Когато използвате катализатори, реакционните маршрути се променят. Ефекта на катализаторите за скоростта на химичните реакции
38. Влиянието на катализатора за скоростта на химичните реакции. Причините за влияние на катализатора.
Вещества, които не са последователни в резултат на реакционния поток, но засягат неговата скорост, се наричат \u200b\u200bкатализатори. Катализатори, които намаляват скоростта на реакцията, се наричат \u200b\u200bинхибитори. Нарече влиянието на катализатори за химични реакции катализация . Същността на катализата е, че в присъствието на катализатора пътя се променя, през който общата реакция преминава, други преходни състояния се образуват с други активи за активиране и следователно промени в скоростта химическа реакция. Разграничаване на хомогенна и хетерогенна катализа. При хетерогенна катализа, реакцията протича върху повърхността на катализатора. От това следва, че активността на катализатора зависи от стойностите и свойствата на нейната повърхност. За да има голяма повърхност, катализаторът трябва да има пореста структура или да бъде в силно фрагментирано състояние. Катализаторите се характеризират с селективност: те действат селективно на процесите, като го насочват в определена посока. За забавяне на корозията се използва отрицателна катализа.
39. Реверсивни процеси. Химическо равновесие. Постоянно равновесие.
Реакции, които продължават само в една посока и са завършени от общата трансформация на първоначалните реагенти в крайните вещества, се наричат необратим. 2kclo 3 \u003d 2KCL + 3O 2 . Обратим се наричат \u200b\u200bтакива реакции, които едновременно продължават в две взаимно противоположни посоки. 3h2 + N2 ⇆ 2NH3
Реверсивните реакции продължават до края: нито едно от реагиращите вещества не се изразходват напълно. Реверсивни процеси: първоначално при смесване на изходните материали, скоростта на директна реакция е голяма и скоростта на обратната страна е нула. Тъй като реакцията се осъществява, първоначалните вещества се консумират и техните концентрации падат, в резултат на което скоростта на реакцията се намалява. В същото време, реакционните продукти се появяват, чиято концентрация нараства и съответно скоростта на обратната реакция нараства. Когато скоростта на директна и обратна реакция стане същото, настъпи химическо равновесие. Нарече се динамично равновесие, тъй като директната и обратната реакция протича, но поради същите скорости, промените в системата не са забележими. Количествена характеристика химическо равновесие Обслужва стойността, наречена химическа равновесна константа. В равновесие скоростта на директната и обратната реакция е еднаква, докато системата установява постоянни концентрации на изходните материали и реакционните продукти, наречени равновесни концентрации. За 2co + O 2 \u003d 2CO2, равновесибриумната константа може да бъде изчислена по уравнение: цифровата стойност на равновесната константа при първото приближение характеризира добива на тази реакция. Добивът на реакцията се нарича съотношение на количеството на полученото вещество към това количество, което би довело до реакцията до края. K \u003e\u003e 1 Реакционен добив е страхотен, k<10-6). В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в наиболее подвижной фазе. Катализатор не влияет на константу равновесия. Он может только ускорить наступление равновесия. K=e^(-ΔG/RT).
40. Влиянието на различни фактори за изместване на равновесието. Принципът на Ledgerer.
Ако системата е в равновесие, тя ще остане в нея, докато външните условия бъдат постоянни. Процесът на промяна на всякакви условия, засягащи равновесието, се нарича равновесно изменение.
Принцип le.: Ако на систа. . В равновесие, за да има външно въздействие, след това системата на предателство. Следователно, за да се компенсира това въздействие.
Следствие: 1) с нарастващи температури. Равновесие. В полза на ендотермичната реакция.
2) с увеличаване на налягането, балансът на изместването. към по-малък обем (или по-малко молове)
3) с увеличаване на концентрацията на едно от първоначалните вещества, равновесните смени към повишаване на концентрацията на реакционните продукти и обратно.
Се наричат \u200b\u200bвещества, които участват в реакции и увеличават скоростта му, остават до края на реакцията непроменена, катализатори.
Феноменът на промените в скоростта на реакцията при действието на такива вещества се нарича катализация. Призовават се реакции, протичащи под действието на катализатори катализатна.
В повечето случаи катализаторът се обяснява с факта, че намалява енергията на активиране на реакцията. В присъствието на катализатор реакцията преминава през други междинни етапи, отколкото без него, и тези етапи са енергийно по-достъпни. С други думи, в присъствието на катализатор възникват други активирани комплекси и е необходима по-малка енергия за образуване на образуването им, отколкото да образуват активирани комплекси, възникващи без катализатор. По този начин енергията на активиране намалява: някои молекули, чиято енергия е недостатъчна за активни сблъсъци, сега се оказват активни.
За редица реакции се изследват междинни съединения; Като правило те представляват своите много активни нестабилни продукти.
Механизмът на действие на катализатори е свързан с намаляване на енергията на активиране на реакцията поради образуването на междинни връзки. Катализата може да бъде представена, както следва:
A + k \u003d a ... до
A ... K + B \u003d AV + K,
къде и ... до - междинна активна връзка.
Фигура 13.5 - изображение на реакционния път на некаталита А + В → АВ реакция (крива 1) и хомогенна каталитична реакция (крива 2).
