هنگامی که از کاتالیزور استفاده می شود ، مسیر واکنش تغییر می کند. تاثیر کاتالیزورها بر میزان واکنشهای شیمیایی
38. تأثیر کاتالیزور بر سرعت واکنشهای شیمیایی. دلایل تأثیر کاتالیزور
موادی که در نتیجه واکنش مصرف نمی شوند ، اما بر سرعت آن تأثیر می گذارند ، کاتالیزور نامیده می شوند. کاتالیزورهایی که سرعت واکنش را کاهش می دهند ، مهار کننده نامیده می شوند. اثر کاتالیزورها بر واکنشهای شیمیایی نامیده می شود کاتالیز ... ماهیت کاتالیز در این واقعیت نهفته است که در حضور یک کاتالیزور ، مسیری که در طول آن واکنش کلی انجام می شود تغییر می کند ، سایر حالتهای گذار با انرژی های فعال سازی متفاوت شکل می گیرد و بنابراین سرعت نیز تغییر می کند. واکنش شیمیایی... بین کاتالیز همگن و ناهمگن تمایز قائل شوید. در کاتالیز ناهمگن ، واکنش روی سطح کاتالیزور ادامه می یابد. بنابراین فعالیت کاتالیزور بستگی به اندازه و خواص سطح آن دارد. به منظور داشتن سطح بزرگ ، کاتالیزور باید دارای ساختار متخلخل باشد یا در حالت بسیار تکه تکه باشد. کاتالیزورها با انتخاب پذیری خود متمایز می شوند: آنها به صورت انتخابی بر روی فرایندها عمل می کنند و آن را در جهت خاصی هدایت می کنند. برای مهار خوردگی از کاتالیز منفی استفاده می شود.
39. فرآیندهای برگشت پذیر. تعادل شیمیایی. ثابت تعادل.
واکنش هایی که فقط در یک جهت پیش می روند و با تبدیل کامل مواد اولیه واکنش دهنده به مواد نهایی خاتمه می یابند ، نامیده می شوند برگشت ناپذیر... 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 . برگشت پذیرچنین واکنشهایی نامیده می شود که همزمان در دو مورد به طور متقابل رخ می دهد جهت مخالف... 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3
واکنشهای برگشت پذیر به طور کامل پیش نمی روند: هیچ یک از واکنش دهنده ها به طور کامل مصرف نمی شوند. فرآیندهای برگشت پذیر: در ابتدا ، هنگام مخلوط کردن مواد اولیه ، سرعت واکنش مستقیم زیاد است و سرعت عکس آن برابر صفر است. با ادامه واکنش ، مواد اولیه مصرف شده و غلظت آنها کاهش می یابد ، در نتیجه سرعت واکنش کاهش می یابد. در همان زمان ، محصولات واکنش ظاهر می شوند ، که غلظت آنها افزایش می یابد ، و بر این اساس ، سرعت واکنش معکوس افزایش می یابد. وقتی سرعت واکنشهای پیشین و معکوس یکسان شود ، تعادل شیمیایی رخ می دهد. این تعادل پویا نامیده می شود ، زیرا واکنشهای مستقیم و معکوس ادامه می یابد ، اما به دلیل سرعت یکسان ، تغییرات در سیستم قابل توجه نیست. ویژگی کمی تعادل شیمیاییبه عنوان کمیتی به نام ثابت تعادل شیمیایی عمل می کند. در حالت تعادل ، سرعت واکنشهای پیشرو و معکوس برابر است ، در حالی که غلظتهای ثابت مواد اولیه و محصولات واکنش که غلظت تعادل نامیده می شود ، در سیستم ایجاد می شود. برای 2CO + O2 = 2CO2 ، ثابت تعادل را می توان با معادله محاسبه کرد: مقدار عددی ثابت تعادل در تقریب اول ، بازده این واکنش را مشخص می کند. بازده واکنش نسبت مقدار ماده بدست آمده به مقداری است که در صورت ادامه واکنش تا انتها بدست می آید. K >> 1 بازده واکنش بزرگ است ، 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. تأثیر عوامل مختلف بر جابجایی تعادل. اصل لو شاتلیه.
اگر سیستم در تعادل باشد ، تا زمانی که شرایط خارجی ثابت بماند ، در آن باقی می ماند. فرآیند تغییر هر شرایطی که بر تعادل تأثیر بگذارد ، جابجایی تعادل نامیده می شود.
اصل Le: اگر سیستم. پیدا کردن. در تعادل برای اعمال نفوذ خارجی ، سپس سیستم خیانت ها. به نحوی که این تاثیر را جبران کند.
عواقب: 1) با افزایش دما تعادل تغییر کرد به نفع واکنش گرمازا
2) با افزایش فشار ، تعادل تغییر می کند. نسبت به حجم کمتر (یا کمتر. تعداد خال)
3) با افزایش غلظت یکی از مواد اولیه ، تعادل به سمت افزایش غلظت محصولات واکنش تغییر می کند و بالعکس.
موادی که در واکنش ها شرکت کرده و سرعت آن را افزایش می دهند و تا پایان واکنش بدون تغییر باقی می مانند ، نامیده می شوند کاتالیزور
پدیده تغییر سرعت واکنش تحت تأثیر چنین موادی نامیده می شود کاتالیز... واکنش هایی که تحت عمل کاتالیزورها انجام می شوند ، نامیده می شوند کاتالیزور
در بیشتر موارد ، اثر کاتالیزور با این واقعیت توضیح داده می شود که انرژی فعال سازی واکنش را کاهش می دهد. در حضور کاتالیزور ، واکنش از سایر مراحل میانی عبور می کند تا بدون آن ، و این مراحل از نظر انرژی در دسترس تر هستند. به عبارت دیگر ، در حضور کاتالیزور ، مجتمع های فعال دیگر بوجود می آیند و انرژی کمتری برای شکل گیری آنها لازم است تا تشکیل مجتمع های فعال شده که بدون کاتالیزور بوجود می آیند. بنابراین ، انرژی فعال سازی به شدت کاهش می یابد: برخی از مولکولها ، که انرژی آنها برای برخورد فعال کافی نبود ، اکنون فعال به نظر می رسد.
واسطه ها برای تعدادی از واکنشها مورد مطالعه قرار گرفته اند. به عنوان یک قاعده ، آنها محصولات بسیار فعال و ناپایدار هستند.
مکانیسم عمل کاتالیزورها با کاهش انرژی فعال شدن واکنش به دلیل تشکیل ترکیبات میانی همراه است. کاتالیز را می توان به صورت زیر نشان داد:
A + K = A ... K
A ... K + B = AB + K ،
جایی که A ... K یک ترکیب فعال میانی است.
شکل 13.5 - تصویر مسیر واکنش واکنش A + B → AB غیر کاتالیزوری (منحنی 1) و واکنش کاتالیزوری همگن (منحنی 2).
در صنایع شیمیایی ، کاتالیزورها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. تحت تأثیر کاتالیزورها ، واکنشها را می توان با ضریب میلیونی یا بیشتر تسریع کرد. در برخی موارد ، تحت تأثیر کاتالیزورها ، می توان چنین واکنش هایی را آغاز کرد ، که عملاً بدون آنها در این شرایط ادامه نمی یابد.
تمیز دادن کاتالیز همگن و ناهمگن.
