Страница 45 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Ингибиторы — это ________.

Ингибиторы — это

Ингибиторы (от лат. inhibeo — «сдерживаю», «останавливаю») — это вещества, которые замедляют или полностью подавляют течение химических, физико-химических и биологических процессов. В отличие от катализаторов, которые ускоряют реакции, ингибиторы оказывают противоположное, тормозящее действие.

Механизм действия ингибиторов крайне разнообразен и зависит от природы процесса, на который они воздействуют. Их можно классифицировать по областям применения и механизму действия.

Ингибиторы в химии и промышленности:

• Ингибиторы коррозии: Вещества, которые при добавлении в коррозионную среду в небольших количествах значительно замедляют процесс разрушения металлов. Они могут образовывать на поверхности металла защитную пленку или изменять электрохимические параметры системы.
• Ингибиторы окисления (антиоксиданты): Предотвращают или замедляют окисление органических соединений кислородом воздуха. Широко применяются в пищевой промышленности (для сохранения продуктов), в производстве полимеров, топлив и масел.
• Ингибиторы полимеризации: Добавляются к мономерам для предотвращения их самопроизвольной полимеризации во время хранения и транспортировки.

Ингибиторы в биологии и биохимии:

В биологических системах ингибиторы играют ключевую роль в регуляции метаболизма, подавляя активность ферментов. Ферментативное ингибирование — основа действия многих лекарственных препаратов и ядов.

Типы ингибирования ферментов:

• Обратимое ингибирование: Ингибитор связывается с ферментом нековалентно и может быть удален, после чего активность фермента восстанавливается.
  • Конкурентное ингибирование: Ингибитор по своей структуре похож на субстрат (вещество, которое преобразует фермент) и конкурирует с ним за связывание с активным центром фермента. Увеличение концентрации субстрата может преодолеть действие ингибитора.
  • Неконкурентное ингибирование: Ингибитор связывается с ферментом в месте, отличном от активного центра (в аллостерическом центре). Это связывание изменяет конформацию (пространственную структуру) фермента, что снижает его каталитическую эффективность. Увеличение концентрации субстрата не снимает ингибирования.
  • Бесконкурентное (антиконкурентное) ингибирование: Ингибитор может связаться только с уже образовавшимся фермент-субстратным комплексом, блокируя дальнейшее превращение субстрата в продукт.
• Необратимое ингибирование: Ингибитор образует прочную, как правило, ковалентную связь с функциональными группами фермента, что приводит к его перманентной инактивации. Многие яды (например, цианиды, фосфорорганические соединения) и некоторые антибиотики (например, пенициллин) действуют как необратимые ингибиторы.

Таким образом, ингибиторы являются важнейшими инструментами как в природе для регуляции жизненных процессов, так и в человеческой деятельности для управления химическими реакциями, защиты материалов и создания лекарственных средств.

Ответ: Ингибиторы — это вещества природного или синтетического происхождения, которые замедляют или предотвращают протекание различных процессов, в частности химических реакций, за счет снижения активности катализаторов или ферментов.

6. С увеличением давления возрастает скорость реакции между

1) растворами нитрата серебра и хлорида натрия

2) цинком и соляной кислотой

3) водородом и кислородом

4) этиловым спиртом и натрием

Ответ: □

Поясните свой выбор. _________

Решение

Скорость химической реакции зависит от различных факторов, включая давление. Согласно принципу Ле Шателье и закону действующих масс, изменение давления оказывает существенное влияние на скорость реакции только в том случае, если в реакции участвуют газообразные вещества. Увеличение давления приводит к увеличению концентрации газообразных реагентов (так как уменьшается занимаемый ими объем), что, в свою очередь, увеличивает частоту столкновений между их молекулами и, следовательно, повышает скорость реакции.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) растворами нитрата серебра и хлорида натрия

Уравнение реакции: $AgNO_3(р-р) + NaCl(р-р) \rightarrow AgCl(тв) \downarrow + NaNO_3(р-р)$.
В этой реакции оба исходных вещества находятся в водном растворе, то есть в жидкой фазе. Жидкости являются практически несжимаемыми, поэтому увеличение давления не приведет к значительному изменению их концентраций и не окажет заметного влияния на скорость реакции.

2) цинком и соляной кислотой

Уравнение реакции: $Zn(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow ZnCl_2(р-р) + H_2(г) \uparrow$.
Реагентами являются твердое вещество (цинк) и вещество в растворе (соляная кислота). Ни один из реагентов не является газом. Следовательно, увеличение давления не повлияет на скорость этой гетерогенной реакции.

3) водородом и кислородом

Уравнение реакции: $2H_2(г) + O_2(г) \rightarrow 2H_2O(г)$.
Оба реагента — водород и кислород — являются газами. При увеличении давления в системе концентрация обоих газов возрастет. Согласно закону действующих масс, скорость реакции $v = k \cdot [H_2]^2 \cdot [O_2]$ прямо пропорциональна концентрациям реагентов. Таким образом, увеличение давления приведет к увеличению скорости данной реакции. Этот вариант является правильным.

4) этиловым спиртом и натрием

Уравнение реакции: $2C_2H_5OH(ж) + 2Na(тв) \rightarrow 2C_2H_5ONa(р-р) + H_2(г) \uparrow$.
Реагентами являются жидкость (этиловый спирт) и твердое вещество (натрий). Так как среди реагентов нет газов, изменение давления не окажет существенного влияния на скорость реакции.

Вывод: Увеличение давления приводит к возрастанию скорости реакции только в том случае, когда в реакции участвуют газообразные реагенты. Из всех предложенных вариантов это условие выполняется только для реакции между водородом и кислородом.

