촉매를 사용하면 반응 경로가 바뀝니다. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향
38. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향. 촉매의 영향에 대한 이유.
반응의 결과로 소비되지 않지만 반응 속도에 영향을 미치는 물질을 촉매라고 합니다. 반응 속도를 줄이는 촉매를 억제제라고 합니다. 촉매가 화학 반응에 미치는 영향을 촉매 작용 ... 촉매 작용의 본질은 촉매가 존재하면 전체 반응이 일어나는 경로가 바뀌고 활성화 에너지가 다른 다른 전이 상태가 형성되어 속도도 변한다는 사실에 있습니다. 화학 반응... 균질 촉매와 이종 촉매를 구별하십시오. 불균일 촉매에서 반응은 촉매 표면에서 진행됩니다. 따라서 촉매의 활성은 표면의 크기와 특성에 따라 달라집니다. 큰 표면을 가지기 위해서는 촉매가 다공성 구조를 가지거나 고도로 파편화된 상태여야 한다. 촉매는 선택성으로 구별됩니다. 촉매는 프로세스에 선택적으로 작용하여 특정 방향으로 지시합니다. 부식을 억제하기 위해 음의 촉매 작용이 사용됩니다.
39. 가역적 프로세스. 화학적 평형. 평형 상수.
한 방향으로만 진행하고 초기 반응 물질이 최종 물질로 완전히 변형되는 반응을 종료합니다. 뒤집을 수 없는... 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 . 거꾸로 할 수 있는두 개의 상호작용에서 동시에 일어나는 반응이라고 한다. 반대 방향... 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3
가역 반응은 완전히 진행되지 않습니다. 반응물 중 어느 것도 완전히 소모되지 않습니다. 가역적 과정: 처음에는 초기 물질을 혼합할 때 직접 반응 속도가 높고 역반응 속도가 0입니다. 반응이 진행됨에 따라 출발물질이 소모되고 농도가 감소하여 반응속도가 감소한다. 동시에 농도가 증가하는 반응 생성물이 나타나므로 역반응 속도가 증가합니다. 정반응과 역반응의 속도가 같을 때 화학 평형이 발생합니다. 직접 반응과 역반응이 진행되기 때문에 동적 평형이라고 하지만 동일한 속도로 인해 시스템의 변화가 눈에 띄지 않습니다. 정량적 특성 화학 평형화학 평형 상수라고 불리는 양으로 작용합니다. 평형 상태에서 정반응과 역반응의 속도는 동일하지만 평형 농도라고 하는 초기 물질 및 반응 생성물의 일정한 농도가 시스템에 설정됩니다. 2CO + O 2 = 2CO 2 의 경우 평형 상수는 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다. 첫 번째 근사값에서 평형 상수의 수치는 이 반응의 수율을 나타냅니다. 반응 수율은 얻어진 물질의 양과 반응이 끝까지 진행될 경우 얻어지는 양의 비율이다. K >> 1 반응 수율이 크고, 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. 저울의 변위에 대한 다양한 요인의 영향. 르 샤틀리에 원칙.
시스템이 평형 상태에 있으면 외부 조건이 일정하게 유지되는 한 시스템은 그대로 유지됩니다. 평형에 영향을 미치는 조건을 변경하는 과정을 평형 변위라고 합니다.
르 원리: 시스템의 경우. 찾기. 외부 영향을 발휘하기 위해 평형 상태에서 배신의 시스템. 이 영향을 보상하는 방식으로.
결과: 1) 온도의 상승으로. 균형이 바뀌었다. 흡열 반응에 찬성합니다.
2) 압력이 증가하면 평형이 변위됩니다. 더 작은 부피(또는 더 적은 수의 몰)로
3) 초기 물질 중 하나의 농도가 증가하면 평형이 반응 생성물의 농도가 증가하는 방향으로 이동하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
반응에 참여하고 속도를 증가시키고 반응이 끝날 때까지 변하지 않는 물질을 촉매.
그러한 물질의 영향으로 반응 속도가 변화하는 현상을 촉매 작용... 촉매 작용하에 진행되는 반응을 촉매.
대부분의 경우 촉매의 효과는 반응의 활성화 에너지를 감소시킨다는 사실로 설명됩니다. 촉매가 있을 때 반응은 촉매가 없을 때보다 다른 중간 단계를 거치며 이러한 단계는 에너지적으로 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 즉, 촉매의 존재하에 다른 활성화된 착물이 발생하고, 촉매 없이 발생하는 활성화된 착물의 형성에 비해 형성에 더 적은 에너지가 필요하다. 따라서 활성화 에너지가 급격히 떨어집니다. 활성 충돌에 에너지가 충분하지 않은 일부 분자는 이제 활성으로 판명됩니다.
중간체는 여러 반응에 대해 연구되었습니다. 일반적으로 매우 활동적이고 불안정한 제품입니다.
촉매의 작용 메커니즘은 중간 화합물의 형성으로 인한 반응의 활성화 에너지 감소와 관련이 있습니다. 촉매는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
A + K = A ... K
A ... K + B = AB + K,
여기서 A ... K는 중간 활성화된 화합물입니다.
그림 13.5 - 비촉매 A + B → AB 반응(곡선 1) 및 균일 촉매 반응(곡선 2)의 반응 경로 이미지.
화학 산업에서는 촉매가 널리 사용됩니다. 촉매의 영향으로 반응은 수백만 배 이상 가속화될 수 있습니다. 어떤 경우에는 촉매의 작용하에 이러한 반응이 시작될 수 있으며 이러한 반응은 이러한 조건에서 촉매 없이는 실제로 진행되지 않습니다.
구별하다 균질 및 불균일 촉매.
언제 균질 촉매촉매와 반응물은 하나의 상(기체 또는 용액)을 형성합니다. 언제 불균일 촉매촉매는 시스템에 독립 상으로 있습니다.