В химическата промишленост катализаторите се прилагат много широко. Под влиянието на реакционните катализатори могат да се ускорят в милиони пъти или повече. В някои случаи, под действието на катализаторите, такива реакции могат да бъдат развълнувани, които без тях при тези условия практически не продължават.
Разграничавам хомогенна и хетерогенна катализация.
Кога хомогенна катализа Катализаторът и реагентите образуват една фаза (газ или разтвор). Кога хетерогенна катализа Катализаторът е в системата под формата на независима фаза.
Примери за хомогенна катализа:
1) окисление SO 2 + 1 / 2O 2 \u003d SO 3 в присъствието на НЕ; Не се окислява лесно до № 2 и № 2 вече се окислява от SO 2;
2) Разлагане на водороден пероксид във воден разтвор на вода и кислород: йони от ДВ2О2 \u003d 7, WO2-4, Mo2-4, катализиране на разграждането на водороден пероксид, образуват междинни съединения с него, което допълнително се разпада с освобождаване на кислород.
Хомогенна катализа се извършва чрез междинни реакции с катализатор и в резултат на това, една реакция с висока реакция на активиране се заменя с няколко, при които енергията на активиране е по-ниска, скоростта им по-горе:
CO + 1 / 2O 2 \u003d CO 2 (катализатор - водни двойки).
Широкото използване в химическата промишленост е хетерогенна катализа. Повечето от продуктите, генерирани от тази индустрия, се получават чрез хетерогенна катализа. При хетерогенна катализа, реакцията протича върху повърхността на катализатора. От това следва, че активността на катализатора зависи от стойностите и свойствата на нейната повърхност. За да има голяма ("разработена") повърхност, катализаторът трябва да има пореста структура или в силно фрагментирано (силно разпръснато) състояние. В практическа употреба катализаторът обикновено се прилага върху носителя, имащ пореста структура (пемза, азбест и т.н.).
Както в случай на хомогенна катализа, с хетерогенна катализа, реакцията тече през активни междинни връзки. Но тук тези съединения са повърхностни съединения на катализатора с реакцията на вещества. Преминаване през няколко етапа, при които са включени тези междинни съединения, реакцията завършва с образуването на крайни продукти и катализаторът не се консумира в резултат на това.
Всички каталитични хетерогенни реакции включват етапите на адсорбция и десорбция.
Каталитичен ефект на повърхността се намалява до два фактора: увеличаване на концентрацията при интерфейса и активиране на адсорбираните молекули.
Примери за хетерогенна катализа:
2H2O \u003d 2H2O + O2 (катализатор - MNO 2,);
Н2 + 1/2 O 2 \u003d Н20 (катализатор - платина).
Катализата в биологичните системи играят много голяма роля. Повечето химични реакции се появяват в храносмилателната система в кръвта и в животинските и човешките клетки са каталитични. Реакция. Катализаторите, наречени в този случай ензими, представляват обикновени или сложни протеини. Така че, слюнката съдържа птичи ензим, който катализира трансформацията на нишесте в захарта. Ензимът съществува в стомаха - пепсин - катализира разделянето на протеините. В човешкото тяло има около 30 000 различни ензими: всяка от тях служи като ефективен катализатор за подходящата реакция.
Катализаторите се наричат \u200b\u200bвещества, способни да ускорят химическата реакция, докато самите катализатори в химическата реакция не се изразходват. Установено е, че катализаторите променят механизма на химическата реакция. В същото време се появяват нови преходни държави, характеризиращи се с по-малка височина на енергийната бариера. Така при действието на катализатора намалява
активиращата енергия на процеса (фиг. 3). При въвеждане на различни видове взаимодействия с междинни частици, катализаторите в края на реакцията остават в постоянно количество. Катализаторите са валидни само за термодинамично разрешени реакции. Катализаторът не може да причини реакцията, защото Не засяга нейните движещи сили. Катализаторът не влияе на константата на химичното равновесие, защото Също така намалява енергията на активиране и директни и обратни реакции.
Фиг.3 Енергийна диаграма на реакцията на + b \u003d AU) без катализатор и б) в присъствието на катализатор. EA - активиране на енергия на некаталитна реакция; EA 1 и EA 2 - енергията на активиране на каталитичната реакция; AK - междинна реактивна катализаторна връзка с един от реагентите; A ... K, AK ... B - Активирани каталитични реакционни комплекси; ... B-активиран комплекс от некаталитна реакция; Δe cat. - намаляване на енергията на активиране под влиянието на катализатора.
Разграничаване на хомогенна и хетерогенна катализа. В първия случай катализаторът е в една фаза с реагенти, а във втория - катализатор е твърдо вещество, на повърхността на която се води химическа реакция между реагентите.
Химическо равновесие
Химичните реакции са обичайни за подразделяне на обратими и необратими. Необратими химически реакции поток, докато едно от първоначалните вещества е пълно, т.е. Реакционни продукти или не влизат в контакт помежду си или образуват вещества, различни от източника. Има много малко такива реакции. Например:
2kslo 3 (tv) \u003d 2kcl (tv) + 3o 2 (g)
В разтвори на електролити реакции, попадащи към образуване на утаяване, газове и слаби електролити (вода, сложни съединения), са практически необратими.
