Страница 35 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 9. Разложение пероксида водорода с помощью оксида марганца (IV)

Налейте в пробирку 3–4 мл раствора пероксида водорода. Отверстием стеклянной трубочки наберите немного порошка оксида марганца (IV), осторожно высыпьте его в пробирку. Что наблюдаете? Внесите в верхнюю часть пробирки тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Дайте характеристику проделанной реакции по всем известным вам признакам классификации химических реакций. Какой катализ вы наблюдали в ходе этого эксперимента?

Что наблюдаете? (при добавлении оксида марганца (IV))

При добавлении черного порошка оксида марганца (IV), $MnO_2$, к бесцветному раствору пероксида водорода, $H_2O_2$, начинается бурная реакция. Жидкость в пробирке "вскипает" из-за интенсивного выделения пузырьков газа. Сам порошок оксида марганца (IV) не растворяется и остается на дне. Пробирка может незначительно нагреться, что указывает на выделение тепла в ходе реакции.

Ответ: Наблюдается бурное выделение газа (вспенивание) из раствора.

Что наблюдаете? (при внесении тлеющей лучинки)

Если внести тлеющую лучинку в верхнюю часть пробирки, где скапливается выделяющийся газ, лучинка ярко вспыхивает и загорается. Это качественный тест, доказывающий, что выделяющийся газ — кислород, так как кислород активно поддерживает горение.

Ответ: Тлеющая лучинка, внесенная в пробирку, ярко вспыхивает.

Дайте характеристику проделанной реакции по всем известным вам признакам классификации химических реакций.

Уравнение реакции разложения пероксида водорода: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$. Характеристика реакции по различным признакам классификации:

• По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции: это реакция разложения, так как из одного сложного вещества (пероксид водорода) образуются два более простых вещества (вода и кислород).
• По изменению степеней окисления химических элементов: это окислительно-восстановительная реакция (ОВР). Атом кислорода, имевший в пероксиде водорода ($H_2\stackrel{-1}{O}_2$) степень окисления -1, одновременно и понижает ее до -2 в воде ($H_2\stackrel{-2}{O}$), и повышает до 0 в молекулярном кислороде ($\stackrel{0}{O}_2$). Такая ОВР, в которой один элемент является и окислителем, и восстановителем, называется реакцией диспропорционирования.
• По участию катализатора: это каталитическая реакция, поскольку оксид марганца (IV) значительно ускоряет реакцию, но сам в ней не расходуется.
• По тепловому эффекту: это экзотермическая реакция, так как она протекает с выделением теплоты ($ \Delta H < 0 $).
• По обратимости: это необратимая реакция, так как один из продуктов (газообразный кислород) покидает сферу реакции, что делает обратный процесс невозможным в данных условиях.

Ответ: Реакция является: разложения, окислительно-восстановительной (диспропорционирования), каталитической, экзотермической, необратимой.

Какой катализ вы наблюдали в ходе этого эксперимента?

Катализ классифицируют в зависимости от агрегатного состояния (фазы) катализатора и реагентов. В данном эксперименте реагент — пероксид водорода — находится в жидкой фазе (водный раствор). Катализатор — оксид марганца (IV) — является твердым веществом. Поскольку катализатор и реагент находятся в разных фазах (твердое тело и жидкость), такой катализ называется гетерогенным.

Ответ: В ходе эксперимента наблюдался гетерогенный катализ.

Лабораторный опыт № 10. Обнаружение каталазы в пищевых продуктах

Исследуем некоторые пищевые продукты на наличие в них фермента каталазы (эксперимент лучше выполнять в группе). В шесть пробирок налейте по 3–4 мл раствора пероксида водорода и поместите в них кусочки: сырого и варёного картофеля, сыра, дрожжей, сырой и варёной печени. Почему в одних случаях наблюдалось выделение кислорода, а в других — нет? Если в пробирку с раствором пероксида водорода добавить несколько капель свежеполученного морковного или картофельного сока, то наблюдается характерное вскипание из-за выделяющегося кислорода. Какой вид катализа вы наблюдали в ходе этого эксперимента?

Почему в одних случаях наблюдалось выделение кислорода, а в других — нет?

Выделение кислорода в ходе эксперимента является признаком протекания химической реакции разложения пероксида водорода ($H_2O_2$). Эта реакция значительно ускоряется в присутствии специального биологического катализатора — фермента каталазы. Реакция выглядит следующим образом:

$2H_2O_2 \xrightarrow{каталаза} 2H_2O + O_2 \uparrow$

Фермент каталаза содержится в клетках многих живых организмов. Поэтому выделение кислорода наблюдалось в тех пробирках, куда помещали продукты, содержащие активную каталазу:

• Сырой картофель и сырая печень: их клетки содержат большое количество каталазы.
• Дрожжи: это живые микроорганизмы (грибы), которые также содержат данный фермент.
• Сыр: продукт, в производстве которого участвуют микроорганизмы, содержащие каталазу.
• Свежеполученный морковный или картофельный сок: сок, полученный из сырых овощей, содержит активный фермент из разрушенных клеток.

В случаях с варёным картофелем и варёной печенью выделения кислорода не наблюдалось. Каталаза, как и большинство ферментов, является белком. При высокой температуре (во время варки) происходит процесс денатурации — необратимое разрушение сложной пространственной структуры белка. В результате денатурации фермент теряет свою каталитическую активность и больше не может ускорять реакцию разложения пероксида водорода.

Ответ: Выделение кислорода наблюдалось в продуктах, содержащих активный фермент каталазу (сырой картофель, сырая печень, дрожжи, сыр), так как он катализирует разложение пероксида водорода. В варёных продуктах каталаза была разрушена (денатурирована) высокой температурой и потеряла свою активность, поэтому реакция не шла.

Какой вид катализа вы наблюдали в ходе этого эксперимента?

В данном эксперименте катализатором выступает фермент каталаза — вещество биологического происхождения (белок), которое ускоряет химическую реакцию. Катализ, осуществляемый при помощи ферментов, является особым видом и носит название ферментативный катализ (или энзиматический катализ). Он является основой всех биохимических процессов в живых организмах и отличается чрезвычайно высокой скоростью и специфичностью действия.

Ответ: В ходе эксперимента наблюдался ферментативный катализ.