Номер 1, страница 69 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

7. Кислород, сера и их соединения. Домашний эксперимент - номер 1, страница 69.

Условие.

Домашний эксперимент

1. Каталитическое разложение пероксида водорода

Один из способов получения кислорода — разложение пероксида водорода. Это вещество, раствор которого наверняка есть у вас в домашней аптечке под названием «перекись водорода». Реакция разложения пероксида водорода протекает самопроизвольно, хотя и довольно медленно. Обратите внимание на небольшой срок хранения перекиси и проверьте, не пора ли вам заменить этот препарат в аптечке. Все мы знаем, что реакция разложения пероксида водорода ускоряется, как только раствор попадёт на небольшую ранку или в ротовую полость. Причиной бурного протекания реакции является фермент каталаза, который катализирует разложение перекиси. Именно на этом и основано применение раствора пероксида водорода — образующийся при разложении перекиси кислород в момент выделения обладает сильными бактерицидными свойствами, обеззараживая рану. Фермент каталаза есть не только в крови, поэтому при проведении нашего эксперимента никто не пострадает. Добавьте примерно равные небольшие количества раствора пероксида водорода из домашней аптечки к продуктам, перечисленным в таблице. Понаблюдайте за ходом реакции и сделайте вывод о присутствии каталазы в этих продуктах. При желании можете проверить на наличие каталазы и другие продукты. Заполните в тетради таблицу.

Продукт

Наблюдения после добавления раствора $H_2O_2$

Вывод о наличии каталазы в продукте

Сырой картофель

Варёный картофель

Сырое мясо

Варёное мясо

Запишите уравнение реакции разложения пероксида водорода. Какие ещё факторы и вещества ускоряют данную реакцию? Постарайтесь объяснить наличие и (или) отсутствие каталазы в исследуемых продуктах.

Решение.

Решение 2.

Решение

Заполненная таблица с результатами эксперимента:

Продукт	Наблюдения после добавления раствора H₂O₂	Вывод о наличии каталазы в продукте
Сырой картофель	Наблюдается активное выделение пузырьков газа (вспенивание).	Каталаза присутствует и активна.
Варёный картофель	Реакция практически отсутствует, видимого выделения газа нет.	Каталаза денатурирована (разрушена) при варке.
Сырое мясо	Наблюдается очень бурная реакция с обильным выделением пены.	Каталаза присутствует в высокой концентрации.
Варёное мясо	Видимых признаков реакции нет.	Каталаза денатурирована при термической обработке.

Ответ: В сыром картофеле и сыром мясе наблюдается бурное выделение газа, что свидетельствует о наличии активной каталазы. В варёных продуктах реакция не идет, так как каталаза разрушена (денатурирована) при нагревании.

Запишите уравнение реакции разложения пероксида водорода.

Реакция разложения пероксида водорода ($H_2O_2$) на воду ($H_2O$) и кислород ($O_2$), которая катализируется (ускоряется) ферментом каталазой, описывается следующим химическим уравнением:

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

Стрелка вверх (↑) указывает на то, что кислород выделяется в виде газа.

Ответ: $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$. Катализатором в живых организмах выступает фермент каталаза.

Какие ещё факторы и вещества ускоряют данную реакцию?

Реакцию разложения пероксида водорода могут ускорять различные факторы и вещества:

• Вещества-катализаторы: Помимо биологических катализаторов (ферментов), реакцию ускоряют и неорганические вещества. Наиболее известный пример — оксид марганца(IV) ($MnO_2$). Также катализаторами могут служить иодид калия ($KI$), соли железа(III), металлическая платина ($Pt$) и серебро ($Ag$).
• Повышение температуры: Как и для большинства химических реакций, увеличение температуры приводит к росту скорости разложения $H_2O_2$. Однако в случае ферментативной реакции (с каталазой) есть температурный оптимум, выше которого фермент разрушается.
• Свет: Световое излучение, особенно в ультрафиолетовом диапазоне, способствует разложению пероксида. По этой причине его хранят в бутылках из тёмного или непрозрачного материала.
• Увеличение площади поверхности контакта: Для твердых катализаторов (например, измельченный картофель или порошок $MnO_2$) увеличение площади соприкосновения с раствором $H_2O_2$ значительно ускоряет реакцию.
• Изменение pH среды: Активность ферментов, таких как каталаза, зависит от кислотности (pH) среды. Для каталазы человека и животных оптимальное значение pH близко к нейтральному (≈7).

Ответ: Реакцию ускоряют: 1) неорганические катализаторы (например, $MnO_2$); 2) повышение температуры; 3) свет; 4) увеличение площади поверхности катализатора; 5) создание оптимального pH для фермента.

Постарайтесь объяснить наличие и (или) отсутствие каталазы в исследуемых продуктах.

Наличие или отсутствие активной каталазы в продуктах напрямую связано с их биологической природой и предварительной обработкой.

• Наличие в сырых продуктах: Каталаза — это фермент, содержащийся в живых клетках растений и животных. Его биологическая роль — защита клетки от повреждения пероксидом водорода, который является токсичным побочным продуктом клеточного дыхания. Поэтому в живых тканях (сырой картофель, сырое мясо) каталаза присутствует и активна.
• Отсутствие в варёных продуктах: Каталаза, как и все ферменты, по своей химической природе является белком со сложной трехмерной структурой. Эта структура определяет его каталитическую активность. При высокой температуре (например, при варке) происходит необратимый процесс денатурации — разрушение этой уникальной структуры. Денатурированный белок теряет свои биологические функции. По этой причине в варёном картофеле и варёном мясе каталаза неактивна, и реакция разложения пероксида водорода не наблюдается.

Ответ: В сырых продуктах содержится активный фермент каталаза, который является естественным компонентом живых клеток. При термической обработке (варке) происходит денатурация (разрушение) белка каталазы, и он теряет свою каталитическую активность, поэтому в варёных продуктах реакция не идёт.