چه زمانی کاتالیز همگنکاتالیزور و واکنش دهنده ها یک فاز (گاز یا محلول) را تشکیل می دهند. چه زمانی کاتالیز ناهمگنکاتالیزور به عنوان یک فاز مستقل در سیستم قرار دارد.
نمونه هایی از کاتالیز همگن:
1) اکسیداسیون SO 2 + 1 / 2O 2 = SO 3 در حضور NO ؛ NO به آسانی به NO 2 اکسید می شود و NO 2 در حال حاضر SO2 را اکسید می کند.
2) تجزیه پراکسید هیدروژن در محلول آبی به آب و اکسیژن: یونهای Cr 2 O 2 = 7 ، WO 2-4 ، MoO 2-4 ، کاتالیز کننده تجزیه پراکسید هیدروژن ، ترکیبات میانی را با آن تشکیل می دهند ، که بیشتر تجزیه می شوند با انتشار اکسیژن
کاتالیز همگن از طریق واکنش های میانی با یک کاتالیزور انجام می شود و در نتیجه ، یک واکنش با انرژی فعال سازی بالا با چندین مورد جایگزین می شود ، که برای آنها انرژی فعال سازی کمتر است ، میزان آنها بیشتر است:
CO + 1 / 2O 2 = CO 2 (کاتالیزور - بخار آب).
کاتالیز ناهمگن به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی استفاده می شود. اکثر محصولاتی که در حال حاضر توسط این صنعت تولید می شود از کاتالیز ناهمگن تهیه می شود. در کاتالیز ناهمگن ، واکنش روی سطح کاتالیزور ادامه می یابد. بنابراین فعالیت کاتالیزور بستگی به اندازه و خواص سطح آن دارد. به منظور داشتن سطح بزرگ ("توسعه یافته") ، کاتالیزور باید دارای ساختار متخلخل باشد یا در حالت بسیار تکه تکه (بسیار پراکنده) باشد. در کاربردهای عملی ، معمولاً کاتالیزور روی حامل با ساختار متخلخل (پومیس ، آزبست و غیره) اعمال می شود.
همانطور که در مورد کاتالیز همگن ، در کاتالیز ناهمگن ، واکنش از طریق واسطه های فعال ادامه می یابد. اما در اینجا این ترکیبات ترکیبات سطحی کاتالیزور با واکنش دهنده ها هستند. با گذراندن یک سری مراحل که این واسطه ها در آن دخیل هستند ، واکنش با تشکیل محصولات نهایی خاتمه می یابد و در نتیجه کاتالیزور مصرف نمی شود.
همه واکنشهای ناهمگن کاتالیزوری شامل مراحل جذب و دفع است.
عمل کاتالیزوری سطح به دو عامل کاهش می یابد: افزایش غلظت در سطح مشترک و فعال شدن مولکول های جذب شده.
نمونه هایی از کاتالیز ناهمگن:
2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (کاتالیزور - MnO2) ؛
H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O (کاتالیزور - پلاتین).
کاتالیز نقش بسیار مهمی در سیستم های بیولوژیکی ایفا می کند. اکثر واکنشهای شیمیایی که در دستگاه گوارش ، خون و سلولهای حیوانات و انسانها رخ می دهد ، واکنشهای کاتالیزوری هستند. کاتالیزورها ، در این مورد آنزیم ها نامیده می شوند ، پروتئین های ساده یا پیچیده هستند. بنابراین ، بزاق حاوی آنزیم ptyalin است که تبدیل نشاسته به قند را کاتالیز می کند. آنزیمی که در معده یافت می شود ، پپسین ، تجزیه پروتئین ها را کاتالیز می کند. بدن انسان حاوی حدود 30،000 آنزیم مختلف است: هر یک از آنها به عنوان یک کاتالیزور موثر برای واکنش مربوطه عمل می کند.
کاتالیزورها موادی هستند که می توانند واکنش شیمیایی را تسریع کنند ، در حالی که خود کاتالیزورها در واکنش شیمیایی مصرف نمی شوند. مشخص شد که کاتالیزورها مکانیسم واکنش شیمیایی را تغییر می دهند. در این مورد ، حالتهای گذار جدید دیگری ظاهر می شوند که با ارتفاع کمتری از مانع انرژی مشخص می شوند. بنابراین ، تحت عمل کاتالیزور ،
انرژی فعال سازی فرایند (شکل 3). با وارد شدن به انواع مختلف فعل و انفعالات با ذرات میانی ، کاتالیزورها در پایان واکنش بدون تغییر باقی می مانند. کاتالیزورها فقط روی واکنشهای مجاز ترمودینامیکی تأثیر می گذارند. کاتالیزور نمی تواند واکنش ایجاد کند ، زیرا بر نیروهای محرک آن تأثیر نمی گذارد. کاتالیزور بر روی تعادل شیمیایی ثابت تأثیر نمی گذارد ، زیرا به همان اندازه انرژی فعال سازی واکنشهای مستقیم و معکوس را کاهش می دهد.
شکل 3 نمودار انرژی مسیر واکنش A + B = AB الف) بدون کاتالیزور و ب) در حضور کاتالیزور. Ea انرژی فعال سازی یک واکنش غیر کاتالیزوری است. Еа 1 و Еа 2 - انرژی فعال سازی واکنش کاتالیزوری ؛ AK - ترکیب واکنشی واسطه کاتالیزور با یکی از معرفها ؛ A ... K ، AK ... B - مجتمع های فعال واکنش کاتالیزوری ؛ А ... В - مجموعه فعال شده واکنش غیر کاتالیزوری ؛ ∆گربه - کاهش انرژی فعال سازی تحت تأثیر کاتالیزور.
بین کاتالیز همگن و ناهمگن تمایز قائل شوید. در حالت اول ، کاتالیزور با واکنش دهنده ها در یک فاز است و در مرحله دوم ، کاتالیزور یک جامد است که در سطح آن یک واکنش شیمیایی بین واکنش دهنده ها انجام می شود.
تعادل شیمیایی
واکنشهای شیمیایی معمولاً به برگشت پذیر و برگشت ناپذیر تقسیم می شوند. واکنشهای شیمیایی برگشت ناپذیر تا مصرف کامل حداقل یکی از مواد اولیه ، یعنی محصولات واکنش یا اصلاً با یکدیگر تداخل ندارند یا موادی تشکیل می دهند که متفاوت از مواد اولیه هستند. چنین واکنش هایی بسیار کم است. مثلا:
2KСlO 3 (تلویزیون) = 2KCl (تلویزیون) + 3О 2 (گرم)
در محلولهای الکترولیت ، واکنشهای تشکیل رسوب ، گازها و الکترولیتهای ضعیف (آب ، ترکیبات پیچیده) عملاً برگشت ناپذیر در نظر گرفته می شوند.
اکثر واکنش های شیمیایی برگشت پذیر هستند ، به عنوان مثال آنها هم به جلو و هم به عقب می روند این امر زمانی امکان پذیر می شود که انرژی فعال سازی فرایندهای جلو و عقب با یکدیگر تفاوت چندانی نداشته باشند و محصولات واکنش قادر به تبدیل به مواد اولیه باشند. به عنوان مثال ، واکنش سنتز HI یک واکنش معمولاً برگشت پذیر است:
H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g)
قانون عمل جرم (بیان سرعت واکنش) به ترتیب برای فرایندهای جلو و عقب ، به صورت زیر خواهد بود: = ∙؛ 
= 2
در برهه ای از زمان ، زمانی حالت ایجاد می شود که سرعت واکنشهای پیشرو و معکوس برابر شود = (شکل 4).
