Номер 4, страница 43 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I. Скорость химических реакций. Глава II. Химические реакции - номер 4, страница 43.

Условие.

4. Катализ — это ________.

Решение.

Решение 2.

Катализ

Катализ — это процесс избирательного изменения скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), которые многократно вступают в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции, но восстанавливают свой химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

В зависимости от того, увеличивается или уменьшается скорость реакции, различают положительный и отрицательный катализ. Чаще всего под термином "катализ" понимают именно ускорение реакции (положительный катализ). Вещества, замедляющие реакцию, называют ингибиторами.

Ответ: Катализ — это явление изменения скорости химической реакции под действием катализаторов, которые не расходуются в ходе реакции.

Механизм действия

Ключевая роль катализатора — предоставление альтернативного пути реакции с более низкой энергией активации ($E_a$). Энергия активации представляет собой энергетический барьер, который необходимо преодолеть реагирующим частицам. Снижая этот барьер, катализатор увеличивает долю активных молекул, способных вступить в реакцию, что и приводит к росту ее скорости.

Например, для реакции $A + B \rightarrow AB$ с высокой энергией активации $E_a$, катализатор (K) может предложить двухстадийный маршрут:

1. $A + K \rightarrow AK$ (образование промежуточного соединения)
2. $AK + B \rightarrow AB + K$ (образование продукта и регенерация катализатора)

Обе стадии имеют энергии активации ниже, чем $E_a$ исходной реакции, что и обусловливает ускорение процесса. Важно, что катализатор не изменяет общее изменение энергии в ходе реакции и не смещает положение химического равновесия, а лишь ускоряет его достижение.

Ответ: Механизм катализа заключается в изменении пути реакции и снижении ее энергии активации, что приводит к увеличению скорости без изменения конечного результата.

Виды катализа

По агрегатному состоянию катализатора и реагентов выделяют:

• Гомогенный катализ: катализатор и реагенты находятся в одной фазе (например, все вещества в газовой фазе или в растворе). Пример: $2SO_2(г) + O_2(г) \xrightarrow{NO(г)} 2SO_3(г)$.
• Гетерогенный катализ: катализатор и реагенты находятся в разных фазах. Как правило, это твердый катализатор и жидкие или газообразные реагенты. Реакция протекает на активных центрах поверхности катализатора. Пример: синтез аммиака $N_2(г) + 3H_2(г) \xrightarrow{Fe(тв.)} 2NH_3(г)$.
• Ферментативный катализ: катализ с участием ферментов — биологических катализаторов белковой природы. Протекает в живых организмах, отличается высочайшей активностью и селективностью (избирательностью).

Ответ: Основные виды катализа — гомогенный (реагенты и катализатор в одной фазе), гетерогенный (в разных фазах) и ферментативный (в живых системах).

Значение катализа

Катализ играет фундаментальную роль в природе и технологии.

• В промышленности: около 90% химических производств являются каталитическими. Это позволяет получать пластмассы, синтетические волокна, удобрения, лекарства и топливо при более мягких условиях (низкие температура и давление), что экономит ресурсы и энергию. Важный пример — каталитические нейтрализаторы выхлопных газов в автомобилях.
• В природе: все без исключения биохимические процессы в живых организмах (дыхание, пищеварение, фотосинтез, репликация ДНК) осуществляются с помощью ферментов. Без катализа жизнь невозможна.

Ответ: Катализ является основой современной химической промышленности и всех жизненных процессов.