Повечето химични реакции са обратими, т.е. Те отиват както в пряка, така и в обратна посока. Това става възможно, когато активирането на енергиите на директни и обратни процеси се различават незначително и реакционните продукти са способни да се трансформират в първоначалните вещества. Например, реакцията на синтеза обикновено е обратима:
H2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)
Законът на активните маси (експресия на реакцията) за директни и обратни процеси ще бъде разглеждан съответно: \u003d ∙; 
= 2
В един момент във времето държавата се случва, когато ставките на преки и обратни реакции стават равни = (Фиг.4).
Фиг. 4 от променянето на скоростите на прави (и обратното (реакции с времето t
Това състояние се нарича химическо равновесие. Той е динамичен (подвижен) характер и може да се премести в една или другата, в зависимост от промяната във външните условия. Започвайки от момента на равновесието, с постоянни външни условия, концентрацията на изходните материали и реакционните продукти не се променят с течение на времето. Нарича се концентрация на реагенти, които съответстват на състоянието на равновесието равновесие. За да се определи равновесната концентрация на реагента, е необходимо от първоначалната концентрация да изважда количеството на веществото, реагирало до момента на равновесното състояние: От равен. \u003d S. обмяна - от прошагир . Броят на реагентите, които са влезли в реакцията и се образуват от тях по време на равновесието на продуктите, са пропорционални на стехиометричните коефициенти в реакционното уравнение.
Състоянието на равновесието с непроменени външни условия може да съществува произволно за дълго време. В състояние на равновесие
∙ \u003d [2, от / [\u003d 2 / ∙.
При постоянна температура, скоростите постоянни и обратен процес са постоянни стойности.
Съотношението на две константи също е стойността на постоянната K \u003d / и носи името химическа равновесна константа. Тя може да бъде изразена
или чрез концентрацията на реагентите \u003d или чрез частичното им налягане 
Ако реакцията протича с газове.
Като цяло, за AA + BB + ... ⇄CC + DD + ... ... chcc + dd + ..., химичното равновесни константа е равно на съотношението на концентрацията на реакционните продукти към Продукт на концентрациите на изходните вещества в степените, равни на техните стехиометрични коефициенти.
Костата на химичното равновесие не зависи от пътя на потока на процеса и определя дълбочината на потока му до момента на достигане на равновесието. Колкото повече тази стойност, толкова по-голяма е степента на превръщане на реагентите към продуктите.
Константа на химичното равновесие, както и константи на скорост на реакцията, са функции само на температурата и естеството на реагиращите вещества и не зависят от тяхната концентрация.
За хетерогенни процеси, концентрацията на твърди вещества в експресията на скоростта на реакцията и константата на химичното равновесие не се включва, защото Реакцията протича върху повърхността на твърдата фаза, чиято концентрация остава постоянна. Например, за реакция:
Feo (TV) + Co (g) ⇄ fe (tv) + CO 2 (g)
изявлението на равновесието ще разгледа:
До R и K със свързано съотношение К. пс. \u003d К. ° С. (RT) ∆ н. , където \u003d n prod. - Изпълнение - промяна в броя на белите газообразенвещества по време на реакцията. За тази реакция към р \u003d до С, защото -оформените вещества са нулеви.
Защо катализаторите увеличават скоростта на химическа реакция? Оказва се, че те действат в пълно съответствие с мъдростта на хората: "Смарт планина няма да отиде, умната планина ще плава". За да могат веществата да взаимодействат, техните частици (молекули, атоми, йони) трябва да бъдат информирани за определена енергия, наречена активиране на активацията (фиг. 13, а). Катализаторите намаляват тази енергия, свързваща с един от реагентите и провеждането по "енергийната планина" до среща с друго вещество с по-малко енергийни разходи. Следователно, в присъствието на катализатор, химичните реакции продължават не само по-бързо, но и при по-ниска температура, което намалява цената на производствените процеси.
Фиг. 13.
Енергийни диаграми на каталитични реакции, използващи конвенционален (а) и селективен (б) катализатор
И не само. Използването на катализатори може да доведе до факта, че същите вещества ще реагират по различен начин, т.е. с образуването на различни продукти (фиг. 13, б). Например, амонякът се окислява чрез кислород към азот и вода и в присъствието на катализатор - към азотен оксид (II) и вода (запишете ранните за реакцията и обмислете процесите на окисление и възстановяване).
Процесът на промяна на скоростта на химическата реакция или пътя, към който продължава, се нарича катализа. Подобно на реакцията, се различават хомогенните и хетерогенните видове катализа. В случай на използване на катализа ензими се наричат \u200b\u200bензимен. Този тип катализа е известен с човека с дълбока древност. Благодарение на ензимното разделяне на органични вещества, човек е научил печенето на хляб, приготвя бира, прави вино и сирене (фиг. 14).
Фиг. четиринадесет.
Човек с античност използва катализа, който се случва при печене на хляб, готвене бира, производство на вино, производство на сирене
Най-известните в ензимите на ежедневието, които са част от прането на прахове, са най-известни. Това е, които ви позволяват да спасите бельо, когато измивате от петна и неприятна миризма.
Ще се запознаем по-близо с катализатори, използвайки химически експеримент.
Водородният пероксид (при употреба често се нарича водороден пероксид) - лекарството, изисквано във всеки комплект за помощ (фиг. 15).
Фиг. петнадесет.
Разтвор на водороден пероксид
На пакета с това лекарство животът на годност е непременно посочен, тъй като се разлага при съхранение:
Въпреки това, при нормални условия този процес продължава толкова бавно, че не забелязваме освобождаването на кислород и само отваряне на колбата, в която водородният пероксид се съхранява дълго време, може да се види колко малко газ се отличава от него. Как да ускорите този процес? Да нарисуваме лабораторно преживяване.