شکل 4 تغییرات نرخ های حرکت رو به جلو (و معکوس)
به این حالت تعادل شیمیایی می گویند. این طبیعت پویا (متحرک) است و بسته به تغییرات شرایط خارجی می تواند در یک جهت یا جهت دیگر حرکت کند. از لحظه تعادل ، در شرایط خارجی ثابت ، غلظت مواد اولیه و محصولات واکنش در طول زمان تغییر نمی کند. غلظت واکنش دهنده های مربوط به حالت تعادل نامیده می شود تعادل... برای تعیین غلظت تعادلی یک معرف ، لازم است از غلظت اولیه آن مقدار ماده ای را که تا زمان شروع حالت تعادل واکنش نشان داده است ، کم کنیم: با برابر = ج مرجع. - با proreagir... مقدار معرفهایی که وارد واکنش شده و از آنها در زمان تعادل محصولات متناسب با ضرایب استوکیومتری در معادله واکنش است.
حالت تعادل در شرایط خارجی بدون تغییر می تواند برای مدت طولانی دلخواه وجود داشته باشد. در حالت تعادل
∙ = [2 ، از کجا / [= 2 / ∙.
در دمای ثابت ، ثابت های سرعت روند جلو و عقب مقادیر ثابت هستند.
نسبت دو ثابت نیز مقدار ثابت K = / است و نامیده می شود ثابت تعادل شیمیایی... قابل بیان است
یا از طریق غلظت واکنش دهنده ها = یا از طریق فشارهای جزئی آنها 
اگر واکنش با مشارکت گازها ادامه یابد.
در حالت کلی ، برای واکنش aA + bB +… ⇄cC + dD +… ثابت تعادل شیمیایی برابر است با نسبت محصول غلظت محصولات واکنش به محصول غلظت مواد اولیه در توان برابر با ضرایب استوکیومتری آنهاست.
ثابت تعادل شیمیایی به مسیر فرآیند بستگی ندارد و تا زمان رسیدن به حالت تعادل عمق مسیر آن را تعیین می کند. هرچه این مقدار بیشتر باشد ، درجه تبدیل معرف ها به محصولات بیشتر است.
ثابت تعادل شیمیایی و ثابتهای سرعت واکنش فقط عملکردهای دما و ماهیت مواد واکنش دهنده هستند و به غلظت آنها بستگی ندارد.
برای فرآیندهای ناهمگن ، غلظت مواد جامد در بیان سرعت واکنش و ثابت تعادل شیمیایی لحاظ نمی شود ، زیرا واکنش روی سطح فاز جامد ادامه می یابد که غلظت آن در طول زمان ثابت می ماند. به عنوان مثال ، برای واکنش:
FeO (tv) + CO (g) ⇄ Fe (tv) + CO 2 (g)
عبارت ثابت تعادل عبارت است از:
K p و K با رابطه رابطه دارند ک پ = K ج (RT) ∆ n، که در آن n = pron تولید - در مواد اصلی - تغییر در تعداد خال گازیمواد در طول واکنش برای این واکنش ، Kp = Kc ، زیرا n مواد گازی برابر با صفر است.
چرا کاتالیزورها سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهند؟ به نظر می رسد که آنها مطابق با حکمت عمومی عمل می کنند: "باهوش از تپه بالا نمی رود ، باهوش از کوه دور می زند." برای اینکه مواد شروع به فعل و انفعال کنند ، باید به ذرات آنها (مولکولها ، اتمها ، یونها) انرژی خاصی داده شود که به آن انرژی فعالسازی گفته می شود (شکل 13 ، الف). کاتالیزورها با ترکیب با یکی از مواد واکنش دهنده و حمل آن در امتداد "کوه انرژی" این انرژی را کاهش می دهند تا با ماده دیگری با انرژی کمتر ملاقات کنند. بنابراین ، در حضور کاتالیزور ، واکنش های شیمیایی نه تنها سریعتر ، بلکه در دمای پایین تر نیز انجام می شود ، که هزینه فرآیندهای تولید را کاهش می دهد.
برنج. 13
نمودارهای انرژی واکنشهای کاتالیزوری با استفاده از کاتالیزورهای معمولی (الف) و انتخابی (ب)
و نه تنها استفاده از کاتالیزورها می تواند منجر به این واقعیت شود که مواد یکسانی به روش های مختلف ، یعنی با تشکیل محصولات مختلف واکنش نشان می دهند (شکل 13 ، ب). به عنوان مثال ، آمونیاک توسط اکسیژن به نیتروژن و آب و در حضور یک کاتالیزور - به نیتروژن اکسید (II) و آب اکسید می شود (معادلات واکنش را بنویسید و فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش را در نظر بگیرید).
فرآیند تغییر سرعت واکنش شیمیایی یا مسیری که طی می کند ، کاتالیز نامیده می شود. مانند واکنشها ، انواع همگن و ناهمگن کاتالیز وجود دارد. در مورد استفاده از آنزیم ها ، کاتالیز آنزیمی نامیده می شود. این نوع کاتالیز از زمان های قدیم برای انسان شناخته شده است. به لطف تجزیه آنزیمی مواد آلی ، انسان نحوه پخت نان ، دم کردن آبجو ، تهیه شراب و پنیر را آموخت (شکل 14).
برنج. چهارده.
از زمان های قدیم ، انسان از کاتالیز استفاده می کرد ، که هنگام پخت نان ، دم کردن آبجو ، تهیه شراب ، تهیه پنیر رخ می دهد.
معروف ترین آنها در زندگی روزمره آنزیم هایی هستند که بخشی از پودرهای لباسشویی هستند. اینها به شما امکان می دهند لباس ها را از لکه ها و بوهای نامطبوع در هنگام شستشو پاک کنید.
اجازه دهید نگاهی دقیق تر به کاتالیزورها با استفاده از آزمایش شیمیایی بیندازیم.
پراکسید هیدروژن (در زندگی روزمره اغلب پراکسید هیدروژن نامیده می شود) یک آماده سازی ضروری در هر کابینت دارویی خانگی است (شکل 15).
برنج. پانزده
محلول پراکسید هیدروژن
تاریخ انقضا باید روی بسته بندی با این دارو مشخص شود ، زیرا در طول ذخیره سازی تجزیه می شود:
با این حال ، در شرایط عادی ، این روند آنقدر آهسته پیش می رود که ما متوجه ترشح اکسیژن نمی شویم ، و تنها با باز کردن بطری که پراکسید هیدروژن به مدت طولانی در آن ذخیره شده است ، می توانید ببینید که چگونه کمی گاز از آن خارج می شود . چگونه می توان این روند را تسریع کرد؟ بیایید یک آزمایش آزمایشگاهی انجام دهیم.
