Номер 7, 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 7, страница 157.

Условие.

7. Изобразите энергетическую диаграмму реакции гидратации ацетилена без катализатора и в присутствии солей ртути(II), если известно, что реакция экзотермична.

Решение.

Решение 2.

Решение

Реакция гидратации ацетилена (реакция Кучерова) приводит к образованию ацетальдегида. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3CHO$

По условию, реакция является экзотермической. Это означает, что в ходе реакции выделяется теплота, и энтальпия (потенциальная энергия) продуктов реакции ($E_{прод}$) ниже энтальпии исходных веществ ($E_{исх}$). Разница энтальпий, называемая тепловым эффектом реакции ($\Delta H = E_{прод} - E_{исх}$), является отрицательной величиной ($\Delta H < 0$).

Катализатор (в данном случае соли ртути(II), ионы $Hg^{2+}$) увеличивает скорость реакции, предоставляя альтернативный механизм (путь) реакции, который характеризуется более низкой энергией активации ($E_a$). Энергия активации — это минимальный энергетический барьер, который должны преодолеть молекулы реагентов, чтобы превратиться в продукты. Важно, что катализатор не изменяет энергию исходных веществ и конечных продуктов, поэтому тепловой эффект реакции ($\Delta H$) не зависит от его присутствия.

На энергетической диаграмме это отражается следующим образом:

• Ось ординат представляет потенциальную энергию (E), а ось абсцисс — координату реакции (путь реакции).
• Энергетический уровень продуктов ($CH_3CHO$) расположен ниже энергетического уровня исходных веществ ($C_2H_2 + H_2O$), так как реакция экзотермическая.
• Кривая, соответствующая реакции без катализатора, имеет высокий энергетический барьер, что соответствует большой энергии активации ($E_{a1}$).
• Кривая, соответствующая каталитической реакции, проходит через более низкий энергетический барьер, что соответствует меньшей энергии активации ($E_{a2}$).
• Величина теплового эффекта $\Delta H$ одинакова для обоих процессов.

Ниже представлена соответствующая энергетическая диаграмма.

Ответ:

Энергетическая диаграмма, иллюстрирующая влияние катализатора на экзотермическую реакцию гидратации ацетилена, представлена выше. Ключевые особенности диаграммы: 1) энергия продуктов ниже энергии реагентов, так как реакция экзотермическая (тепловой эффект $\Delta H < 0$); 2) катализатор (соли $Hg^{2+}$) снижает энергию активации ($E_{a2} < E_{a1}$), ускоряя реакцию, но не влияет на энергетические уровни реагентов и продуктов, а следовательно, и на тепловой эффект реакции $\Delta H$.