균일 촉매 작용의 예:
1) NO의 존재 하에서 SO 2 + 1 / 2O 2 = SO 3의 산화; NO는 NO 2로 쉽게 산화되고 NO 2는 이미 SO 2를 산화합니다.
2) 수용액에서 과산화수소의 물과 산소로의 분해: 이온 Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4, 과산화수소의 분해를 촉매하고 그것과 함께 중간 화합물을 형성하여 더 분해 산소의 방출과 함께.
균일 촉매 작용은 촉매와의 중간 반응을 통해 수행되며 결과적으로 활성화 에너지가 높은 하나의 반응이 활성화 에너지가 낮고 속도가 더 높은 여러 반응으로 대체됩니다.
CO + 1 / 2O 2 = CO 2 (촉매 - 수증기).
불균일 촉매는 화학 산업에서 널리 사용됩니다. 현재 이 산업에서 생산되는 대부분의 제품은 불균일 촉매에서 나옵니다. 불균일 촉매에서 반응은 촉매 표면에서 진행됩니다. 따라서 촉매의 활성은 표면의 크기와 특성에 따라 달라집니다. 큰("발전된") 표면을 갖기 위해서는 촉매가 다공성 구조를 가지거나 고도로 단편화된(고분산) 상태여야 합니다. 실제 적용에서 촉매는 일반적으로 다공성 구조를 갖는 담체(부석, 석면 등)에 적용됩니다.
균일 촉매의 경우와 마찬가지로 불균일 촉매에서도 활성 중간체를 통해 반응이 진행됩니다. 그러나 여기서 이러한 화합물은 촉매와 반응물의 표면 화합물입니다. 이러한 중간체가 관여하는 일련의 단계를 거치면 반응이 최종 생성물의 형성으로 종료되고 결과적으로 촉매가 소모되지 않습니다.
모든 촉매 불균일 반응에는 흡착 및 탈착 단계가 포함됩니다.
표면의 촉매 작용은 계면에서의 농도 증가와 흡착된 분자의 활성화라는 두 가지 요인으로 감소합니다.
불균일 촉매의 예:
2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (촉매 - MnO 2);
H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O(촉매 - 백금).
촉매 작용은 생물학적 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 소화 시스템, 혈액 및 동물과 인간의 세포에서 일어나는 대부분의 화학 반응은 촉매 반응입니다. 이 경우 효소라고 하는 촉매는 단순하거나 복잡한 단백질입니다. 따라서 타액에는 전분을 설탕으로 전환시키는 촉매 작용을 하는 효소 프티알린이 포함되어 있습니다. 위에서 발견되는 효소인 펩신은 단백질 분해를 촉매합니다. 인체에는 약 30,000개의 서로 다른 효소가 포함되어 있습니다. 각각의 효소는 해당 반응에 대한 효과적인 촉매 역할을 합니다.
촉매는 화학 반응을 가속화할 수 있는 물질이며, 촉매 자체는 화학 반응에서 소모되지 않습니다. 촉매가 화학 반응의 메커니즘을 변화시킨다는 것을 발견했습니다. 이 경우 낮은 에너지 장벽 높이를 특징으로 하는 다른 새로운 전이 상태가 나타납니다. 따라서 촉매의 작용하에,
프로세스의 활성화 에너지(그림 3). 중간 입자와 다양한 종류의 상호 작용에 들어가면 촉매는 반응이 끝날 때까지 변하지 않습니다. 촉매는 열역학적으로 허용되는 반응에만 영향을 미칩니다. 촉매는 반응을 일으킬 수 없습니다. 추진력에 영향을 미치지 않습니다. 촉매는 화학 평형 상수에 영향을 미치지 않습니다. 직접 및 역반응 모두의 활성화 에너지를 동일하게 감소시킵니다.
그림 3 A + B = AB 반응 과정의 에너지 다이어그램 a) 촉매가 없는 경우와 b) 촉매가 있는 경우. Ea는 비촉매 반응의 활성화 에너지입니다. Еа 1 및 Еа 2 - 촉매 반응의 활성화 에너지; AK - 시약 중 하나와 촉매의 중간 반응성 화합물; A ... K, AK ... B - 촉매 반응의 활성화된 착물; А ... В - 비촉매 반응의 활성화된 복합체; ∆E 고양이. - 촉매의 영향으로 활성화 에너지 감소.
균질 촉매와 이종 촉매를 구별하십시오. 첫 번째 경우 촉매는 시약과 같은 상이고 두 번째 경우 촉매는 고체이며 표면에서 시약 사이에서 화학 반응이 일어납니다.
화학 평형
화학 반응은 일반적으로 가역적 반응과 비가역적 반응으로 나뉩니다. 비가역적 화학 반응은 초기 물질 중 적어도 하나가 완전히 소모될 때까지 진행됩니다. 반응 생성물은 서로 전혀 상호 작용하지 않거나 원래의 것과 다른 물질을 형성합니다. 그런 반응은 거의 없습니다. 예를 들어:
2KСlO 3 (tv) = 2KCl (tv) + 3O 2 (g)
전해질 용액에서 침전물, 가스 및 약한 전해질(물, 복합 화합물)의 형성을 포함하는 반응은 실질적으로 비가역적인 것으로 간주됩니다.
대부분의 화학 반응은 가역적입니다. 그들은 앞뒤로 움직입니다. 이것은 순방향과 역방향 과정의 활성화 에너지가 미미하고 반응 생성물이 초기 물질로 전환될 수 있을 때 가능합니다. 예를 들어, HI 합성 반응은 일반적으로 가역적인 반응입니다.
H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)
정방향 및 역방향 프로세스에 대한 질량 작용 법칙(반응 속도의 표현)은 각각 다음과 같은 형식을 갖습니다. = ∙; 
= 2
어느 시점에서 정반응과 역반응의 비율이 같아지는 상태가 발생합니다. = (그림 4).