آزمایش آزمایشگاهی شماره 9 تجزیه پراکسید هیدروژن با استفاده از اکسید منگنز (IV)
آزمایش آزمایشگاهی شماره 10
تشخیص کاتالاز در غذا
کاتالیزورها نه تنها فرآیندهای تولید را اقتصادی تر می کنند ، بلکه سهم بسزایی در حفاظت از محیط زیست دارند. بنابراین ، اتومبیل های مسافری مدرن مجهز به یک دستگاه کاتالیزور هستند که در داخل آن حامل های کاتالیزور سرامیکی سلولی (پلاتین و رودیوم) وجود دارد. با عبور از آنها ، مواد مضر (اکسیدهای کربن ، نیتروژن ، بنزین نسوخته) به دی اکسید کربن ، نیتروژن و آب تبدیل می شوند (شکل 16).
برنج. شانزده
مبدل کاتالیزوری در خودرو که اکسیدهای نیتروژن گازهای خروجی خود را به نیتروژن بی ضرر تبدیل می کند
با این حال ، برای واکنش های شیمیایی ، نه تنها کاتالیزورها مهم هستند که واکنش را تسریع می کنند ، بلکه موادی نیز هستند که می توانند آنها را کند کنند. چنین موادی مهار کننده نامیده می شوند. معروف ترین آنها بازدارنده های خوردگی فلز هستند.
آزمایش آزمایشگاهی شماره 11
مهار برهمکنش اسیدها با فلزات با اوروتروپین
در واژگان یک فرد معمولی ، اغلب کلماتی یافت می شود که از شیمی وام گرفته شده است. به عنوان مثال ، آنتی اکسیدان ها یا آنتی اکسیدان ها. موادی که آنتی اکسیدان نامیده می شوند چیست؟ احتمالاً متوجه شده اید که اگر کره را به مدت طولانی ذخیره کنید ، رنگ ، مزه ، بوی نامطبوع پیدا می کند - در هوا اکسید می شود. برای جلوگیری از فساد غذا ، آنتی اکسیدان ها به آنها اضافه می شود. آنها نقش مهمی در حفظ سلامت انسان دارند ، زیرا فرآیندهای اکسیداسیون ناخواسته نیز در بدن او رخ می دهد ، در نتیجه فرد بیمار می شود ، خسته می شود و سریعتر پیر می شود. بدن انسان با خوردن غذاهای حاوی ، به عنوان مثال ، کاروتن (ویتامین A) و ویتامین E (شکل 17) آنتی اکسیدان دریافت می کند.
برنج. 17
آنتی اکسیدان ها: a - β کاروتن ؛ ب - ویتامین E
بنابراین ، سرعت یک واکنش شیمیایی را می توان با کمک کاتالیزورها و مهارکننده ها ، تغییرات دما ، غلظت واکنش دهنده ها ، فشار (برای واکنشهای گازهای همگن) ، سطح تماس واکنش دهنده ها (برای فرآیندهای ناهمگن) کنترل کرد. و البته سرعت واکنشهای شیمیایی بستگی به ماهیت مواد واکنش دهنده دارد.
کلمات و مفاهیم جدید
- کاتالیزورها
- آنزیم ها
- کاتالیز (همگن ، ناهمگن ، آنزیمی).
- بازدارنده ها.
- آنتی اکسیدان ها
تکالیف خودآموزی
- کاتالیزورها چیست؟ آنها چه نقشی در واکنش های شیمیایی دارند؟ چرا کاتالیزورها واکنش های شیمیایی را تسریع می کنند؟
- کاتالیز آنزیمی چه نقشی در تاریخ تمدن بشری ایفا کرد؟
- تهیه گزارش از نقش کاتالیزورها در تولید مدرن.
- تهیه گزارش از نقش بازدارنده ها در تولید مدرن.
- مقاله ای درباره نقش آنتی اکسیدان ها در پزشکی و صنایع غذایی تهیه کنید.
در کلاس های 9 تا 10 دبیرستان ، آنها به شکل گیری مفاهیمی در مورد میزان واکنش شیمیایی ، تأثیر عوامل مختلف بر سرعت تبدیلات شیمیایی ، گسترش و تعمیق دانش در مورد کاتالیز و کاتالیزورها و ارائه ایده هایی در مورد مکانیسم پدیده های کاتالیزوری
در مبحث "فلزات قلیایی" ، آزمایش هایی مانند تعامل سدیم با آب و اسید کلریدریک ، تعامل پتاسیم و سدیم با آب ، معلم تأکید می کند که برخی از این واکنش ها در شرایط مشابه سریعتر از بقیه انجام می شود. به عنوان مثال ، سدیم با اسید کلریدریک بیشتر از آب واکنش نشان می دهد. پتاسیم قوی تر از سدیم با آب واکنش نشان می دهد. پس از آزمایش بر روی احتراق کلر سدیم ، مس ، آنتیموان ، هیدروژن ، مواد آلی ، می توان س questionsالاتی را مطرح کرد: "چرا پودر آنتیموان برای احتراق در کلر و نه قطعات آن گرفته شد؟ چرا یک دسته سیم مسی نازک در کلر می سوزد ، اما سیم ضخیمی نمی سوزد؟ " در این موارد ، تفاوت متقابل مواد یا به دلیل ماهیت خود مواد و ساختار اتم ها ، یا توسط سطح تماس متفاوتی توضیح داده می شود.
در همان مبحث ، وقتی دانش آموزان را با خواص اسید کلریدریک آشنا می کنیم ، می توان فهمید که چرا واکنش های بین این اسید و فلزات (روی ، منیزیم) با گذشت زمان تسریع می شود. شتاب بویژه به این بستگی دارد که در طول این واکنشها مقدار زیادی گرما آزاد می شود و با گرم شدن مواد ، سرعت تعامل افزایش می یابد.
با استفاده از مثال واکنش متقابل آلومینیوم با ید ، باید به یاد بیاورید که کاتالیزور چیست و نشان دهد که آب می تواند کاتالیزور باشد. مخلوطی از پودرهای ید و آلومینیوم روی یک اسلاید روی مش آزبست ریخته می شود و چند قطره آب ریخته می شود. تعامل مواد تحت تأثیر آب تسریع می شود ، شعله ای شروع می شود. معلم توجه را به این واقعیت جلب می کند که در مخلوطی که از فنجان چینی روی تور ریخته نشده بود ، فلش رخ نداد ، اما می تواند بعد از مدتی و بدون آب رخ دهد.
لازم به ذکر است که آب نه تنها تعامل آلومینیوم با ید را تسریع می کند ، بلکه در بسیاری از فرایندهای شیمیایی نقش کاتالیزوری دارد. عمل کاتالیزوری آب در احتراق گازهای مختلف مورد استفاده در فناوری بسیار مهم است.
هنگام بررسی خواص پراکسید هیدروژن ، نشان داده می شود که پراکسید هیدروژن یک ماده بسیار شکننده است. هنگامی که در ظروف شیشه ای ذخیره می شود ، با انتشار گرما به آرامی تجزیه می شود:
2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 کیلو کالری
معلم از دانش آموزان می خواهد شرایطی را ذکر کنند که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کند. آنها می توانند
در این مورد نشان دهید: 1) گرمایش ، 2) اثر کاتالیزورها ، 3) افزایش غلظت محلول. می توان اضافه کرد که تجزیه پراکسید هیدروژن نیز در نور سریعتر است ، این را می توان با تجربه در فعالیتهای فوق برنامه تأیید کرد. پراکسید هیدروژن را در دو فلاسک ثابت شده در سه پایه بریزید ، آنها را با دریچه های لوله گاز ببندید. لوله ها را زیر استوانه های واژگون یا لوله های آزمایش پر از آب قرار داده و در یک ظرف پهن با آب قرار دهید. یکی از فلاسک ها را با کاغذ مشکی بپیچید. دستگاهها را روی پنجره ای قرار دهید که توسط نور خورشید روشن شده است یا آنها را با لامپ برقی 75-100 ولت روشن کنید. این آزمایش تجزیه سریع پراکسید هیدروژن تحت تأثیر نور را نشان می دهد.
