Номер 6, страница 97 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

6. Что такое катализатор? Каково его значение в химических процессах?

Что такое катализатор?

Катализатор — это химическое вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но само при этом не расходуется в ходе реакции. Процесс изменения скорости реакции с помощью катализатора называется катализом.

Механизм действия катализатора заключается в том, что он предоставляет альтернативный путь для протекания реакции. Этот новый путь имеет более низкую энергию активации ($E_a$) — минимальную энергию, которую должны иметь молекулы реагентов, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Снижая энергетический барьер, катализатор позволяет большему числу молекул участвовать в реакции в единицу времени, что и приводит к увеличению ее скорости.

Основные свойства катализаторов:

• Активность: способность катализатора значительно ускорять реакцию.

• Селективность (избирательность): способность катализатора ускорять одну из нескольких возможных реакций, приводя к образованию целевого продукта с высоким выходом.

• Стабильность: способность сохранять свою активность и селективность в течение длительного времени.

• Катализатор не смещает химическое равновесие, а лишь ускоряет его достижение, одинаково увеличивая скорость как прямой, так и обратной реакции.

Существуют также вещества, замедляющие химические реакции — их называют ингибиторами или отрицательными катализаторами.

Ответ: Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, понижая ее энергию активации, при этом само не расходуется и не входит в состав конечных продуктов.

Каково его значение в химических процессах?

Значение катализаторов в химических процессах огромно и охватывает промышленность, экологию и биологию.

1. Промышленность. Около 90% всех химических производств в мире используют катализаторы. Их применение позволяет:

   • Увеличить скорость производства и, следовательно, его эффективность.

   • Проводить процессы при более низких температурах и давлениях, что значительно снижает энергозатраты и делает производство более экономичным и безопасным.

   • Достигать высокой селективности, получая нужный продукт с минимальным количеством побочных продуктов и отходов.

   Примеры:

   • Синтез аммиака по процессу Габера-Боша ($N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$) с использованием железного катализатора. Аммиак — основа для производства азотных удобрений.

   • Производство серной кислоты контактным методом (окисление $SO_2$ в $SO_3$ на катализаторе $V_2O_5$).

   • Переработка нефти (каталитический крекинг) для получения бензина и другого топлива.

   • Производство полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен (катализаторы Циглера-Натта).

2. Экология. Катализаторы играют ключевую роль в защите окружающей среды.

   Пример: автомобильные каталитические нейтрализаторы (конвертеры). Они содержат катализаторы (платина, палладий, родий), которые превращают токсичные выхлопные газы (угарный газ $CO$, оксиды азота $NO_x$, несгоревшие углеводороды) в менее вредные вещества: углекислый газ $CO_2$, азот $N_2$ и воду $H_2O$.

3. Биология. В живых организмах роль катализаторов выполняют ферменты — белковые молекулы. Они катализируют практически все биохимические реакции, лежащие в основе жизнедеятельности: пищеварение, дыхание, синтез ДНК, обмен веществ. Без ферментов эти реакции протекали бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможна. Ферменты обладают чрезвычайно высокой активностью и специфичностью.

Ответ: Значение катализаторов заключается в том, что они делают возможными, экономически выгодными и экологически безопасными важнейшие промышленные процессы (производство удобрений, пластмасс, топлива), используются для очистки выбросов (автомобильные выхлопы), а в виде ферментов являются основой всех биохимических процессов в живых организмах.