Лабораторен опит номер 9 Разлагане на водороден пероксид с помощта на манганов оксид (IV)
Лабораторен опит номер 10
Откриване на каталози в хранителни продукти
Катализаторите не само правят по-ефективни производствени процеси, но и допринасят значително за опазването на околната среда. По този начин съвременните автомобили са оборудвани с каталитично устройство, вътре, което има керамични клетъчни катализатори (платина и релацио). Преминавайки през тях, вредни вещества (въглеродни оксиди, азот, незаконния бензин) се превръщат в въглероден диоксид, азот и вода (фиг. 16).
Фиг. шестнадесет.
Каталитичен конвертор на автомобил, превръщане на азотни оксиди на отработените газове в безвреден азот
Въпреки това, не само катализаторите са важни за химични реакции, които ускоряват преминаването на реакцията, но и вещества, които могат да ги забавят. Такива вещества се наричат \u200b\u200bинхибитори. Инхибиторите на метални корозии са най-известни.
Лабораторен опит номер 11
Инхибиране на киселинното взаимодействие с уротропинови метали
В лексикона на обикновен човек думите често се срещат, които са заимствани от химията. Например антиоксиданти или антиоксиданти. Какви са веществата, наречени антиоксиданти? Вероятно сте забелязали, че ако запазите кремавото масло за дълго време, той променя цвета, вкуса, придобива неприятна миризма - окислена във въздуха. Така че храната не се развалят, към тях се добавят антиоксиданти. Те също играят важна роля в запазването на човешкото здраве, защото в тялото му има и нежелани процеси на окисление, в резултат на което човек е болен, бързо се уморява и стареенето. Човешкото тяло получава антиоксиданти, когато ядат продукти, съдържащи, например, каротин (витамин А) и витамин Е (Фиг. 17).
Фиг. 17.
Антиоксиданти: А - р-каротин; Б - Витамин Е
Така че скоростта на химическата реакция може да бъде контролирана като се използват катализатори и инхибитори, промяна в температурата, концентрацията на реакционерите, налягането (за хомогенни газови реакции), областта на контакта на реакционните вещества (за хетерогенни процеси). И разбира се, скоростта на химични реакции зависи от естеството на реагентите.
Нови думи и концепции
- Катализатори.
- Ензими.
- Катализа (хомогенна, хетерогенна, ензимна).
- Инхибитори.
- Антиоксиданти.
Задачи за независима работа
- Какво е катализатори? Каква роля играят химически реакции? Защо катализаторите ускоряват потока от химични реакции?
- Каква роля в историята на човешката цивилизация играе ензимна катализа?
- Подгответе съобщение за ролята на катализатори в съвременното производство.
- Подгответе съобщение за ролята на инхибитори в съвременното производство.
- Подгответе съобщение за ролята на антиоксиданти в медицината и хранителната промишленост.
В класовете на гимназията IX-X концепциите за степен на реакция продължават да образуват влиянието върху скоростта на химическите трансформации на различни фактори, разширяване и задълбочаване на знанията за катализ и катализатори, дават някои идеи за механизма на каталитични явления.
В темата "алкални метали", демонстриране на такива експерименти като натриево взаимодействие с вода и солна киселина, взаимодействие на калий и натрий с вода, учителят подчертава, че една от тези реакции преминават при същите условия по-бързо от други. Например, натрий енергично реагира със солна киселина, отколкото с вода; Калий реагира енергично с вода от натрий. След преживяванията на изгарянето в хлор натрий, мед, антимон, водород, органични вещества, можете да предложите въпроси: "Защо е антимон прах за изгаряне в хлор, а не парчета? Защо е изгаряне на тънък меден проводник в хлор, и дебелия проводник не гори? В тези случаи разликата в взаимодействието на веществата се обяснява или от естеството на самите вещества, така и структурата на атомите или различната повърхност на контакт.
В същата тема, когато запознаете студентите със свойствата на солна киселина, е полезно да се установи защо реакциите между тази киселина и метали (цинк, магнезий) се ускоряват във времето. Ускорението зависи по-специално от факта, че при тези реакции се разграничават голямо количество топлина и с нагревателни вещества се увеличава скоростта на взаимодействие.
При примера на реакцията на взаимодействието на алуминий с йод трябва да се напомня какво е катализатор и да се покаже, че водата може да бъде катализатор. Сместа от йод и алуминиеви прахове се излива в плъзгача на меша и ядене на няколко капки вода. Взаимодействието на вещества под влиянието на водата се ускорява, пламъците мигат. Учителят обръща внимание на факта, че в смес, която не е покрита от порцелановата чаша на мрежата, светкавицата не се случва, но може да се случи след известно време и без вода.
Трябва да се отбележи, че водата ускорява не само взаимодействието на алуминий с йод, но играе каталитична роля в много химически процеси. Много е важно за каталитичния ефект на водата по време на изгарянето на различни газове, използвани в техниката.