Ответ: 3

7. Одинаковые кусочки магния взаимодействуют с наибольшей скоростью с соляной кислотой, если

1) разбавить кислоту

2) увеличить концентрацию кислоты

3) увеличить давление

4) уменьшить температуру

Ответ: □

Поясните свой выбор. ____________________

Решение

Скорость химической реакции — это изменение концентрации одного из реагентов или продуктов в единицу времени. Она зависит от нескольких факторов, таких как природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, давление (для газообразных реагентов) и площадь поверхности соприкосновения (для гетерогенных реакций).

Реакция взаимодействия магния (твёрдое вещество) с соляной кислотой (раствор) является гетерогенной и описывается следующим уравнением:
$Mg(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow MgCl_2(р-р) + H_2(г)\uparrow$

Чтобы определить, при каком условии скорость реакции будет наибольшей, проанализируем каждый предложенный вариант.

1) разбавить кислоту
Разбавление кислоты означает уменьшение её концентрации. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Уменьшение концентрации ионов водорода $H^+$ в растворе приведёт к снижению частоты их столкновений с поверхностью магния, и, как следствие, скорость реакции уменьшится.

2) увеличить концентрацию кислоты
Увеличение концентрации кислоты приводит к увеличению числа ионов водорода $H^+$ в единице объёма раствора. Это повышает частоту столкновений ионов с поверхностью магния, что, в свою очередь, увеличивает число эффективных столкновений и ведёт к росту скорости реакции.

3) увеличить давление
Давление оказывает значительное влияние на скорость реакций с участием газов, поскольку изменяет их концентрацию. В данном случае реагентами являются твёрдое вещество и раствор, на которые изменение давления практически не влияет. Следовательно, скорость реакции существенно не изменится.

4) уменьшить температуру
Снижение температуры уменьшает среднюю кинетическую энергию частиц. В результате частицы движутся медленнее, сталкиваются реже и с меньшей энергией. Это приводит к резкому уменьшению доли эффективных столкновений (тех, что обладают достаточной энергией для преодоления активационного барьера), и скорость реакции значительно снижается.

Таким образом, для того чтобы одинаковые кусочки магния взаимодействовали с соляной кислотой с наибольшей скоростью, необходимо увеличить концентрацию кислоты.

Ответ: 2.

8. С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция между

1) кислородом и водородом

2) железом и раствором серной кислоты

3) этиловым спиртом и натрием

4) растворами сульфата меди(II) и гидроксида калия

Ответ: $$

Поясните свой выбор. ________.

Для того чтобы определить, какая из предложенных реакций протекает с наибольшей скоростью при комнатной температуре, необходимо проанализировать тип каждой реакции и природу взаимодействующих веществ. Скорость химической реакции зависит от нескольких факторов, включая агрегатное состояние реагентов, их химическую активность и энергию активации реакции.

1) кислородом и водородом

Уравнение реакции: $2H_2(г) + O_2(г) \rightarrow 2H_2O(ж)$. Эта реакция между двумя газами является гомогенной. Однако она имеет очень высокую энергию активации, так как для ее начала необходимо разорвать прочные ковалентные связи в молекулах водорода ($H-H$) и кислорода ($O=O$). При комнатной температуре без внешнего воздействия (например, искры, нагревания или катализатора) эта реакция протекает с пренебрежимо малой, практически нулевой скоростью.

2) железом и раствором серной кислоты

Уравнение реакции: $Fe(тв) + H_2SO_4(раств) \rightarrow FeSO_4(раств) + H_2(г)\uparrow$. Это гетерогенная реакция, протекающая на границе раздела фаз "твердое тело - жидкость". Ее скорость зависит от площади поверхности железа и концентрации кислоты. Реакция идет при комнатной температуре с заметной скоростью (выделяются пузырьки водорода), но она не является мгновенной.

3) этиловым спиртом и натрием

Уравнение реакции: $2C_2H_5OH(ж) + 2Na(тв) \rightarrow 2C_2H_5ONa(раств) + H_2(г)\uparrow$. Это также гетерогенная реакция. Натрий является очень активным металлом, поэтому реакция протекает довольно энергично при комнатной температуре, быстрее, чем взаимодействие железа с кислотой. Тем не менее, скорость ограничена площадью поверхности твердого натрия.

4) растворами сульфата меди(II) и гидроксида калия

Уравнение реакции: $CuSO_4(раств) + 2KOH(раств) \rightarrow Cu(OH)_2(тв)\downarrow + K_2SO_4(раств)$. Это реакция ионного обмена, протекающая в растворе. В ионной форме она выглядит так: $Cu^{2+}(раств) + 2OH^-(раств) \rightarrow Cu(OH)_2(тв)\downarrow$. Реакции между ионами в растворах обычно имеют очень низкую энергию активации, поскольку реагирующие частицы (ионы) уже находятся в свободном, подвижном состоянии и им нужно лишь столкнуться. Такие реакции протекают практически мгновенно при смешивании растворов, что проявляется в немедленном выпадении голубого осадка гидроксида меди(II).

Поясните свой выбор.

Сравнивая все варианты, можно заключить, что реакция ионного обмена между растворами сульфата меди(II) и гидроксида калия является самой быстрой. Реакции с участием твердых веществ (гетерогенные, варианты 2 и 3) протекают медленнее, так как их скорость лимитирована поверхностью контакта реагентов. Реакция между водородом и кислородом (вариант 1) при комнатной температуре практически не идет из-за высокой энергии активации. Ионные реакции в растворах, как правило, являются самыми быстрыми из рассматриваемых типов химических взаимодействий.

Ответ: 4