سپس دانش آموزان در درس به طور مستقل تغییر میزان تجزیه پراکسید هیدروژن تحت عمل کاتالیزورها را مطالعه می کنند. برای کار ، آنها محلول 3-5 of پراکسید هیدروژن ، دی اکسید منگنز ، اسید کلریدریک غلیظ ، شکاف ، قیف ، کاغذ صافی ، چندین لوله آزمایش را ارائه می دهند.
وظایف: 1) بررسی کنید که آیا تجزیه پراکسید هیدروژن در محلول تولید شده در جریان است؟ 2) با استفاده از دی اکسید منگنز ، واکنش تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع کنید. 3) ثابت کنید که دی اکسید منگنز در نتیجه واکنش تغییر شیمیایی نکرده است * 4) ثابت کنید که دی اکسید منگنز ، که قبلاً به عنوان کاتالیزور استفاده می شد ، می تواند تجزیه پراکسید هیدروژن را دوباره تسریع کند.
* (هنگام گرم کردن با اسید کلریدریک نمونه برداری کنید.)
پس از اتمام کار مستقل ، معلم نشان می دهد که می توان از کاتالیزورهای مختلف برای تسریع یک واکنش شیمیایی استفاده کرد ، که تجزیه یک ماده معدنی (پراکسید هیدروژن) توسط کاتالیزورهای آلی - آنزیم ها تسریع می شود. یک محلول 3 درصد پراکسید هیدروژن در یک لیوان کوچک ریخته می شود ، سپس یک تکه کوچک گوشت خام در آن قرار می گیرد. اکسیژن به شدت از محلول آزاد می شود ، زیرا آنزیم کاتالاز در خون و بافت حیوانات وجود دارد. باید تاکید کرد که آنزیم ها شتاب دهنده های طبیعی عالی واکنش ها هستند. یکی از وظایف مهم شیمی آینده ، تولید مصنوعی و کاربرد صنعتی کاتالیزورها است که از نظر ترکیب و خواص کاتالیزوری شبیه آنزیم ها هستند.
آزمایشی برای توضیح اینکه چرا تجزیه پراکسید هیدروژن سریعتر در ظروف شیشه ای ذخیره می شود انجام شد. محلول پراکسید هیدروژن در سه لوله آزمایش ریخته می شود ، محلول اسید سولفوریک به یکی از آنها اضافه می شود ، سود سوزآور به دیگری اضافه می شود و سوم برای مقایسه (محلول کنترل) باقی می ماند. هر سه محلول گرم می شوند (تا جوش نیاید). اکسیژن با محلول پراکسید هیدروژن و سدیم هیدروکسید به شدت از لوله آزمایش آزاد می شود و از لوله آزمایش با محلول کنترل به شدت کمتر. در حضور اسید سولفوریک (یون هیدروژن) ، پراکسید هیدروژن تجزیه نمی شود. یونهای OH تجزیه پراکسید هیدروژن را کاتالیز می کنند ، بنابراین ، در ظروف شیشه ای که دیواره های آنها یونهای هیدروکسیل را در محلول آزاد می کنند ، پراکسید هیدروژن به راحتی تجزیه می شود.
تثبیت و توسعه دانش در مورد میزان واکنش شیمیایی بیشتر ادامه می یابد. معلم با عبور مخلوط دی اکسید گوگرد و اکسیژن از یک لوله شیشه ای گرم شده بدون کاتالیزور نشان می دهد که تشکیل سولفوریک انیدرید در این شرایط قابل توجه نیست و از دانش آموزان می پرسد چگونه می توان تعامل گازها را تسریع کرد. در گفتگو ، معلوم می شود که چنین روش هایی برای تسریع واکنش ها مانند افزایش غلظت معرف ها ، افزایش دما ، بدون استفاده از کاتالیزور ، نتایج لازم را نمی دهد. واکنش اکسیداسیون دی اکسید گوگرد به اسید سولفوریک برگشت پذیر است:
2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q ،
و افزایش دما تجزیه سولفوریک انیدرید را تا حد بیشتری از تشکیل آن تسریع می کند.
بررسی می شود که آیا اکسید آهن کاتالیزور واکنش اکسیداسیون دی اکسید گوگرد خواهد بود یا خیر. هنگام نشان دادن اکسیداسیون تماس دی اکسید گوگرد به انیدرید سولفوریک در حضور اکسید آهن ، تولید انیدرید سولفوریک ، بخار در هوا مشاهده می شود. سپس مشخص شد که این واکنش اکسید آهن را از نظر شیمیایی تغییر نمی دهد. برای انجام این کار ، تجربه اکسیداسیون تماسی دی اکسید گوگرد به انیدرید سولفوریک را با همان قسمت اکسید آهن تکرار کنید. در ادامه ذکر می شود که می توان از کاتالیزورهای مختلف برای تسریع اکسیداسیون دی اکسید گوگرد استفاده کرد. علاوه بر اکسید آهن ، از پلاتین در صنایع شیمیایی استفاده می شد و در حال حاضر از پنتوکسید وانادیوم V 2 O 5 * استفاده می شود.
* (کاتالیزور وانادیوم مورد استفاده در حال حاضر دارای ترکیب پیچیده ای است (نگاه کنید به: D. A. Epshtein. معلم شیمی در مورد فناوری شیمیایی ، مسکو ، انتشارات آکادمی علوم تربیتی RSFSR ، 1961).)
همچنین تأکید بر ویژگی کاتالیزور ، تسریع واکنش و عدم تأثیر پذیری بر برگشت پذیری آن بسیار مهم است: واکنش اکسیداسیون دی اکسید گوگرد به اسید سولفوریک و در صورت استفاده از کاتالیزور ، برگشت پذیر باقی می ماند.
هنگام مطالعه روش تماس برای تولید اسید سولفوریک ، استفاده از کاتالیزور در صنعت ضروری است. بدون کاتالیزور ، تولید سریع مقادیر زیادی سولفوریک انیدرید غیرممکن است ، اما استفاده از آن برخی شرایط اضافی را برای شرایط فرآیند ایجاد می کند. واقعیت این است که ناخالصی های واکنش دهنده روی کاتالیزور تأثیر منفی می گذارد. همانطور که می گویند تری اکسید آرسنیک آن را روی کاتالیزور وانادیوم "مسموم" می کند. بنابراین ، لازم است گازهای واکنش دهنده را از ناخالصی ها کاملاً تمیز کنیم.
اگر دانش آموزان س whyالی دارند که چرا کاتالیزور مسموم شده است ، معلم ابتدا عملکرد آن را با استفاده از نظریه تشکیل واسطه توضیح می دهد ، و سپس اثر سمی ناخالصی ها را در نظر می گیرد.