그림 4 정방향(및 역방향(시간 t에 대한 반응)의 속도 변화
이 상태를 화학적 평형이라고 합니다. 그것은 본질적으로 동적(이동성)이며 외부 조건의 변화에 따라 한 방향 또는 다른 방향으로 이동할 수 있습니다. 평형 순간부터 일정한 외부 조건 하에서 초기 물질과 반응 생성물의 농도는 시간이 지남에 따라 변하지 않습니다. 평형 상태에 해당하는 시약의 농도는 평형... 시약의 평형 농도를 결정하려면 초기 농도에서 평형 상태가 시작될 때까지 반응한 물질의 양을 빼야 합니다. 와 함께 동일한 = C 참조 - 와 함께 선조... 반응에 들어가고 생성물의 평형 시간까지 형성되는 시약의 양은 반응식의 화학량론적 계수에 비례합니다.
외부 조건이 변하지 않은 상태에서 평형 상태는 임의로 오랫동안 존재할 수 있습니다. 평형 상태에서
∙ = [2, 어디서 / [= 2 / ∙.
일정한 온도에서 순방향 및 역방향 프로세스의 속도 상수는 일정한 값입니다.
두 상수의 비율은 상수 K = /의 값이기도 하며 화학 평형 상수... 표현할 수 있다
반응물의 농도 = 또는 분압을 통해 
반응이 가스의 참여로 진행되는 경우.
일반적으로 aA + bB +… ⇄cC + dD +… 그들의 화학량론적 계수와 동일합니다.
화학 평형 상수는 공정의 경로에 의존하지 않으며 평형 상태에 도달할 때까지 과정의 깊이를 결정합니다. 이 값이 클수록 시약이 제품으로 전환되는 정도가 커집니다.
반응속도상수와 마찬가지로 화학평형상수는 온도와 반응물질의 성질의 함수이며 농도에 의존하지 않는다.
불균일 공정의 경우 고체의 농도는 반응 속도 및 화학 평형 상수에 대한 표현에 포함되지 않습니다. 반응은 시간이 지남에 따라 농도가 일정하게 유지되는 고체상의 표면에서 진행됩니다. 예를 들어 반응의 경우:
FeO(tv) + CO(g) ⇄ Fe(tv) + CO 2(g)
평형 상수에 대한 식은 다음과 같습니다.
K p와 K with는 관계에 의해 관련됩니다. 케이 NS = 케이 씨 (RT) ∆ N, 여기서 n = n prod. -n의 원래 물질 - 몰 수의 변화 텅빈반응 중 물질. 이 반응의 경우 n 기체 물질이 0과 같기 때문에 K p = K c입니다.
촉매가 화학 반응 속도를 증가시키는 이유는 무엇입니까? 그들은 대중의 지혜에 따라 행동하는 것으로 나타났습니다. "영리한 사람은 언덕에 오르지 않고 영리한 사람은 산을 우회합니다." 물질이 상호작용을 시작하려면 입자(분자, 원자, 이온)에 활성화 에너지라고 하는 특정 에너지가 필요합니다(그림 13, a). 촉매는 반응 물질 중 하나와 결합하고 "에너지 산"을 따라 전도하여 더 적은 에너지를 가진 다른 물질과 만나 이 에너지를 낮춥니다. 따라서 촉매가 존재하면 화학 반응이 더 빨리 진행될 뿐만 아니라 더 낮은 온도에서도 진행되어 생산 공정 비용이 절감됩니다.
쌀. 13.
기존 (a) 및 선택적 (b) 촉매를 사용한 촉매 반응의 에너지 다이어그램
뿐만 아니라. 촉매를 사용하면 동일한 물질이 다른 방식으로 반응할 수 있습니다. 즉, 다른 제품이 형성됩니다(그림 13, b). 예를 들어, 암모니아는 산소에 의해 질소와 물로 산화되고 촉매가 있는 경우 산화질소(II)와 물로 산화됩니다(반응식을 기록하고 산화 및 환원 과정을 고려함).
화학 반응의 속도나 반응이 진행되는 경로를 변경하는 과정을 촉매라고 합니다. 반응뿐만 아니라 동종 및 이종 유형의 촉매가 구별됩니다. 효소를 사용하는 경우 촉매 작용을 효소라고합니다. 이러한 유형의 촉매 작용은 고대부터 인간에게 알려져 있습니다. 유기 물질의 효소적 분해 덕분에 인간은 빵 굽는 법, 맥주 양조법, 포도주와 치즈 만드는 법을 배웠습니다(그림 14).
쌀. 십사.
고대부터 인간은 빵을 굽고, 맥주를 만들고, 포도주를 만들고, 치즈를 만들 때 일어나는 촉매 작용을 사용했습니다.
일상 생활에서 가장 유명한 것은 세제의 일부인 효소입니다. 세탁하는 동안 얼룩과 불쾌한 냄새를 세탁물에서 제거 할 수 있습니다.
화학 실험을 통해 촉매에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
과산화수소(일상 생활에서 종종 과산화수소라고 함)는 가정의학 캐비닛에 필요한 약물입니다(그림 15).
쌀. 15.
과산화수소 용액
이 약은 보관 중에 분해되므로 만료 날짜를 이 약과 함께 포장에 표시해야 합니다.
그러나 정상적인 상황에서는 이 과정이 너무 느리게 진행되어 산소의 방출을 눈치채지 못하며, 과산화수소가 오랫동안 저장되어 있던 병을 열어야만 약간의 가스가 방출되는 것을 볼 수 있습니다. . 이 프로세스를 어떻게 가속화할 수 있습니까? 실험실 실험을 해보자.
실험실 실험 No. 9 망간(IV) 산화물을 이용한 과산화수소 분해
실험실 실험 No. 10
식품에서 카탈라아제 검출
촉매는 생산 공정을 보다 경제적으로 만들 뿐만 아니라 환경 보호에도 크게 기여합니다. 따라서 현대 승용차에는 촉매 장치가 장착되어 있으며 내부에는 셀룰러 세라믹 촉매 담체 (백금 및 로듐)가 있습니다. 그것들을 통과하면 유해 물질 (탄소 산화물, 질소, 미연 가솔린)이 이산화탄소, 질소 및 물로 변환됩니다 (그림 16).
