Номер 1, страница 38 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Что такое катализаторы? Какую роль они играют в химических реакциях? Почему катализаторы ускоряют течение химических реакций?

Что такое катализаторы?

Катализаторы — это химические вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются и не входят в состав конечных продуктов. По завершении реакции катализатор регенерируется, то есть остается в неизменном химическом виде и может быть использован снова.

К основным свойствам катализаторов относят:

1. Активность — способность вещества ускорять реакцию.

2. Селективность (избирательность) — способность катализатора ускорять только одну конкретную реакцию из нескольких возможных.

3. Специфичность — свойство, похожее на селективность, часто используемое для описания ферментов, где катализатор действует только на определенный тип химической связи или молекулы.

4. Катализатор не смещает положение химического равновесия, а лишь ускоряет его достижение, так как в равной степени ускоряет и прямую, и обратную реакции.

Ответ: Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, не являясь при этом реагентами или продуктами реакции и не расходуясь в процессе.

Какую роль они играют в химических реакциях?

Основная роль катализаторов — увеличение скорости химических реакций. Это позволяет проводить процессы, которые без катализатора протекали бы чрезвычайно медленно или требовали бы экстремальных условий (очень высокой температуры или давления).

Роль катализаторов огромна и многогранна:

• Промышленность: Около 90% всех химических производств используют катализаторы. Примеры включают синтез аммиака (процесс Габера-Боша), производство серной кислоты, полимеров (пластмасс), а также переработку нефти (крекинг, риформинг).

• Биология: В живых организмах роль катализаторов выполняют ферменты — высокоспецифичные белковые молекулы. Они катализируют практически все биохимические реакции, от пищеварения до синтеза ДНК.

• Экология: Катализаторы используются в автомобильных нейтрализаторах выхлопных газов для превращения токсичных веществ (угарного газа CO, оксидов азота NOx) в безвредные (углекислый газ CO₂, азот N₂, воду H₂O).

Ответ: Катализаторы играют ключевую роль ускорителей химических реакций, что делает их незаменимыми в современной химической промышленности, процессах жизнедеятельности и в решении экологических проблем.

Почему катализаторы ускоряют течение химических реакций?

Катализаторы ускоряют химические реакции, потому что они изменяют механизм реакции, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации.

Энергия активации ($E_a$) — это минимальная энергия, которой должны обладать молекулы реагентов, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Это своего рода энергетический барьер. Чем выше этот барьер, тем меньше молекул способны его преодолеть и, соответственно, тем медленнее протекает реакция.

Катализатор участвует в реакции, образуя с реагентами промежуточные соединения (активные комплексы). Образование и дальнейшее превращение этих комплексов требует значительно меньших затрат энергии, чем прямая реакция между исходными веществами. В конечном итоге катализатор высвобождается в своем первоначальном виде, а из реагентов образуются продукты.

Таким образом, катализатор не "добавляет энергию" системе, а "строит обходной путь" или "прорывает туннель" через энергетический барьер, снижая его высоту. Поскольку энергия активации $E_{a, \text{кат}}$ каталитической реакции ниже, чем энергия активации некаталитической реакции $E_{a, \text{некат}}$, гораздо большая доля молекул при той же температуре обладает достаточной энергией для реакции, что и приводит к резкому увеличению ее скорости.

Ответ: Катализаторы ускоряют реакции, предоставляя новый механизм их протекания, который характеризуется более низкой энергией активации ($E_a$), что позволяет большему числу молекул участвовать в реакции в единицу времени.