Номер 2, страница 12 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 1. Классификация химических реакций. Параграф 3. Скорость химических реакций. Вопросы в начале параграфа - номер 2, страница 12.

Условие.

● Приведите примеры каталитических реакций.

Решение.

Решение 2.

Каталитические реакции — это химические реакции, скорость которых изменяется под действием катализаторов. Катализатор — это вещество, которое участвует в реакции, изменяя ее путь и скорость, но по окончании реакции остается химически неизменным и в том же количестве. Примеры таких реакций широко встречаются в промышленности, природе и лабораторной практике.

1. Промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша)

Это один из важнейших промышленных процессов, используемый для производства аммиака, который является основой для азотных удобрений. Реакция синтеза аммиака из азота и водорода является обратимой и протекает при высоких температуре ($400-500$ °C) и давлении ($15-25$ МПа) с использованием катализатора.

Уравнение реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \overset{Fe, t, p}{\rightleftharpoons} 2NH_3(г)$

Катализатор: Пористое железо (Fe) с добавками оксидов калия ($K_2O$) и алюминия ($Al_2O_3$) в качестве промоторов (веществ, усиливающих действие катализатора).

Ответ: Процесс Габера-Боша — синтез аммиака из азота и водорода с использованием железного катализатора.

2. Окисление диоксида серы в производстве серной кислоты (контактный способ)

Ключевой стадией в производстве серной кислоты является каталитическое окисление диоксида серы ($SO_2$) кислородом воздуха в триоксид серы ($SO_3$).

Уравнение реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \overset{V_2O_5, t}{\rightleftharpoons} 2SO_3(г)$

Катализатор: Оксид ванадия(V) ($V_2O_5$), нанесенный на пористый носитель (например, силикагель).

Ответ: Контактный способ получения серной кислоты, где окисление $SO_2$ до $SO_3$ катализируется оксидом ванадия(V).

3. Разложение пероксида водорода

Классический пример, часто демонстрируемый в школьных лабораториях. Пероксид водорода ($H_2O_2$) самопроизвольно разлагается на воду и кислород, но очень медленно. Добавление катализатора значительно ускоряет этот процесс, вызывая бурное выделение газа.

Уравнение реакции: $2H_2O_2(водн.) \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O(ж) + O_2(г)$

Катализатор: Оксид марганца(IV) ($MnO_2$). Также в качестве катализатора могут выступать ионы железа или фермент каталаза, содержащийся в живых клетках (например, в сыром картофеле, крови или дрожжах).

Ответ: Разложение пероксида водорода на воду и кислород в присутствии катализатора, например, оксида марганца(IV).

4. Гидрирование (гидрогенизация) растительных масел

Этот процесс используется в пищевой промышленности для превращения жидких растительных масел (содержащих остатки ненасыщенных жирных кислот) в твердые жиры (маргарин) путем присоединения водорода по двойным связям в углеводородных цепях.

Схематическая реакция: Ненасыщенный жир + $H_2 \xrightarrow{Ni, t, p}$ Насыщенный жир

Катализатор: Мелкодисперсный никель (Ni), а также платина (Pt) или палладий (Pd).

Ответ: Гидрирование растительных масел для получения маргарина с использованием никелевого катализатора.

5. Работа каталитических нейтрализаторов в автомобилях

Автомобильные каталитические нейтрализаторы предназначены для снижения токсичности выхлопных газов. Они ускоряют реакции превращения вредных веществ, таких как угарный газ (CO), оксиды азота (NOx) и несгоревшие углеводороды, в менее вредные соединения.

Примеры реакций:

• Окисление угарного газа: $2CO + O_2 \xrightarrow{Pt, Pd} 2CO_2$
• Восстановление оксидов азота: $2NO_x \xrightarrow{Rh} N_2 + xO_2$
• Реакция угарного газа с оксидами азота: $2NO + 2CO \xrightarrow{Pt, Rh} N_2 + 2CO_2$

Катализаторы: Благородные металлы — платина (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh), — нанесенные на керамическую сотовую структуру для увеличения площади поверхности контакта.

Ответ: Превращение токсичных выхлопных газов (CO, NOx) в безвредные ($CO_2$, $N_2$) в автомобильных каталитических нейтрализаторах с использованием платины, палладия и родия.

6. Ферментативные реакции в живых организмах

Практически все биохимические процессы в живых организмах являются каталитическими. Роль высокоэффективных и селективных катализаторов выполняют ферменты (энзимы) — белковые молекулы. Например, фермент каталаза, присутствующий почти во всех аэробных организмах, катализирует разложение токсичного пероксида водорода, образующегося в ходе метаболизма.

Уравнение реакции: $2H_2O_2 \xrightarrow{каталаза} 2H_2O + O_2$

Еще один пример — расщепление крахмала до глюкозы в ротовой полости под действием фермента амилазы, содержащегося в слюне.

Ответ: Биохимические реакции в живых организмах, катализируемые ферментами, например, расщепление пероксида водорода ферментом каталазой или гидролиз крахмала амилазой.