쌀. 16.
배기 가스의 질소 산화물을 무해한 질소로 전환시키는 자동차의 촉매 변환기
그러나 화학 반응의 경우 반응 속도를 높이는 촉매뿐만 아니라 반응을 늦출 수 있는 물질도 중요합니다. 이러한 물질을 억제제라고 합니다. 가장 잘 알려진 것은 금속 부식 억제제입니다.
실험실 실험 No. 11
urotropin과 함께 산과 금속의 상호 작용 억제
평범한 사람의 어휘에서 화학에서 빌린 단어가 종종 발견됩니다. 예를 들어, 항산화제 또는 항산화제. 항산화제라고 불리는 물질은 무엇입니까? 버터를 오랫동안 보관하면 색, 맛이 변하고 불쾌한 냄새가납니다. 공기 중에서 산화됩니다. 식품 부패를 방지하기 위해 항산화제가 첨가됩니다. 원치 않는 산화 과정이 신체에서 일어나기 때문에 사람이 아프고 피곤하며 노화가 빨라지기 때문에 인간의 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 인체는 예를 들어 카로틴(비타민 A)과 비타민 E를 함유한 식품을 섭취함으로써 항산화제를 섭취합니다(그림 17).
쌀. 17.
항산화제: α-β-카로틴; b - 비타민 E
따라서 화학 반응 속도는 촉매 및 억제제, 온도 변화, 반응물의 농도, 압력(균질 기체 반응의 경우), 반응물의 접촉 면적(불균일한 공정의 경우)의 도움으로 제어할 수 있습니다. 그리고 물론 화학 반응의 속도는 반응하는 물질의 성질에 따라 다릅니다.
새로운 단어와 개념
- 촉매.
- 효소.
- 촉매 작용(균질, 불균일, 효소).
- 억제제.
- 항산화제
독학 과제
- 촉매란 무엇입니까? 그들은 화학 반응에서 어떤 역할을 하나요? 촉매가 화학 반응의 흐름을 가속화하는 이유는 무엇입니까?
- 효소 촉매 작용은 인류 문명의 역사에서 어떤 역할을 했습니까?
- 현대 제조에서 촉매의 역할에 대한 보고서를 준비하십시오.
- 현대 제조에서 억제제의 역할에 대한 보고서를 준비하십시오.
- 의학 및 식품 산업에서 항산화제의 역할에 관한 논문을 준비하십시오.
중등 학교의 9-10학년에서는 화학 반응 속도, 화학 변형 속도에 대한 다양한 요인의 영향에 대한 개념을 계속 형성하고, 촉매 및 촉매에 대한 지식을 확장 및 심화하고, 다음과 같은 몇 가지 아이디어를 제공합니다. 촉매 현상의 메커니즘.
"알칼리 금속"이라는 주제에서 나트륨과 물 및 염산의 상호 작용, 칼륨과 나트륨과 물의 상호 작용과 같은 실험을 시연하면서 교사는 이러한 반응 중 일부가 다른 것보다 동일한 조건에서 더 빠르게 진행된다는 점을 강조합니다. 예를 들어, 나트륨은 물보다 염산과 더 격렬하게 반응합니다. 칼륨은 나트륨보다 물과 더 격렬하게 반응합니다. 나트륨, 구리, 안티몬, 수소, 유기 물질의 염소 연소 실험 후 다음과 같은 질문을 할 수 있습니다. "왜 안티몬 분말을 조각이 아닌 염소 연소에 사용했습니까? 얇은 구리 와이어 묶음이 염소에서 타는 이유는 무엇입니까? 굵은 철사는 타지 않는다?" 이러한 경우 물질의 상호 작용의 차이는 물질 자체의 특성과 원자 구조 또는 다른 접촉 표면에 의해 설명됩니다.
같은 주제에서 학생들에게 염산의 특성을 소개할 때 이 산과 금속(아연, 마그네슘) 간의 반응이 시간이 지남에 따라 가속화되는 이유를 찾는 것이 유용합니다. 가속은 특히 이러한 반응 동안 많은 양의 열이 방출되고 물질이 가열됨에 따라 상호 작용 속도가 증가한다는 사실에 달려 있습니다.
알루미늄과 요오드의 상호작용 반응의 예를 사용하여 촉매가 무엇인지 상기하고 물이 촉매가 될 수 있음을 보여주어야 합니다. 요오드와 알루미늄 분말의 혼합물을 슬라이드의 석면 메쉬에 붓고 몇 방울의 물을 붓습니다. 물의 영향을받는 물질의 상호 작용이 가속화되고 화염이 발생합니다. 선생님은 도자기 컵에서 그물에 붓지 않은 혼합물에서 플래시가 발생하지 않았지만 잠시 후 물 없이 발생할 수 있다는 사실에 주목합니다.
물은 알루미늄과 요오드의 상호 작용을 가속화할 뿐만 아니라 많은 화학 공정에서 촉매 역할을 한다는 점에 유의해야 합니다. 기술에 사용되는 다양한 가스의 연소에서 물의 촉매 작용은 매우 중요합니다.
과산화수소의 특성을 고려할 때 과산화수소는 매우 취약한 물질임을 나타냅니다. 유리 제품에 보관하면 열 방출과 함께 천천히 분해됩니다.
2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46kcal
교사는 학생들에게 과산화수소의 분해를 가속화하는 조건을 나열하도록 요청합니다. 그들은 할 수있다
이 경우 1) 가열, 2) 촉매의 영향, 3) 용액 농도의 증가를 나타냅니다. 빛 속에서도 과산화수소의 분해가 더 빠르다고 덧붙일 수 있는데, 이는 과외활동 경험으로 확인할 수 있다. 랙에 고정된 두 개의 플라스크에 과산화수소를 붓고 가스관이 있는 마개로 닫습니다. 뒤집힌 실린더 또는 물로 채워진 시험관 아래에 튜브를 놓고 물이 담긴 넓은 용기에 내립니다. 플라스크 중 하나를 검은색 종이로 감쌉니다. 태양이 비치는 창에 장치를 두거나 75-100V의 전기 램프로 조명하십시오. 이 실험은 빛의 영향으로 과산화수소가 빠르게 분해되는 것을 보여줄 것입니다.
