Номер 3, страница 157 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 22. Катализ и катализаторы - номер 3, страница 157.

Условие.

3. Перечислите основные типы катализаторов. Приведите примеры катализаторов каждого типа и уравнения реакций, для ускорения которых они используются.

Решение.

Решение 2.

Катализаторы – это вещества, которые изменяют скорость химической реакции, как правило, ускоряя её, но сами при этом не расходуются. Основные типы катализаторов выделяют на основе их агрегатного состояния по отношению к реагентам.

Гомогенные катализаторы

Катализатор и реагирующие вещества находятся в одной и той же фазе (например, все в растворе или все в газообразном состоянии). Такой катализ называется гомогенным.

Пример: Ионы водорода $H^+$ (часто из серной кислоты $H_2SO_4$) катализируют реакцию этерификации между карбоновой кислотой и спиртом. Все компоненты находятся в жидкой фазе.

Уравнение реакции (на примере уксусной кислоты и этанола):

$CH_3COOH (ж) + C_2H_5OH (ж) \rightleftharpoons^{H^+} CH_3COOC_2H_5 (ж) + H_2O (ж)$

Ответ: Гомогенные катализаторы находятся в одной фазе с реагентами. Пример: ионы $H^+$ в реакции этерификации: $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons^{H^+} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.

Гетерогенные катализаторы

Катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах. Наиболее распространенный случай — твердый катализатор и газообразные или жидкие реагенты. Реакция протекает на поверхности катализатора.

Пример: Твердый оксид ванадия(V) $V_2O_5$ используется в производстве серной кислоты для окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI). Катализатор – твердое вещество, реагенты – газы.

Уравнение реакции:

$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons^{V_2O_5(тв), t} 2SO_3(г)$

Другой пример – использование твердого оксида марганца(IV) $MnO_2$ для ускорения разложения жидкого пероксида водорода.

Уравнение реакции:

$2H_2O_2 (р-р) \xrightarrow{MnO_2(тв)} 2H_2O (ж) + O_2(г) \uparrow$

Ответ: Гетерогенные катализаторы находятся в другой фазе, чем реагенты. Пример: твердый $V_2O_5$ в реакции окисления $SO_2$: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons^{V_2O_5} 2SO_3$.

Ферменты (биокатализаторы)

Это катализаторы белковой природы, которые ускоряют биохимические реакции в живых организмах. Они обладают высокой селективностью (специфичностью) и эффективностью, работая в мягких условиях (определенная температура и pH).

Пример: Фермент каталаза, присутствующий в клетках животных и растений, катализирует разложение токсичного для клеток пероксида водорода на воду и кислород.

Уравнение реакции:

$2H_2O_2 \xrightarrow{каталаза} 2H_2O + O_2 \uparrow$

Ответ: Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы. Пример: каталаза, ускоряющая разложение пероксида водорода: $2H_2O_2 \xrightarrow{каталаза} 2H_2O + O_2 \uparrow$.