При разглеждане на свойствата на водородния пероксид показват, че водороден пероксид е много крехко вещество. Когато се съхраняват в стъклени ястия, бавно се разлага с освобождаване на топлина:
2N 2O 2 \u003d 2N 2O 4 + O 2 + 46 kcal
Учителят предлага на учениците да изброят условията за ускоряване на разлагането на водороден пероксид. Те могат
в този случай, в този случай: 1) нагряване, 2) катализатори, 3) увеличаване на концентрацията на разтвора. Може да се добави, че разграждането на водороден пероксид също е по-бързо в светлината, потвърждавайки този опит върху извънкласните дейности. В два стълба запълване на трипаторите се наливат водороден пероксид, затворете ги с задръствания с газови тръби. Тръби, тествани при преобърнати цилиндри или епруветки, пълни с вода и се спускат в широк съд с вода. Една от ковата обвива черната хартия. Устройства поставят прозореца, осветени от слънцето или осветяват електрическата лампа в 75-100 V. Опитът ще покаже бързото разлагане на водороден пероксид под действието на светлината.
След това учениците в урока се изучават промяната в процента на разлагане на водороден пероксид под действието на катализаторите. За работа, 3-5% разтвор на водороден пероксид, манганов диоксид, концентрирана солна киселина, лъч, фуния, филтърна хартия, са дадени няколко тръби.
Задачи: 1) Проверете дали разграждането на водороден пероксид е в това решение, което се издава? 2) прилагане на манганов диоксид, ускорява реакцията на разграждането на водороден пероксид. 3) да докаже, че в резултат на реакцията манганът диоксид все още не е променил * 4), за да докаже, че манганът диоксид, който вече е използвал като катализатор, отново може да ускори разграждането на водороден пероксид.
* (Проба солна киселина при нагряване.)
След края на независимата работа, учителят показва, че могат да се използват различни катализатори за ускоряване на една и съща химична реакция, че разлагането на неорганично вещество (водороден пероксид) се ускорява от органични катализатори. 3% разтвор на водороден пероксид се излива в малко химическо стъкло, след това в него се поставя малко парче сурово месо. Кислородът е интензивно изолиран от разтвора, тъй като животинските и животинските тъкани съдържат ензимен каталаза. Трябва да се подчертае, че ензимите са отлични ускорители на естествените реакции. Една от важните задачи на химията на бъдещето е изкуствено получаване и прилагане на катализатори в индустрията, което ще прилича на ензими в техния състав и каталитични свойства.
За да се обясни защо разграждането на водороден пероксид е по-бързо, когато се съхранява в стъклария, те извършват опит. В три епруветки се излива разтвор на водороден пероксид, към един от тях се прибавя разтвор на сярна киселина, към друга - каустична сода, третата е оставена за сравнение (контролен разтвор). Всички три решения се нагряват (не до кипене). Кислородът от тръбата с разтвори на водороден пероксид и каустик сода ще бъде много осветено, по-малко силно - от епруветката с контролен разтвор. В присъствието на сярна киселина (водородни йони) водороден пероксид не се разлага. Иони той катализира процеса на разлагане на водороден пероксид, следователно в стъклени ястия, чиито стени се изолират в разтвора на хидроксилни йони, водороден пероксид лесно се разлага.
Консолидацията и развитието на знания за скоростта на химическата реакция продължава допълнително. Течащата смес от сяра и кислороден диоксид през нагрята стъкло без катализаторна тръба, учителят показва, че образуването на сярна анхидрид при тези условия не е забележим и моли учениците как да ускорят взаимодействието на газовете. В разговора се оказва, че такива техники за ускоряване на реакциите като увеличаване на концентрациите на реагентите, увеличаване на температурата, без използване на катализатора, не дават необходимите резултати. Реакцията на окисление на сярния анхидрид в сярата обратима:
2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,
и увеличаването на температурата ускорява по-разлагане на сяра анхидрид, отколкото нейното образование.
Проверете дали железен оксид ще бъде катализатор за окислителната реакция на серния газ. При демонстриране на контактното окисление на сярания газ в сярния анхидрид в присъствието на железен оксид се наблюдава получаване на сярна, пушенето на анхидрид във въздуха. След това се установява, че в резултат на реакцията железен оксид не се променя химически. За това те повтарят опита на контактното окисление на серния газ в сярна анхидрид със същата част от железен оксид. Отбелязва се, че могат да се използват различни катализатори за ускоряване на окисляването на серен газ. В допълнение към железен оксид, платина е използвана в химическата промишленост, а сега се използва Vanadium V 2 O 5 *.
* (Понастоящемният катализатор на ванадий има комплексна композиция (виж: D. A. Epstein. Учител по химия за Кимската технология, M., Издателска къща на APN RSFSR, 1961).)
Важно е също така да се подчертаят свойствата на катализатора, ускорявайки реакцията, без да се засяга нейната инверсия: окислителната реакция на сярния анхидрид в сярата и в случай на използване на катализатора остава обратим.
При изучаване на метода за контакт за производство на сярна киселина е необходимо да се обмисли използването на ролки в индустрията. Без катализатор бързото получаване на големи количества от анхидрид на сяра би било невъзможно, но приложението му води до някои допълнителни изисквания за условията на процеса. Факт е, че примесите към реагентните вещества неблагоприятно влияят на катализатора. Катализаторът на ванадиите действа негативно, както казват, "отравяне", арсен триоксид. Следователно е необходимо внимателно почистване на реагиращите газове от примеси.
Ако учениците имат въпрос, поради който се появява отравяне катализаторът, учителят първо обяснява ефекта си, използвайки теорията на образованието за междинните съединения и след това разглежда отравящия ефект на примесите.