그런 다음 수업의 학생들은 촉매 작용에 따른 과산화수소 분해 속도의 변화를 독립적으로 연구합니다. 작업을 위해 그들은 과산화수소, 이산화망간, 진한 염산, 파편, 깔때기, 여과지, 여러 시험관의 3-5 % 용액을 제공합니다.
작업: 1) 발행된 용액에서 과산화수소의 분해가 진행되고 있는지 확인합니까? 2) 이산화망간을 사용하여 과산화수소의 분해반응을 촉진시킨다. 3) 이산화망간이 반응의 결과로 화학적으로 변하지 않음을 증명함 * 4) 이미 촉매로 사용된 이산화망간이 과산화수소의 분해를 다시 가속화할 수 있음을 증명함.
* (가열되면 염산으로 시료를 채취합니다.)
독립적인 작업을 완료한 후 교사는 다양한 촉매를 사용하여 동일한 화학 반응을 가속화할 수 있으며 무기 물질(과산화수소)의 분해가 유기 촉매인 효소에 의해 가속화된다는 것을 보여줍니다. 3% 과산화수소 용액을 작은 비커에 부은 다음 작은 생고기 조각을 넣습니다. 카탈라아제 효소가 동물의 혈액과 조직에 포함되어 있기 때문에 용액에서 산소가 집중적으로 방출됩니다. 효소는 반응의 우수한 천연 촉진제라는 점을 강조해야 합니다. 미래 화학의 중요한 과제 중 하나는 조성과 촉매 특성이 효소와 유사한 촉매를 인공적으로 생산하고 산업적으로 적용하는 것입니다.
유리 용기에 보관할 때 과산화수소의 분해가 더 빨리 진행되는 이유를 설명하기 위해 실험을 수행했습니다. 세 개의 시험관에 과산화수소 용액을 붓고 그 중 하나에 황산 용액을 넣고 다른 하나에는 가성 소다를 넣고 세 번째는 비교를 위해 남겨 둡니다 (대조 용액). 세 가지 용액 모두 가열됩니다(끓지 않도록). 산소는 과산화수소와 수산화나트륨 용액이 있는 시험관에서 강하게 방출되고, 대조 용액이 있는 시험관에서는 덜 강하게 방출됩니다. 황산(수소 이온)이 있으면 과산화수소는 분해되지 않습니다. OH 이온은 과산화수소의 분해를 촉매하므로 유리 제품에서 벽이 수산기 이온을 용액으로 방출하면 과산화수소가 쉽게 분해됩니다.
화학 반응 속도에 대한 지식의 통합 및 개발은 계속됩니다. 촉매 없이 가열된 유리관에 이산화황과 산소의 혼합물을 통과시키면서 교사는 이러한 조건에서 황산 무수물의 형성이 눈에 띄지 않는다는 것을 보여주고 학생들에게 기체의 상호 작용이 어떻게 가속화될 수 있는지 묻습니다. 대화에서 촉매를 사용하지 않고 시약 농도를 높이고 온도를 높이는 것과 같은 반응을 가속화하는 방법은 필요한 결과를 얻지 못하는 것으로 나타났습니다. 이산화황의 황산으로의 산화 반응은 가역적입니다.
2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,
온도의 증가는 황산 무수물의 형성보다 더 큰 정도로 분해를 가속화합니다.
산화철이 이산화황의 산화 반응에 대한 촉매가 될 것인지를 확인한다. 산화철이 있는 상태에서 이산화황의 무수 황산으로의 접촉 산화를 시연할 때 공기 중에서 발연하는 무수 황산의 생성이 관찰됩니다. 그런 다음 반응이 산화철을 화학적으로 변화시키지 않는다는 것을 발견했습니다. 이렇게하려면 산화철의 동일한 부분으로 이산화황을 황산 무수물로 접촉 산화하는 경험을 반복하십시오. 이산화황의 산화를 촉진하기 위해 다양한 촉매가 사용될 수 있음을 추가로 주목한다. 산화철 외에 백금이 화학공업에서 사용되었고, 지금은 오산화바나듐 V 2 O 5 *가 사용된다.
* (현재 사용되는 바나듐 촉매는 복잡한 조성을 가지고 있습니다(참조: D. A. Epshtein. Chemistry teacher about chemical technology, Moscow, Publishing House of the Academy of Pedagogical Sciences of RSFSR, 1961).)
또한 가역성에 영향을 미치지 않도록 촉매의 특성을 강조하고 반응을 가속화하는 것이 중요합니다. 이산화황의 황산으로의 산화 반응은 촉매를 사용하는 경우 가역성을 유지합니다.
황산 생산을 위한 접촉 방법을 연구할 때 산업에서 촉매의 사용을 고려할 필요가 있습니다. 촉매가 없으면 많은 양의 무수 황산을 빠르게 생산할 수 없지만 사용은 공정 조건에 대한 몇 가지 추가 요구 사항을 높입니다. 사실은 반응물에 대한 불순물이 촉매에 부정적인 영향을 미친다는 것입니다. 그들이 말했듯이 삼산화 비소는 바나듐 촉매에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 불순물로부터 반응 가스를 철저히 청소할 필요가 있습니다.
학생들이 촉매가 중독된 이유에 대해 질문하는 경우 교사는 먼저 중간체 형성 이론을 사용하여 촉매의 작용을 설명한 다음 불순물의 유독한 영향을 고려합니다.