شتاب واکنشها با کمک یک کاتالیزور به دلیل این واقعیت است که با مواد اولیه ترکیبات شکننده ایجاد می کند و سپس دوباره به صورت آزاد جدا می شود. این واکنشها بسیار سریعتر از واکنش بین دی اکسید گوگرد و اکسیژن است. اگر ناخالصی هایی در مخلوط گاز وجود داشته باشد که با کاتالیزور واکنش های جبران ناپذیری داشته باشد ، مسموم می شود. با وجود پاکسازی دقیق گازها ، فعالیت کاتالیزورهای مورد استفاده در تولید اسید سولفوریک با گذشت زمان کاهش می یابد. "پیری" آن نه تنها در اثر مسمومیت تدریجی بلکه در اثر حرارت طولانی مدت و تخریب مکانیکی ایجاد می شود که باعث تغییر وضعیت سطح کاتالیزور می شود. تمام سطح کاتالیزور در واکنش کاتالیز شده شرکت نمی کند ، بلکه فقط بخشهای بریده شده آن - مراکز فعال ، و تعداد این مراکز در طول "پیری" کاهش می یابد.
در بخش قبل ، بحث شد که چگونه ، در پرتو نظریه ساختار اتمی ، تأثیر انرژی بر تحریک یک واکنش شیمیایی باید برای دانش آموزان توضیح داده شود. با این کار می توان این س solveال را حل کرد که چرا واکنش های شیمیایی هنگام گرم شدن تسریع می شوند. دانش آموزان می دانند که با افزایش دما در مواد ، تعداد مولکول های فعال افزایش می یابد ، سرعت حرکت مولکول ها و تعداد برخورد آنها در واحد زمان افزایش می یابد. در اتمهای مولکولهای فعال ، الکترونها به سطوح بالاتری از انرژی منتقل می شوند ؛ چنین مولکولهایی ناپایدار هستند و به راحتی می توانند با مولکولهای سایر مواد واکنش نشان دهند.
نظریه تجزیه الکترولیتی این امکان را فراهم می آورد که چرا واکنش بین محلول های اسیدها ، نمک ها و بازها تقریباً به طور لحظه ای رخ می دهد. محلولهای این مواد از قبل حاوی ذرات فعال - یونهای دارای بار مخالف هستند. بنابراین ، واکنشهای بین محلولهای آبی اسیدها ، نمکها و بازها بسیار سریع پیش می روند و تفاوتهای قابل توجهی با واکنشهای بین همان مواد ، اما به صورت خشک دارند.
با شروع درس با موضوع "میزان واکنش شیمیایی" ، معلم یادآوری می کند که واکنش های شیمیایی می توانند با سرعت های مختلف پیش بروند ، مطالعه شرایطی که بر آن تأثیر می گذارد از اهمیت عملی زیادی برخوردار است.
چگونه می توان سرعت یک واکنش شیمیایی را اندازه گیری کرد؟
دانش آموزان قبلاً می دانند که میزان تبدیل شیمیایی را می توان با توجه به مقدار ماده ای که در واکنش وارد شده یا در زمان معینی بدست آمده است قضاوت کرد ، که سرعت حرکت مکانیکی را با مسیری که بدن در واحد زمان طی می کند اندازه گیری می کند. ؛ برای محاسبه این سرعت ، از فرمول استفاده کنید
جایی که v سرعت است ، S مسیر است و t زمان است.
با در نظر گرفتن این موضوع ، دانش آموزان به صورت قیاس فرمول محاسبه سرعت واکنش شیمیایی را می نویسند
جایی که m مقدار ماده ای است که در واکنش وارد شده یا در نتیجه آن در طول زمان t به دست آمده است.
در نظر بگیرید که معایب این فرمول چیست. به نظر می رسد که هنگام استفاده از آن ، سرعت واکنش محاسبه شده حتی برای دو قسمت از یک ماده ، که در شرایط یکسان گرفته می شود ، متفاوت خواهد بود.
فرض کنید در هر ثانیه 15 گرم ماده در یک ظرف تجزیه می شود. به نظر می رسد هنگامی که یک پارتیشن به این ظرف وارد می شود ، که ماده موجود در آن را به نسبت 1: 2 به دو قسمت تقسیم می کند ، در قسمت اول (کوچکتر) واکنش با سرعت 5 گرم در ثانیه ادامه می یابد ، و در دوم - 10 گرم / ثانیه.
برای اینکه نرخ محاسبه شده خود واکنش را مشخص کند ، و نه مقدار ماده اولیه گرفته شده ، لازم است تغییر در جرم ماده واکنش دهنده ، به حجم ، یعنی تغییر در غلظت ماده واکنش دهنده بنابراین ، سرعت یک واکنش شیمیایی را می توان با فرمول محاسبه کرد:
v = c 0 -c t / t
جایی که c 0 غلظت اولیه هر یک از مواد واکنش دهنده است ، c t غلظت همان ماده بعد از t ثانیه است. هنگام محاسبه سرعت ، غلظت معمولاً بر مول در لیتر و زمان در ثانیه بیان می شود.
این درس بر مهمترین روشهای تسریع واکنشهای شیمیایی تمرکز دارد. برای این منظور ، یک آزمایش آزمایشگاهی انجام می شود و نشان می دهد که سرعت یک واکنش شیمیایی به غلظت مواد واکنش دهنده بستگی دارد.
برای آزمایش ، تجهیزات زیر استفاده می شود ، روی میزهای دانش آموز قرار می گیرد: 1) سه پایه با سه لوله آزمایش ، که در یکی از آنها کریستال یدید سدیم یا یدید پتاسیم (2 تا 3 سر پین) وجود دارد ، در دیگری - محلول کلرید آهن ، و سوم - خالی ؛ 2) فلاسک یا لیوان آب ؛ 3) دو لوله شیشه ای یکسان ؛ 4) میله شیشه ای.
معلم دانش آموزان را دعوت می کند تا برای آزمایش آماده شوند: 1) آب را به یدید سدیم اضافه کنید تا 1/2 لوله محلول را تشکیل دهید و مایع را با یک چوب مخلوط کنید ، 2) 1/3 محلول به دست آمده را در یک لوله آزمایش دیگر بریزید. ، 3) یک لوله آزمایش با محلول آب را به محلول ریخته شده اضافه کنید تا حجم محلول های یدید سدیم (یا یدید پتاسیم) در لوله های آزمایش یکسان باشد.
معلم برای بررسی نحوه درک دانش آموزان از دستورالعمل ها س questionsالاتی می پرسد:
1) محلول یدید سدیم چند بار در لوله آزمایش دوم رقیق شده است؟
2) غلظت نمک در لوله اول چند برابر لوله دوم است؟
لازم به ذکر است که غلظت یکی از محلول ها دو برابر غلظت محلول دیگر است. پس از آن ، در دو محلول آماده شده ، واکنش کلرید فریک با یدید سدیم انجام می شود ، که با انتشار ید رایگان همراه است:
2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2 ،
2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.
دانش آموزان تصمیم می گیرند که میزان فعل و انفعالات نمک ها در کدام لوله آزمایش بیشتر است و بر چه اساسی می توان قضاوت کرد. فرض با تجربه آزمایش می شود.