Ускоряването на реакциите с помощта на катализатор се дължи на факта, че образува крехки съединения с изходните вещества и след това пуснато в свободна форма. Тези реакции вървят много по-бързо от реакцията на взаимодействието на серния газ с кислород. Ако има примеси в газовата смес, влизане в катализатора в необратими реакции, после се случва отравяне. Въпреки внимателното пречистване на газовете, активността на катализатора, използвана при производството на сярна киселина във времето, намалява. "Стареенето" е причинено не само от постепенно отравяне, но и дълго отопление и механично унищожение, което променя състоянието на повърхността на катализатора. В катализираната реакция не се включва цялата повърхност на катализатора, но само отделените секции са активни центрове, а броят на тези центрове с "стареене" намалява.
В предишния раздел се разглобява, както в светлината на теорията на структурата на атомите, е необходимо да се обяснят проучването на ефекта на енергията на възбуждане на химическа реакция. Това ще позволи да се реши въпроса защо химичните реакции се ускорят при нагряване. Учениците знаят, че с нарастваща температура в веществата, броят на активните молекули се увеличава, скоростта на движение на молекулите и броя на техните срещи на единица време се увеличава. В атомите на активни молекули електроните се преместват на по-високи енергийни нива, такива молекули са нестабилни и по-лесни могат да реагират с молекулите на други вещества.
Теорията за електролитна дисоциация дава възможност да се обясни защо реакциите между разтворите на киселини, соли и бази се срещат почти мигновено. В рампите на тези вещества вече има активни частици - противоположно заредени йони. Следователно, реакциите между водните разтвори на киселини, соли и бази продължават много бързо и се различават значително от реакциите между същите вещества, но се приемат в суха форма.
Стартиране на урок за "скоростта на химическата реакция", учителят припомня, че химичните реакции могат да отидат при различни скорости, изследването на условията, които влияят върху него, е от голямо практическо значение.
Как мога да измерим скоростта на химическата реакция?
Учениците вече знаят, че скоростта на химическа трансформация може да бъде оценена по количеството вещество, което е влязло в реакцията или получено за определено време, че скоростта на механичното движение се измерва от организма, което тялото преминава на единица време; За да се изчисли тази скорост, използвайте формулата
където v е скорост, s - път и t - време.
Като се има предвид това, учениците се записват по аналогия с формулата за изчисляване на скоростта на химическата реакция.
където m е количеството вещество, което е влязло в реакцията или произтичаща до Т.
Разгледайте каква липса на тази формула. Оказва се, че когато се използва, изчислената скорост на реакция ще бъде различна дори в две части от едно и също вещество, взето при същите условия.
Да предположим, че 15 g вещество се разлагат в кораба във всяка секунда. Оказва се, че когато е въведен в този съд, дял, който разделя веществото в нея на две части по отношение на 1: 2, в първата (по-малка) част от реакцията ще продължи със скорост 5 g / s, и във втория - 10 g / s.
За изчисляната скорост, характеризираща се от самата реакция, а не как се приема количеството на изходния материал, е необходимо да се вземе предвид промяната в масата на реакционното вещество, присвоен на обема, т.е. промяната в концентрацията, реагираща субстанция. Следователно скоростта на химична реакция може да бъде изчислена във формулата:
v \u003d C 0 -C T / T
където С 0 е първоначалната концентрация на някои от реакционните вещества, в Т е концентрацията на същото вещество след секунди. При изчисляване на скоростта, концентрацията обикновено се изразява в мола на литър и време за секунди.
На този урок обърнете внимание на най-важните начини за ускоряване на химичните реакции. За тази цел се извършва лабораторно преживяване, което показва, че скоростта на химическата реакция зависи от концентрацията на реагиране на вещества.
За опит се използва следното оборудване, следното оборудване: 1) статив с три епруветки, в една от които е кристален от йодид натрий или йодид калий (стойност от 2 - 3 щифта), в друга - a разтвор на хлорно желязо, а третото - празно; 2) колба или стъкло с вода; 3) две идентични стъклени тръби; 4) Стъклена пръчка.
Учителят предлага на учениците да се подготвят за опит: 1) Излейте към йодидната вода натрий, така че 1/2 от епруветките за изпитване на разтвора се образуват и смесват течната кост с пръчка, 2) до глазура 1/3 от получения разтвор Друга тръба, 3) добавете към другата тръба за изпитване на водния разтвор, така че обемите на разтворите на йодид натрий (или йодид калий) в епруветките са едни и същи.
Учителят задава въпроси, за да проверят как учениците разбират инструкциите:
1) Колко пъти разтворът на йодид натрий се разрежда във втората епруветка?
2) Колко пъти е концентрацията на сол в първия pro-tag повече, отколкото във втория?
Отбелязва се, че концентрацията на една от решенията два пъти концентрацията на другата. След това, в две подготвени разтвори, хлорно желязо реагира с йодид натрий, който идва с осветяващ йод:
2nai + 2Fecl 3 \u003d 2nacl + 2Fecl 2 + I 2,
2i - + 2FE 3+ \u003d 2FE 2+ + I 2.
Студентите решават коя епруветка скоростта на взаимодействието на солите е по-голяма и с това, което може да се прецени знакът на това. Предположението се проверява чрез опит.