촉매의 도움으로 반응의 가속은 출발 물질과 깨지기 쉬운 화합물을 형성한 다음 다시 자유 형태로 분리된다는 사실 때문에 발생합니다. 이러한 반응은 이산화황과 산소 사이의 반응보다 훨씬 빠릅니다. 촉매와 비가역적인 반응을 일으키는 가스 혼합물에 불순물이 있으면 중독됩니다. 가스를 조심스럽게 청소하더라도 황산 생산에 사용되는 촉매의 활성은 시간이 지남에 따라 감소합니다. 그것의 "노화"는 점진적인 중독뿐만 아니라 촉매 표면의 상태를 변화시키는 장기간의 가열 및 기계적 파괴로 인해 발생합니다. 촉매의 전체 표면이 촉매 반응에 참여하는 것이 아니라 트리밍된 부분(활성 중심)만 "노화" 동안 이러한 중심의 수가 감소합니다.
이전 섹션에서는 원자 구조 이론의 관점에서 화학 반응의 여기에 대한 에너지의 영향을 학생들에게 어떻게 설명해야 하는지에 대해 논의했습니다. 이렇게하면 가열되면 화학 반응이 가속화되는 이유에 대한 문제를 해결할 수 있습니다. 학생들은 물질의 온도가 상승함에 따라 활성 분자의 수가 증가하고 분자의 이동 속도와 단위 시간당 접촉 횟수가 증가한다는 것을 알고 있습니다. 활성 분자의 원자에서 전자는 더 높은 에너지 준위로 이동하며 이러한 분자는 불안정하고 다른 물질의 분자와 더 쉽게 반응할 수 있습니다.
전해 해리 이론을 통해 산, 염 및 염기 용액 간의 반응이 거의 순간적으로 일어나는 이유를 설명할 수 있습니다. 이러한 물질의 용액에는 이미 활성 입자인 반대 전하를 띤 이온이 포함되어 있습니다. 따라서 산, 염 및 염기의 수용액 사이의 반응은 매우 빠르게 진행되며 동일한 물질 사이의 반응과 크게 다르지만 건조한 형태로 취합니다.
"화학 반응 속도"라는 주제에 대한 수업을 시작하면서 교사는 화학 반응이 다른 속도로 진행될 수 있음을 상기시킵니다. 화학 반응에 영향을 미치는 조건에 대한 연구는 실제적으로 매우 중요합니다.
화학 반응 속도를 어떻게 측정할 수 있습니까?
학생들은 화학 변형 속도는 반응에 들어간 물질이나 특정 시간에 얻은 물질의 양으로 판단할 수 있고 기계적 운동 속도는 단위 시간당 신체가 이동하는 경로로 측정된다는 것을 이미 알고 있습니다. ; 이 속도를 계산하려면 공식을 사용하십시오.
여기서 v는 속도, S는 경로, t는 시간입니다.
이를 염두에 두고 학생들은 화학 반응 속도를 계산하는 공식을 유추하여 작성합니다.
여기서 m은 시간 t 동안 반응에 들어갔거나 반응 결과로 얻은 물질의 양입니다.
이 공식의 단점이 무엇인지 고려하십시오. 그것을 사용할 때 계산 된 반응 속도는 동일한 조건에서 동일한 물질의 두 부분에 대해서도 다른 것으로 나타났습니다.
1초에 15g의 물질이 용기에서 분해된다고 가정합니다. 칸막이가이 용기에 도입되면 그 안의 물질을 1 : 2의 비율로 두 부분으로 나눌 때 첫 번째 (더 작은) 부분에서 반응은 5g / sec의 속도로 진행됩니다 , 그리고 두 번째 - 10g / sec.
계산된 속도가 초기 물질의 양이 아니라 반응 자체를 특성화하기 위해서는 부피로 언급되는 반응 물질의 질량 변화, 즉 의 변화를 고려해야 합니다. 반응 물질의 농도. 따라서 화학 반응 속도는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
v = c 0 -c t / t
여기서 c 0 는 반응 물질의 초기 농도이고, c t 는 t 초 후 동일한 물질의 농도입니다. 속도를 계산할 때 농도는 일반적으로 리터당 몰로 표시되고 시간은 초로 표시됩니다.
이 수업은 화학 반응 속도를 높이는 가장 중요한 방법에 중점을 둡니다. 이를 위해 화학 반응 속도가 반응 물질의 농도에 의존한다는 것을 보여주는 실험실 실험이 수행됩니다.
실험을 위해 학생 테이블에 다음 장비가 사용됩니다. 1) 세 개의 시험관이 있는 삼각대 중 하나에는 요오드화나트륨 또는 요오드화칼륨(2-3핀 헤드)의 결정이 있고 다른 하나에는 - 염화 제2철 용액 및 세 번째 - 비어 있음; 2) 플라스크 또는 물 한 컵; 3) 두 개의 동일한 유리관; 4) 유리 막대.
교사는 학생들에게 실험을 준비하도록 요청합니다. 1) 요오드화나트륨에 물을 첨가하여 용액의 1/2 시험관을 만들고, 막대기로 액체를 혼합하고, 2) 생성된 용액의 1/3을 다른 시험관에 붓습니다. , 3) 시험관에 있는 요오드화나트륨(또는 요오드화칼륨) 용액의 부피가 동일하도록 물 용액이 든 시험관을 주조 용액에 추가한다.
교사는 학생들이 지시 사항을 이해하는 방법을 확인하기 위해 질문을 합니다.
1) 두 번째 시험관에 요오드화나트륨용액을 몇 번 희석하였는가?
2) 첫 번째 튜브의 소금 농도가 두 번째 튜브보다 몇 배나 더 높습니까?
용액 중 하나의 농도는 다른 용액의 농도의 두 배입니다. 그 후, 두 가지 준비된 용액에서 염화 제2철과 요오드화 나트륨의 반응이 수행되어 유리 요오드가 방출됩니다.
2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,
2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.
학생들은 어떤 시험관에서 염류의 상호작용 속도가 더 크며 어떤 기준으로 이를 판단할 수 있는지 결정합니다. 가정은 경험에 의해 검증됩니다.