در هر دو لوله آزمایش با محلول های یدید سدیم (یا یدید پتاسیم) ابتدا همان مقدار خمیر نشاسته (1-2 میلی لیتر) ریخته می شود ، و سپس ، پس از هم زدن ، چند قطره محلول 5-10 fer کلرید آهن را ریخته می شود. توصیه می شود محلول کلرید آهن را به طور همزمان به هر دو لوله اضافه کنید. رنگ آبی به احتمال زیاد در لوله آزمایش با محلول غلظت بیشتر ظاهر می شود. در لوله آزمایش که غلظت محلول بیشتر است ، یون های ید بیشتر با یون های فریک یافت می شوند و بنابراین اغلب با آنها تعامل دارند - واکنش سریعتر پیش می رود.
معلم سوزاندن گوگرد در هوا را نشان می دهد و از دانش آموزان می پرسد که چگونه می توان این واکنش را تسریع کرد. دانش آموزان پیشنهاد می کنند گوگرد سوزانده شده را در اکسیژن قرار دهید و این آزمایش را انجام دهید. بر اساس تجزیه و تحلیل آزمایش ها ، یک نتیجه گیری کلی انجام می شود: سرعت یک واکنش شیمیایی به غلظت واکنش دهنده ها (به تعداد یونها یا مولکولها در واحد حجم) بستگی دارد.
آنها به مسئله تأثیر بر سرعت واکنش شیمیایی سطح مواد واکنش دهنده می پردازند. دانش آموزان واکنش ها را با هم زدن و آسیاب واکنش دهنده ها به یاد می آورند: آسیاب مخلوط آمونیاک با آهک خرد شده ، تعامل قطعات کوچک سنگ مرمر یا روی با اسید کلریدریک ، سوزاندن سوخت پودر شده در نازل ها ، استفاده از سنگ معدن خرد شده در ذوب فلزات و پیریت در تولید اسید سولفوریک شرایط پخت پیریت در تولید اسید سولفوریک با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار گرفته است. برای به دست آوردن دی اکسید گوگرد ، از پیریت خرد شده استفاده می شود ، زیرا سریعتر از پیریت گرفته شده در قطعات بزرگ می سوزد. احتراق پیریت پودر شده به ویژه اگر با جریان هوا از نازل به بیرون پرتاب شود ، و همچنین هنگامی که در یک بستر سیال سوزانده می شود ، هنگامی که کل سطح قطعات پیریت با هوا تماس پیدا می کند ، به سرعت انجام می شود.
باید در نظر داشت که واکنشهای شیمیایی با مواد قابل احتراق بسیار خرد شده می تواند با انفجار همراه باشد. به عنوان مثال ، انفجار گرد و غبار شکر در کارخانه های قند وجود داشته است.
نتیجه گرفته می شود که هرچه مقدار جامد بیشتر باشد ، سرعت واکنش شیمیایی که در آن شرکت می کند بیشتر است.
سپس تأثیر دما بر میزان واکنش شیمیایی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. همان مقدار محلول اسید سولفوریک با 1/4 محلول هیپوسولفیت در لوله آزمایش ریخته می شود. به موازات این آزمایش ، محلول های گرم شده هیپوسولفیت و اسید سولفوریک تخلیه می شوند:
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S
زمان مات شدن محلولها ذکر شده است. معلم می گوید وقتی درجه حرارت 10 درجه سانتی گراد افزایش می یابد ، سرعت اکثر واکنش ها 2-3 بار افزایش می یابد.
بر اساس دانش به دست آمده ، به دانش آموزان این فرصت داده می شود که شتاب واکنش های شیمیایی را هنگام گرم شدن مواد توضیح دهند.
در این درس ، نیازی به نشان دادن تجربه عمل کاتالیزوری مواد نیست ، زیرا دانش آموزان از طریق مثالهایی از تجزیه پراکسید هیدروژن و اکسیداسیون دی اکسید گوگرد با آن آشنا شدند. آنها واکنشهای کاتالیزوری شناخته شده برای خود را لیست می کنند ، تعاریفی از کاتالیز و کاتالیزور ارائه می دهند.
برای تثبیت دانش در این درس ، آنها س questionsالات زیر را ارائه می دهند:
- چه چیزی سرعت واکنش شیمیایی را تعیین می کند؟ مثال بزن.
- در چه شرایطی سرعت واکنش شیمیایی افزایش می یابد؟
- چگونه می توان با توجه به نظریه تجزیه الکترولیتی توضیح داد که تکامل هیدروژن در اثر برهمکنش روی با اسید استیک بسیار کندتر از تعامل روی با اسید کلریدریک رخ می دهد؟
- برای تسریع واکنش متقابل روی با اسید کلریدریک از چه روش هایی می توان استفاده کرد؟
- چرا قطعه ای که در هوا می سوزد در اکسیژن شعله ور می شود؟
- به شما دو لوله آزمایش داده شده است که در آنها تعامل کربنات کلسیم با اسید کلریدریک به آرامی در حال انجام است. سعی کنید واکنش شیمیایی در هر لوله را با استفاده از تکنیک های مختلف سرعت بخشید.
- چرا سرعت واکنش شیمیایی با افزایش دما افزایش می یابد؟
- چه روشهایی برای تسریع واکنشهای شیمیایی در تولید اسید سولفوریک استفاده می شود؟
- فهرست کنید که کدام واکنشهای شیمیایی توسط کاتالیزورها تسریع می شود.
هنگام مطالعه واکنش سنتز آمونیاک ، دانش آموزان مجدداً با استفاده از کاتالیزور روبرو می شوند و به همراه تجمیع اطلاعات به دست آمده قبلی در مورد کاتالیز و کاتالیزور ، این دانش را می توان تا حدودی توسعه داد.
معلم توجه خود را به این واقعیت جلب می کند که هر دو واکنش - سنتز آمونیاک و تجزیه آن به نیتروژن و هیدروژن - در حضور یک کاتالیزور مشابه - آهن را کاهش می دهد ، که واکنش های مستقیم و معکوس را به یک اندازه تسریع می کند. بنابراین ، کاتالیزور تعادل شیمیایی را تغییر نمی دهد ، بلکه فقط به دستیابی سریعتر این حالت کمک می کند. معلم برای آزمایش درک خود از این موقعیت ، س themالات زیر را از آنها می پرسد:
- آیا می توان آمونیاک را در تولید از مخلوطی از نیتروژن و هیدروژن تحت فشار و حرارت بالا ، اما بدون کاتالیزور به دست آورد؟ چرا؟
- واکنش سنتز آمونیاک با حرارت دادن و کاتالیزور تسریع می شود. تفاوت تأثیر این شرایط بر تعادل شیمیایی چیست؟
معلم با آشنایی دانش آموزان با سنتز آمونیاک در تولید ، اشاره می کند که اگر گازها (هیدروژن و نیتروژن) قبلاً از ناخالصی ها آزاد نشده باشند ، کاتالیزور به سرعت فعالیت خود را از دست می دهد. در این فرایند ، اکسیژن ، بخار آب ، مونوکسید کربن ، سولفید هیدروژن و سایر ترکیبات گوگردی دارای اثر سمی هستند.
همانطور که در مورد اکسیداسیون کاتالیزوری دی اکسید گوگرد به تری اکسید ، در سنتز آمونیاک ، کاتالیزور اثر شتاب دهنده خود را فقط در محدوده دمایی خاصی اعمال می کند. در دمای بالای 600 درجه سانتی گراد ، کاهش آهن باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری آن می شود.
