Номер 2, страница 70 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 14. Катализ. Глава III. Химические реакции - номер 2, страница 70.

Условие.

2. Из курсов неорганической и органической химии приведите три-четыре примера каталитических реакций.

Решение.

Решение 2.

Каталитические реакции — это реакции, скорость которых изменяется под действием катализаторов. Катализаторы — это вещества, которые участвуют в химической реакции, изменяя её путь и скорость, но остаются химически неизменными по её завершении. Ниже приведены четыре примера каталитических реакций из неорганической и органической химии.

1. Синтез аммиака в процессе Габера-Боша (неорганическая химия)
Это одна из важнейших промышленных реакций, лежащая в основе производства азотных удобрений. Процесс заключается в прямом синтезе аммиака из газообразных азота и водорода. Реакция является обратимой и экзотермической.
Уравнение реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$
В качестве катализатора используется пористое железо ($Fe$) с активаторами (промоторами), такими как оксиды калия ($K_2O$) и алюминия ($Al_2O_3$). Процесс проводят при высокой температуре (400–500 °C) и высоком давлении (150–350 атм).

Ответ: Промышленный синтез аммиака: $N_2 + 3H_2 \xrightarrow{Fe, p, t} 2NH_3$.

2. Окисление диоксида серы в триоксид серы (неорганическая химия)
Данная реакция является ключевой стадией контактного способа производства серной кислоты. В этой реакции диоксид серы ($SO_2$) окисляется кислородом воздуха до триоксида серы ($SO_3$).
Уравнение реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$
Катализатором служит оксид ванадия(V) ($V_2O_5$), нанесенный на пористый носитель. Реакция является обратимой и экзотермической, поэтому для смещения равновесия вправо и поддержания высокой скорости процесс ведут при оптимальной температуре около 450 °C.

Ответ: Окисление диоксида серы: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$.

3. Гидрирование алкенов (органическая химия)
Это классическая реакция присоединения водорода к органическим соединениям с кратными (двойными или тройными) связями. Например, гидрирование этилена (этена) приводит к образованию этана.
Уравнение реакции: $CH_2=CH_2 + H_2 \rightarrow CH_3-CH_3$
Реакция протекает в присутствии гетерогенных катализаторов, которыми обычно выступают мелкодисперсные металлы, такие как никель ($Ni$, катализатор Ренея), платина ($Pt$) или палладий ($Pd$). Данный тип реакций широко используется в промышленности, например, для гидрогенизации растительных масел при производстве маргарина.

Ответ: Гидрирование этилена: $C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni/Pt/Pd, t} C_2H_6$.

4. Реакция этерификации (органическая химия)
Это реакция образования сложного эфира при взаимодействии карбоновой кислоты со спиртом. Реакция является обратимой и катализируется сильными кислотами.
Пример (получение этилацетата из уксусной кислоты и этанола): $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$
В качестве катализатора обычно используют концентрированную серную кислоту ($H_2SO_4$). Она не только ускоряет реакцию (кислотный катализ), но и является водоотнимающим средством, связывая образующуюся воду и тем самым смещая химическое равновесие в сторону образования сложного эфира.

Ответ: Реакция этерификации (на примере получения этилацетата): $CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.