요오드화 나트륨(또는 요오드화 칼륨) 용액이 있는 두 시험관에 먼저 같은 양의 전분 페이스트(1-2ml)를 부은 다음 저어준 후 5-10% 염화 제2철 용액 몇 방울을 떨어뜨립니다. 두 시험관에 동시에 염화 제2철 용액을 첨가하는 것이 좋습니다. 더 높은 농도의 용액이 있는 시험관에서 파란색이 더 잘 나타납니다. 용액의 농도가 더 높은 시험관에서 요오드 이온은 제2철 이온과 더 자주 발견되므로 더 자주 상호 작용합니다. 반응이 더 빨리 진행됩니다.
교사는 공기 중의 유황 연소를 보여주고 학생들에게 이 반응을 가속화할 수 있는 방법을 묻습니다. 학생들은 연소하는 황을 산소에 넣고 이 실험을 할 것을 제안합니다. 실험 분석을 기반으로 일반적인 결론이 내려집니다. 화학 반응 속도는 반응 물질의 농도(단위 부피당 이온 또는 분자 수)에 따라 달라집니다.
그들은 반응 물질 표면의 화학 반응 속도에 대한 영향에 대한 질문으로 돌아갑니다. 학생들은 반응물의 교반 및 분쇄와 같은 반응을 회상합니다. 암모니아와 소석회 혼합물 분쇄, 작은 대리석 또는 아연 조각과 염산의 상호 작용, 노즐에서 분쇄된 연료 연소, 금속 및 황철석 제련에서 분쇄된 광석 사용 황산 생산. 황산 생산에서 황철광을 굽는 조건이 더 자세히 논의됩니다. 이산화황을 얻으려면 큰 조각으로 취한 황철광보다 빨리 연소하기 때문에 분쇄 된 황철광이 사용됩니다. 미분된 황철광의 연소는 노즐에서 공기의 흐름과 함께 배출되는 경우와 유동층에서 연소될 때 황철광 조각의 전체 표면이 공기와 접촉할 때 특히 빠르게 진행됩니다.
심하게 분쇄된 가연성 물질과의 화학 반응은 폭발을 동반할 수 있음을 명심해야 합니다. 예를 들어, 설탕 공장에서 설탕 가루 폭발이 있었습니다.
고체가 더 많이 분쇄될수록 참여하는 화학 반응의 속도가 빨라진다는 결론이 내려집니다.
그런 다음 화학 반응 속도에 대한 온도의 영향을 분석합니다. 같은 양의 황산 용액을 차아황산염 용액의 1/4이 포함된 시험관에 붓습니다. 이 실험과 병행하여 차아황산염과 황산의 가열 용액을 붓습니다.
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S ↓
용액이 흐려질 때까지의 시간을 기록합니다. 선생님은 온도가 10 ° C 상승하면 대부분의 반응 속도가 2-3 배 증가한다고 말합니다.
습득한 지식을 바탕으로 학생들은 물질이 가열될 때 화학 반응의 가속을 설명할 기회를 얻습니다.
이 수업에서는 학생들이 과산화수소의 분해와 이산화황의 산화의 예를 통해 알게 되었기 때문에 물질의 촉매 작용에 대한 경험을 보여줄 필요가 없습니다. 그들은 그들에게 알려진 촉매 반응을 나열하고 촉매 및 촉매의 정의를 제공합니다.
이 단원에서 지식을 통합하기 위해 다음과 같은 질문을 제공합니다.
- 화학 반응의 속도를 결정하는 것은 무엇입니까? 예를 들다.
- 어떤 조건에서 화학 반응 속도가 증가합니까?
- 전해 해리 이론에 비추어 볼 때 아연과 아세트산의 상호 작용 중 수소 방출이 아연과 염산의 상호 작용보다 훨씬 더 느리게 발생한다고 어떻게 설명할 수 있습니까?
- 아연과 염산의 상호 작용을 가속화하기 위해 어떤 방법을 사용할 수 있습니까?
- 공기 중에서 연기가 나는 파편이 왜 산소 속에서 폭발합니까?
- 당신은 탄산칼슘과 염산의 상호작용이 천천히 진행되는 두 개의 시험관을 받았습니다. 다른 기술을 사용하여 각 튜브의 화학 반응 속도를 높이십시오.
- 온도가 증가함에 따라 화학 반응 속도가 증가하는 이유는 무엇입니까?
- 황산 생산에 화학 반응을 가속화하는 방법은 무엇입니까?
- 당신이 알고 있는 어떤 화학 반응이 촉매에 의해 촉진되는지 나열하십시오.
암모니아 합성의 반응을 공부할 때 학생들은 다시 촉매의 사용을 접하게 되며, 이전에 얻은 촉매와 촉매에 대한 정보를 통합하면서 이 지식을 어느 정도 발전시킬 수 있습니다.
교사는 암모니아 합성 및 질소와 수소로의 분해와 같은 두 가지 반응이 동일한 촉매의 존재 하에서 진행된다는 사실에 주목합니다. 환원된 철은 직접 반응과 역반응을 동일한 정도로 가속화합니다. 따라서 촉매는 화학 평형을 이동시키지 않고 이 상태를 보다 빠르게 달성하는 데 기여할 뿐입니다. 이 위치에 대한 이해도를 테스트하기 위해 교사는 다음과 같은 질문을 합니다.
- 고압 및 가열 조건에서 촉매 없이 질소와 수소의 혼합물로부터 암모니아를 생산하는 것이 가능합니까? 왜요?
- 암모니아 합성 반응은 가열과 촉매에 의해 가속화됩니다. 이러한 조건이 화학 평형에 미치는 영향의 차이점은 무엇입니까?
학생들에게 생산 중 암모니아 합성을 소개하면서 교사는 가스(수소 및 질소)에 불순물이 사전에 제거되지 않으면 촉매가 빠르게 활성을 잃는다고 지적합니다. 이 과정에서 산소, 수증기, 일산화탄소, 황화수소 및 기타 황 화합물은 독성 효과가 있습니다.