И в двата тестови епруветки с разтвори на йодид натрий (или йодид калий), първо се излива същия брой нишестени гуми (1-2 ml), а след това след разбъркване, няколко капки от 5-10% разтвор на хлор желязо. Разтворът на хлор желязото е желателно да излее двете тестови тръби по едно и също време. Синият цвят се появява по-скоро в тръбата с разтвор на по-голяма концентрация. В тази епруветка, където концентрацията на разтвора е по-голяма, йоната йод е по-често срещана с йоните на тривалентното желязо и следователно по-често влизане във взаимодействие - реакцията продължава по-бързо.
Учителят показва изгарянето на сяра във въздуха и пита въпроса как да се ускори тази реакция. Учениците предлагат да поставят изгаряне на сяра в кислород и да изпълняват това преживяване. Въз основа на анализа на експериментите се извършва общо заключение: честотата на химичната реакция зависи от концентрацията на реакцията на вещества (върху броя йони или молекули на единица сила).
Преместване на въпроса за ефекта върху скоростта на химична реакция на повърхността на реагентните вещества. Студентите припомнят реакцията с разбъркване и смилане на реагентните вещества: триене на сместа от амоняк с коси вар, взаимодействие на малки парчета мрамор или цинк със солна киселина, изгаряне на прашно гориво в дюзите, използването на Натрошени руди в топенето на метали и сяра сяра при получаване на сярна киселина. Условията за калциниране при производството на сярна киселина се разглеждат по-подробно. За производството на сяра газ се използва натрошеният cchedan, тъй като той изгаря по-бързо от Цчедан, взет на големи парчета. Особено бързо е изгарянето на прахословия Цче, ако е изхвърлен с ток на въздух от дюзата, както и когато го изгаря в кипящ слой, когато влезе цялата повърхност на резените на каретата на Цведан контакт с въздуха.
Трябва да се има предвид, че химичните реакции със силно натрошени горими вещества могат да бъдат придружени от експлозия. Имаше например експлозии на захарни прах върху растенията, произвеждащи захар.
Сключва се, че по-силното твърдо вещество се натрошава, толкова по-голяма е скоростта на химическата реакция, в която участва.
След това разглобете ефекта на температурата върху скоростта на химическа реакция. В тръбата с 1/4 от хипосулфатния разтвор, същото количество разтвор на сярна киселина се прилепва; Успоредно с този експеримент се нагряват разтвори за хипосулфит и сярна киселина:
Na2S 2 O 3 + H2S04 \u003d Na2S04 + Н20 + SO2 + S ↓
Отбелязано е време за замъглеляване на решенията. Учителят казва, че с повишаване на температурата с 10 ° C, скоростта на повечето реакции се увеличава с 2-3 пъти.
Въз основа на придобитите знания, учениците предоставят възможност да обяснят ускорението на химичните реакции при нагряване на вещества.
В този урок не е необходимо да се демонстрира опитът на каталитичните ефекти на веществата, тъй като учениците запознават с него върху примерите за реакцията на декомпозицията на водороден пероксид и окисляването на серния газ. Те изброяват известните от тях каталитични реакции, дават дефиниции за катализа и катализатор.
За да осигурите знания в този урок, въпросът предлага:
- Какво зависи от скоростта на химическата реакция? Дай примери.
- При какви условия скоростта на химическата реакция се увеличава?
- Както и в светлината на теорията на електролитна дисоциация, може да се обясни, че освобождаването на водород в взаимодействието на цинка с оцетна киселина се среща значително по-бавно, отколкото когато цинкът взаимодейства със солна киселина?
- Какви методи могат да бъдат ускорени чрез реакцията на реакцията на цинк със солна киселина?
- Защо лъчистата флашъри мига в кислород?
- Издадени са две тестови тръби, в които е бавно взаимодействие на въглероден диоксид със солна киселина. Опитайте се да ускорите химическата реакция във всяка от тръбите, използвайки различни техники.
- Защо скоростта на химична реакция се увеличава с нарастваща температура?
- Какви методи за ускоряване на химичните реакции се използват при производството на сярна киселина?
- Списък на кои химични реакции, известни на вас, се ускоряват от катализатори.
Когато изучавате реакцията на синтеза на амоняка, учениците отново се срещат с помощта на катализатор и заедно с консолидацията на преди това получена информация за катализата и катализатора, това знание може да бъде донякъде развито.
Учителят обръща внимание на факта, че и двете реакции са синтез на амоняк и неговото разлагане върху азот и водород в присъствието на един и същ катализатор - намалено желязо, ускорявайки до една и съща пряка и обратна реакция. Следователно катализаторът не измества химичното равновесие, но само допринася за по-бързото постижение на това състояние. За да проверите разбирането на тази ситуация, учителят ги задава въпроси:
- Възможно ли е да се произведе амоняк от смес от азот и водород под високо налягане и при нагряване, но без катализатор? Защо?
- Реакцията на синтеза на амоняк ускорява нагряването и катализатора. Каква е разликата във влиянието на тези условия за химическо равновесие?
Запознат съм с ученици с синтез на амоняк в производството, учителят показва, че катализаторът бързо губи своята активност, ако газовете (водород и азот) няма да бъдат предварително освободени от примеси. В този процес ефектът на отравяне се превръща в кислород, водна пара, въглероден оксид, сероводород и други серни съединения.