با استفاده از مثال سنتز آمونیاک ، مکانیسم عمل کاتالیزور را می توان در نظر گرفت. ذکر شده است که نیترید آهن در سطح کاتالیزور آهن تشکیل می شود:
هیدروژن با نیترید واکنش می دهد ، آمونیاک به دست می آید:
FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.
سپس این روند تکرار می شود.
واکنشهای تشکیل نیترید آهن و تعامل آن با هیدروژن بسیار سریع است.
هنگام مطالعه واکنشهای اکسیداسیون آمونیاک ، پس از نشان دادن آزمایشات احتراق آمونیاک در اکسیژن و اکسیداسیون کاتالیزوری آمونیاک ، توجه دانش آموزان به این واقعیت جلب می شود که مواد اولیه در این دو مورد یکسان بود ، اما بسته به شرایط (استفاده از کاتالیزور) ، محصولات مختلفی بدست می آید. ...
اکسیداسیون آمونیاک می تواند با تشکیل مواد مختلف مطابق معادلات انجام شود:
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O ؛
4NH 3 + 4O 2 = 2N 2 O + 6H 2 O ؛
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.
کاتالیزور ، پلاتین ، تنها آخرین این واکنشها را تسریع می کند. بنابراین ، با استفاده از کاتالیزور ، می توان تعامل آمونیاک و اکسیژن را در جهت مورد نظر هدایت کرد. در صنایع شیمیایی در تولید اسید نیتریک کاربرد دارد.
شکل گیری در پایه نهم مفهوم تولید مواد شیمیایی فرصت های خوبی را برای آشنایی دانش آموزان با کنترل عملی میزان واکنش های شیمیایی در کارخانه های شیمیایی فراهم می کند.
بر اساس تعمیم دانش در مورد صنایع قبلاً مورد مطالعه (هیدروکلریک ، گوگرد ، اسیدهای نیتریک ، آمونیاک) ، معلم در دانش آموزان مفهوم بهترین شرایط را برای انجام واکنش های شیمیایی در تولید ایجاد می کند: استفاده از دمای مطلوب ، افزایش در غلظت واکنش دهنده ها ، افزایش سطح تماس واکنش دهنده ها ، استفاده از کاتالیزور. پس از آن ، به منظور شناسایی شرایطی که کاربرد هر شرط را محدود می کند ، از دانش آموزان این سال مطرح می شود: "آیا می توان درجه حرارت را برای تسریع واکنشهای شیمیایی در تولید به طور نامحدود افزایش داد؟" مشخص شده است که حرارت قوی می تواند تعادل شیمیایی را در جهت نامطلوبی تغییر داده و در صورت استفاده از کاتالیزور ، فعالیت آن را کاهش دهد. با توجه به این امر ، در تولید ، از دمای حداکثر ، اما بهینه استفاده نمی شود.
سایر شرایط برای انجام واکنشهای شیمیایی در تولید در همان طرح مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.
مطالعه مواد واقعی جدید در زمینه شیمی در کلاس های IX-X برای تجمیع بیشتر دانش در مورد میزان واکنش شیمیایی استفاده می شود.
معلم هنگام مطالعه خواص فسفر سفید می گوید که درخشش فسفر سفید در تاریکی نشان دهنده اکسیداسیون کند آن در هوا است. در مرحله بعد ، در نظر گرفته می شود که تحت چه شرایطی اکسیداسیون فسفر سفید می تواند تسریع شود. گرمایش ، تکه تکه شدن فسفر ، استفاده از اکسیژن در واقع اکسیداسیون فسفر را تسریع کرده و باعث چشمک زدن آن می شود.
دانش آموزان از روش های خود برای تسریع فرایندهای شیمیایی برای پیش بینی شرایط تشکیل سوپر فسفات استفاده می کنند. آنها می گویند که واکنش بین کلسیم فسفات درجه سوم و اسید سولفوریک را می توان با حرارت دادن ، آسیاب کلسیم فسفات ، هم زدن و افزایش غلظت اسید سولفوریک تسریع کرد. معلم ، با جمع بندی آنچه گفته شد ، می افزاید که در
در این تولید ، در واقع از گرمایش استفاده می شود ، اما برای این کار از گرمای آزاد شده در طول واکنش استفاده می کنند ، هنگامی که کلسیم فسفات درجه سوم کاملاً با اسید سولفوریک مخلوط می شود.
هنگام مطالعه مواد آلی ، دانش آموزان با فرآیندهای بسیار زیادی روبرو می شوند که با مشارکت کاتالیزورها انجام می شود ، به عنوان مثال ، تولید بنزین هواپیما ، لاستیک ، هیدروکربن های معطر.
نقش اسید سولفوریک در هیدراتاسیون اتیلن را می توان در نظر گرفت. در حضور اسید سولفوریک ، به جای واکنش آهسته افزودن آب به اتیلن (C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) ، مراحل زیر به سرعت یکی پس از دیگری پیش می رود: 1) اسید سولفوریک به اتیلن اضافه می شود و سولفات اتیل را تشکیل می دهد:
2) اتیل سولفات صابون می شود تا الکل اتیلیک و اسید سولفوریک ایجاد شود.
پس از تقطیر الکل ، اسید سولفوریک به همان میزان ظاهر می شود ، اما در تشکیل یک محصول میانی شرکت کرد. نمونه های دیگر از عملکرد کاتالیزوری اسید سولفوریک (تشکیل اتیلن و اتیل اتر از الکل اتیلیک) توسط خود دانش آموزان هنگام انجام تکالیفشان جدا می شود.
مواد یکسانی ، با کاتالیزور یکسان ، اما در دماهای مختلف ، واکنش نشان می دهند و محصولات مختلفی را تشکیل می دهند. هنگام آشنایی با خواص الکل ها باید بر این امر تأکید کرد.
برهم کنش مونوکسید کربن با هیدروژن نشان می دهد که با استفاده از کاتالیزورهای مختلف می توان محصولات آلی متفاوتی را از مواد یکسانی بدست آورد. این تعامل می تواند با تشکیل متیل الکل ، هیدروکربن ها یا الکلهای بالاتر ادامه یابد. جهت مطلوب فعل و انفعالات مواد از طریق استفاده از کاتالیزور حاصل می شود که واکنش مربوطه را تسریع می کند ، اما تأثیر قابل توجهی بر دیگران نمی گذارد. برای تسریع واکنش تشکیل متیل الکل ، از مخلوط اکسیدهای کروم با اکسید روی به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.
پس از مطالعه هیدروکربنها و ترکیبات آلی حاوی اکسیژن ، برای تعمیم دانش ، به دانش آموزان یک کار برای کار مستقل در کلاس درس یا خانه پیشنهاد می شود: همه موارد واکنش کاتالیزوری را از بخش فلان کتاب درسی انتخاب کنید و به هر دانش آموز داده می شود تنها بخشی از مطالب کتاب درسی است که می تواند در زمان تعیین شده مشاهده کند ...
با تجزیه و تحلیل روشهای صنعتی برای تولید مواد آلی ، توجه دانش آموزان را به این واقعیت جلب می کند که از تکنیک های مشابه برای کنترل میزان واکنشهای شیمیایی که در تولید مواد معدنی استفاده می شود استفاده می شود.
