Номер 3, страница 38 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. Подготовьте сообщение о роли катализаторов в современном производстве.

Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются. Их действие основано на снижении энергии активации реакции, то есть они предоставляют альтернативный, более лёгкий путь для превращения реагентов в продукты. В современном производстве роль катализаторов невозможно переоценить: по оценкам, более 90% всех химических продуктов в мире производятся с их участием. Эффективность катализатора определяется его активностью (скоростью, которую он сообщает реакции), селективностью (способностью направлять реакцию на образование целевого продукта) и стабильностью (сохранением своих свойств со временем).

Ключевые сферы применения катализаторов

Применение катализаторов охватывает практически все отрасли промышленности.

1. Химическая промышленность. Это одна из самых крупных областей применения катализа.

• Производство аммиака (процесс Габера-Боша): Аммиак является основой для производства азотных удобрений, без которых невозможно современное сельское хозяйство. Процесс протекает с использованием железного катализатора при высоких температуре и давлении: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.
• Производство серной кислоты (контактный метод): Ключевой стадией является окисление диоксида серы в триоксид серы на ванадиевом катализаторе ($V_2O_5$): $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$. Серная кислота – один из самых массовых продуктов химической промышленности.
• Синтез полимеров: Катализаторы Циглера-Натта (например, на основе титана и алюминия) позволяют получать полиэтилен и полипропилен с заданными свойствами, контролируя структуру полимерной цепи. Это основа производства современных пластмасс.

2. Нефтепереработка и нефтехимия. Качество и ассортимент моторных топлив и нефтехимического сырья напрямую зависят от каталитических процессов.

• Каталитический крекинг: Расщепление крупных молекул углеводородов (мазута) на более мелкие и ценные (бензин, керосин). В качестве катализаторов используются цеолиты – алюмосиликаты со строго упорядоченной пористой структурой.
• Каталитический риформинг: Превращение низкооктановых компонентов бензина в высокооктановые ароматические и изопарафиновые углеводороды. Здесь применяются катализаторы, содержащие платину и другие благородные металлы.
• Гидроочистка: Удаление сернистых и азотистых соединений из нефтепродуктов с помощью катализаторов на основе молибдена, кобальта и никеля. Это позволяет производить экологически чистые топлива.

3. Охрана окружающей среды. Катализаторы играют центральную роль в снижении вредного воздействия промышленности и транспорта на природу.

• Автомобильные каталитические нейтрализаторы: Устройства в выхлопной системе автомобиля, содержащие катализаторы из платины, палладия и родия. Они превращают токсичные газы (угарный газ CO, оксиды азота $NO_x$ и несгоревшие углеводороды) в безвредные углекислый газ $CO_2$, азот $N_2$ и воду $H_2O$.
• Очистка промышленных выбросов: Каталитические технологии используются для улавливания и нейтрализации вредных веществ в отходящих газах промышленных предприятий.

4. Пищевая промышленность и биотехнологии.

• Гидрогенизация жиров: Превращение жидких растительных масел в твердые жиры (маргарин) с использованием никелевых катализаторов.
• Ферменты (биокатализаторы): Природные катализаторы, обладающие высочайшей селективностью. Они используются в пивоварении, хлебопечении, производстве сыров, а также в создании лекарств и биотоплива.

Экономическое и экологическое значение

С экономической точки зрения катализаторы позволяют:

• Снизить энергозатраты, так как реакции можно проводить при более низких температурах и давлениях.
• Повысить выход целевых продуктов и уменьшить количество отходов благодаря высокой селективности.
• Создавать новые материалы и вещества, получение которых без катализаторов было бы невозможно или нерентабельно.

Экологическая роль катализаторов связана с принципами "зеленой химии". Они помогают минимизировать отходы, сократить выбросы парниковых газов за счет экономии энергии и нейтрализовать загрязняющие вещества. Развитие катализаторов для переработки возобновляемого сырья (биомассы) является одним из ключевых направлений для построения устойчивой экономики будущего.

Ответ: Роль катализаторов в современном производстве является фундаментальной и всеобъемлющей. Они служат основой для подавляющего большинства промышленных химических процессов, от производства удобрений (синтез аммиака) и пластмасс до переработки нефти в высококачественное топливо. Катализаторы позволяют проводить реакции более эффективно: с меньшими затратами энергии, с большим выходом целевого продукта и минимальным количеством отходов. Кроме того, они имеют огромное значение для защиты окружающей среды, обеспечивая очистку выхлопных газов автомобилей и промышленных выбросов. Таким образом, катализ является ключевой технологией, определяющей экономическую эффективность и экологическую безопасность современного индустриального мира.