Номер 8, страница 107 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Охарактеризуйте общие свойства любого катализатора. Чем вызвано влияние катализатора на скорость реакции?

Охарактеризуйте общие свойства любого катализатора.

Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость химической реакции (чаще всего ускоряют ее), но сами при этом не расходуются и не входят в состав конечных продуктов. Для любого катализатора характерен ряд общих свойств:

Активность — это способность катализатора ускорять химическую реакцию. Активность зависит от природы катализатора, реагентов и условий проведения реакции (температура, давление). Вещества, замедляющие реакцию, называются ингибиторами.

Селективность (избирательность) — это способность катализатора ускорять только одну из нескольких возможных реакций в системе. Например, в зависимости от катализатора, из смеси CO и H₂ можно получить метан, метанол или жидкие углеводороды. Особенно высокой селективностью обладают ферменты — биологические катализаторы.

Неизменность в ходе реакции — по окончании реакции катализатор выделяется в неизменном химическом составе и количестве. Он принимает участие в промежуточных стадиях реакции, образуя с реагентами нестойкие соединения, но в итоге регенерируется.

Действие в малых количествах — для катализа процесса часто требуется очень небольшое количество катализатора по сравнению с количеством реагентов, так как одна и та же частица катализатора может многократно участвовать в циклах реакции.

Отсутствие влияния на химическое равновесие — катализатор ускоряет как прямую, так и обратную реакцию в одинаковой степени. Поэтому он не сдвигает положение химического равновесия, а лишь помогает достичь его за более короткое время.

Чувствительность к каталитическим ядам — активность катализатора может быть значительно снижена или полностью подавлена присутствием даже малых количеств определенных веществ, называемых каталитическими ядами. Они блокируют активные центры катализатора.

Ответ: Общими свойствами катализаторов являются: активность, селективность (избирательность), неизменность по окончании реакции, способность действовать в малых количествах, отсутствие влияния на положение химического равновесия и чувствительность к каталитическим ядам.

Чем вызвано влияние катализатора на скорость реакции?

Влияние катализатора на скорость реакции объясняется его способностью изменять сам механизм реакции, направляя ее по новому, энергетически более выгодному пути. Этот новый путь характеризуется более низкой энергией активации ($E_a$).

Энергия активации — это минимальная энергия, которой должны обладать молекулы реагентов, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Чем выше энергия активации, тем меньше доля молекул, обладающих достаточной энергией, и, соответственно, тем ниже скорость реакции.

Катализатор участвует в реакции, образуя с реагентами одно или несколько промежуточных соединений. Процесс превращения исходных веществ в продукты через эти промежуточные соединения требует преодоления значительно меньшего энергетического барьера, чем прямой путь реакции без катализатора. Хотя каталитический путь может состоять из нескольких стадий, энергия активации каждой из этих стадий ниже, чем у некаталитической реакции.

Зависимость скорости реакции от энергии активации описывается уравнением Аррениуса для константы скорости ($k$):

$k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}$

Здесь $A$ — предэкспоненциальный множитель, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура. Поскольку энергия активации $E_a$ находится в показателе экспоненты с отрицательным знаком, ее уменьшение приводит к резкому (экспоненциальному) увеличению константы скорости $k$, а следовательно, и самой скорости реакции.

Таким образом, катализатор не создает энергию, а действует как «проводник», снижая энергетический «перевал», который должны преодолеть реагенты, чтобы превратиться в продукты.

Ответ: Влияние катализатора на скорость реакции вызвано снижением энергии активации реакции. Катализатор предоставляет альтернативный маршрут реакции, который включает образование промежуточных соединений, и этот новый маршрут имеет более низкий энергетический барьер, что приводит к увеличению числа эффективных столкновений молекул в единицу времени.