Както в случая на каталитичното окисление на серен диоксид в триo-Poys, по време на синтеза на амоняк, катализаторът има ускорения ефект само при някои температурни граници. При температури над 600 ° C намалява своята каталитична активност.
При примера на синтеза на амоняк може да се обмисли механизмът на операцията на катализатора. Отбелязва се, че железен нитрид е оформен на повърхността на железния катализатор:
Водород реагира с нитрид, той се оказва амоняк:
FEN 2 + 3H2 → FE + 2NH3.
След това процесът се повтаря.
Реакцията на образуването на железен нитрид и неговото взаимодействие с водород вървят много бързо.
В изследването на реакциите на амоняк, след демонстрация на експерименти с амоняк в кислород и каталитично окисление на амоняк, вниманието на учениците изглежда, че изходните материали в два тези случаи са взети самостоятелно, но в зависимост от условията (използване на катализатор), получени различни продукти .
Окислението на амоняк може да стигне до образуването на различни вещества по уравнения: \\ t
4НХ 3 + 3О 2 \u003d 2N 2 + 6H20;
4NH 3 + 4O2 \u003d 2N 2O + 6H20;
4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H2O.
Катализаторът - платина ускорява само последната от тези реакции. Следователно, като използвате катализатор, можете да насочите взаимодействието на амоняк и кислород в желаната страна. Това се използва в химичното производство при производството на азотна киселина.
Формирането в концепцията на IX клас на химическо производство е от големи възможности за запознаване на учениците с практически контрол на химичните реакции в химически заводи.
Въз основа на обобщаването на познанията за изучаваното преди това производство (сол, сярна, азотна киселини, амоняк), учителят образува концепцията за най-добрите условия за провеждане на химични реакции в производството: използването на оптимални температури, увеличаване на концентрацията на реакцията на вещества , увеличаване на повърхността на контакта на реагиращите вещества, използването на катализатори. След това, за да се идентифицират обстоятелствата, които ограничават използването на всяко състояние, въпросът е зададен на въпроса: "Възможно ли е да се ускорят химичните реакции, за да се получи температура за увеличаване на температурата?" Установено е, че силното отопление може да премести химичното равновесие в нежелана страна и в случай на използване на катализатора, да намали дейността му. Като се има предвид това, не максимално, но оптималните температури се използват в производството.
На същото място се разглобяват и други условия за провеждане на химични реакции в производството.
Изследването на нов действителен материал в класовете по химия в IX-X се използва за по-нататъшно консолидиране на знанията за скоростта на химическата реакция.
При изучаването на имотите на белия фосфор, учителят казва, че белият фосфор светят в тъмното, показва бавно окисление на него във въздуха. След това се разглеждат при какви условия окисляването на белия фосфор може да бъде ускорено. Отопление, фрагментация на фосфор, използването на кислород е наистина ускоряващо фосфорно окисление, причинявайки неговата светкавица.
Познаването на методите за ускоряване на учениците от химически процеси се използват за предсказване на условията за образуване на суперфосфат. Те казват, че реакцията между третичния калциев фосфат и сярната киселина може да се ускори при нагряване, смилане на калциевия фосфат, разбъркване, увеличаване на концентрацията на сярна киселина. Учителят, обобщавайки каза, добавя това в
това производство действително се използва, но за тази употреба топлината, пусната в самата реакция, когато нарязан третичен калциев фосфат се разбърква внимателно със сярна киселина.
Като проучване на органични вещества, учениците се срещат с много много процеси, които са снабдени с участието на катализатори, като приготвянето на авиационен бензин, каучук, ароматни въглеводороди.
Възможно е да се обмисли ролята на сярна киселина по време на етиленов хидратация. В присъствието на сярна киселина, вместо бавно функционираща реакция на вода до етилен (С2Н4 + Н20 → С2Н5), един след друг метод: 1) сярна киселина се присъединява към етилен, образуващ серен етер:
2) Сергенният етер се отхвърля до образуването на етилов алкохол и сярна киселина.
След дестилирането на алкохола, сярна киселина се оказва в същото количество, но участва в образуването на междинен продукт. Други примери за каталитично действие на сярна киселина (етилен и етил етил алкохол етилтил етил етилов естер) се изследват независимо при домашна работа.
Същите вещества при същия катализатор при същия катализатор, но при различни температури реагират на образуването на различни продукти. Това трябва да се подчертае, когато се запознае със свойствата на алкохолите.
Взаимодействието на въглероден оксид с водород показва, че прилагането на различни катализатори, от същите вещества, можете да получите различни органични продукти. Това взаимодействие може да отиде с образуването на метилов алкохол, въглеводороди или по-високи алкохоли. Желаната посока на взаимодействието на веществата се постига поради използването на такъв катализатор, който ускорява подходящата реакция, но не влияе значително на другите. За ускоряване на реакцията на образуването на метилов алкохол, като катализатор се използва смес от хромови оксиди с цинков оксид.
След изучаване на въглеводороди и органични съединения, съдържащи кислород, за да обобщи знанията на учениците, те предлагат задача за независима работа в клас или у дома: да избират от такъв учебник всички случаи на каталитични реакции и всеки ученик се дава само такава част от учебника, който може да прегледа в определеното време.
Разширяване на промишлени методи за производство на органични вещества, полезно е да се обърне внимание на учениците на факта, че същите техники, които се използват при производството на неорганични реакции, се използват за контрол на химическата реакция.
