальда). Пары аммиака в смеси с воздухом пропускают над катализатором при высокой температуре ($800-950$ °C). В качестве катализатора используют сетки из сплава платины и родия ($Pt/Rh$). В результате реакции образуется оксид азота(II), который далее окисляют до оксида азота(IV) и используют для получения азотной кислоты.

Уравнение реакции: $4NH_3(г) + 5O_2(г) \xrightarrow{Pt/Rh, t} 4NO(г) + 6H_2O(г)$

Ответ: Окисление аммиака кислородом до оксида азота(II) на платино-родиевом катализаторе при производстве азотной кислоты.