Номер 8, 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 8, страница 157.

Условие.

8. Для увеличения площади поверхности никелевого катализатора используют такой приём: получают сплав никеля с алюминием, измельчают его и обрабатывают горячим раствором щёлочи. Частицы алюминия растворяются, оставляя каркас из атомов никеля. Такой катализатор называется никелем Ренёя. Поверхность никеля Ренея настолько велика, что на воздухе он самовоспламеняется. Напишите уравнения реакций взаимодействия алюминия со щёлочью, окисления никеля и гидрирования бутена-1 на никелевом катализаторе. Как вы думаете, почему никель Ренея обладает большей активностью по сравнению с порошкообразным металлом?

Решение.

Решение 2.

Напишите уравнения реакций взаимодействия алюминия со щёлочью, окисления никеля и гидрирования бутена-1 на никелевом катализаторе.

1. Взаимодействие алюминия со щёлочью. Алюминий является амфотерным металлом и реагирует с водным раствором щёлочи (например, NaOH) с образованием комплексной соли (тетрагидроксоалюмината натрия) и выделением водорода. Этот процесс используется для удаления алюминия из сплава:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

2. Окисление никеля. Высокодисперсный никель Ренея из-за своей огромной поверхности очень реакционноспособен и пирофорен, то есть самовоспламеняется на воздухе. При этом он реагирует с кислородом с образованием оксида никеля(II):

$2Ni + O_2 \xrightarrow{t} 2NiO$

3. Гидрирование бутена-1. Никелевый катализатор широко используется для гидрирования (присоединения водорода) ненасыщенных органических соединений. В реакции с бутеном-1 водород присоединяется по месту двойной связи, в результате чего образуется насыщенный углеводород — бутан:

$CH_2=CH-CH_2-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

Ответ: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$; $2Ni + O_2 \rightarrow 2NiO$; $CH_2=CH-CH_2-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$.

Как вы думаете, почему никель Ренея обладает большей активностью по сравнению с порошкообразным металлом?

Никель Ренея обладает значительно большей каталитической активностью по сравнению с обычным порошкообразным никелем по причине своей чрезвычайно развитой удельной поверхности.

Процесс получения никеля Ренея, заключающийся в селективном выщелачивании (растворении) алюминия из сплава никель-алюминий, приводит к образованию уникальной микроструктуры. В отличие от обычного металлического порошка, частицы которого в основном сплошные, никель Ренея имеет высокопористую, губчатую структуру, состоящую из мельчайших кристаллитов никеля. Эта структура пронизана сетью пор и каналов, что обеспечивает огромную площадь поверхности на единицу массы.

Каталитическая активность гетерогенных катализаторов (к которым относится и никель) напрямую зависит от площади их поверхности, на которой происходят реакции. Чем больше поверхность, тем больше на ней так называемых активных центров, где молекулы реагентов могут адсорбироваться и вступать в химическое взаимодействие. Таким образом, огромная удельная площадь поверхности никеля Ренея обеспечивает значительно большее количество доступных активных центров по сравнению с порошкообразным никелем той же массы, что и обусловливает его исключительно высокую каталитическую активность.

Ответ: Никель Ренея обладает большей активностью по сравнению с порошкообразным металлом из-за своей высокопористой, губчатой структуры. Эта структура обеспечивает значительно большую удельную площадь поверхности и, следовательно, большее количество активных центров, на которых может происходить каталитическая реакция.