이산화황을 삼산화황으로 촉매 산화하는 경우와 마찬가지로 암모니아 합성에서도 촉매는 특정 온도 범위 내에서만 가속 효과를 발휘합니다. 600 ° C 이상의 온도에서 환원된 철은 촉매 활성을 감소시킵니다.
암모니아 합성의 예를 사용하여 촉매의 작용 메커니즘을 고려할 수 있습니다. 철 촉매의 표면에 질화철이 형성됨을 알 수 있습니다.
수소는 질화물과 반응하여 암모니아를 얻습니다.
FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.
그런 다음 프로세스가 반복됩니다.
질화철의 형성과 수소와의 상호작용 반응은 매우 빠릅니다.
암모니아 산화 반응을 연구할 때, 산소에서 암모니아의 연소와 암모니아의 촉매 산화에 대한 실험을 시연한 후, 학생들은 이 두 경우의 출발 물질이 동일하지만 조건에 따라 다르다는 사실에 주목합니다. (촉매의 사용), 다른 제품이 얻어진다. ...
암모니아의 산화는 다음 방정식에 따라 다른 물질의 형성과 함께 진행될 수 있습니다.
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.
촉매인 백금은 이러한 반응의 마지막 부분만 가속화합니다. 따라서 촉매를 사용하여 암모니아와 산소의 상호작용을 원하는 방향으로 유도하는 것이 가능하다. 그것은 질산 생산의 화학 산업에서 응용 프로그램을 찾습니다.
화학 생산 개념의 9 학년 형성은 학생들에게 화학 공장의 화학 반응 속도를 실제로 제어할 수 있는 기회를 제공합니다.
이전에 연구한 산업(염산, 황산, 질산, 암모니아)에 대한 지식의 일반화를 바탕으로 교사는 학생들에게 생산에서 화학 반응을 수행하기 위한 최상의 조건, 즉 최적의 온도 사용, 반응물의 농도, 반응물의 접촉 표면의 증가, 촉매의 사용. 그런 다음 각 조건의 적용을 제한하는 상황을 확인하기 위해 학생들에게 "생산에서 화학 반응을 가속화하기 위해 온도를 무기한으로 올릴 수 있습니까?"라는 질문을 받습니다. 강한 가열은 화학평형을 바람직하지 않은 방향으로 이동시킬 수 있고, 촉매를 사용하는 경우 활성을 감소시킬 수 있음을 발견하였다. 이를 고려하여 생산 시 최대가 아니라 최적의 온도가 사용됩니다.
생산에서 화학 반응을 수행하기 위한 다른 조건은 동일한 계획에서 분석됩니다.
IX-X 수업에서 화학에 관한 새로운 사실적 자료에 대한 연구는 화학 반응 속도에 대한 지식을 더욱 강화하는 데 사용됩니다.
백린의 특성을 연구할 때 교사는 어둠 속에서 백린의 빛이 공기 중에서 천천히 산화된다는 것을 나타냅니다. 다음으로, 백린의 산화를 촉진할 수 있는 조건은 무엇인지 고찰한다. 가열, 인의 단편화, 산소의 사용은 실제로 인의 산화를 가속화하여 플래시를 유발합니다.
학생들은 화학 공정을 가속화하여 과인산 염 형성 조건을 예측하는 방법에 대한 지식을 사용합니다. 그들은 가열, 인산 칼슘 분쇄, 교반, 황산 농도 증가에 의해 3 차 인산 칼슘과 황산 사이의 반응이 가속화 될 수 있다고 말합니다. 선생님은 말씀하신 내용을 요약하면서 다음과 같이 덧붙입니다.
이 생산에서는 가열이 실제로 사용되지만 이를 위해 분쇄된 3차 인산칼슘이 황산과 완전히 혼합될 때 반응 자체 중에 방출되는 열을 사용합니다.
유기 물질을 연구하면서 학생들은 항공기 가솔린, 고무, 방향족 탄화수소의 생산과 같이 촉매의 참여로 이어지는 매우 많은 공정에 직면하게 됩니다.
에틸렌의 수화에서 황산의 역할을 고려할 수 있습니다. 황산이 있는 상태에서 에틸렌에 물을 첨가하는 느린 반응(C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) 대신 다음 과정이 차례로 빠르게 진행됩니다. 1) 황산 에틸렌에 첨가하여 에틸 설페이트를 형성합니다.
2) 에틸설페이트를 비누화하여 에틸알코올과 황산을 생성한다.
알코올을 증류 제거한 후 황산은 같은 양으로 나타나지만 중간 생성물의 형성에 참여했습니다. 황산의 촉매 작용(에틸 알코올로부터 에틸렌과 에틸 에테르 형성)의 다른 예는 숙제를 할 때 학생들이 스스로 분해합니다.
동일한 물질, 동일한 촉매, 그러나 다른 온도에서 반응하여 다른 생성물을 형성합니다. 이것은 알코올의 특성에 익숙해질 때 강조되어야 합니다.
일산화탄소와 수소의 상호 작용은 다른 촉매를 사용하여 동일한 물질에서 다른 유기 생성물을 얻을 수 있음을 보여줍니다. 이 상호 작용은 메틸 알코올, 탄화수소 또는 고급 알코올의 형성으로 진행될 수 있습니다. 물질 상호 작용의 원하는 방향은 해당 반응을 가속화하지만 다른 반응에는 크게 영향을 미치지 않는 촉매를 사용하여 달성됩니다. 메틸 알코올 형성의 반응을 가속화하기 위해 산화 크롬과 산화 아연의 혼합물이 촉매로 사용됩니다.
탄화수소 및 산소 함유 유기 화합물을 연구한 후 지식을 일반화하기 위해 학생들에게 교실이나 집에서 독립적인 작업을 위한 과제가 제공됩니다. 교과서의 이러한 섹션에서 촉매 반응의 모든 사례를 선택하고 각 학생에게 주어진 그가 할당된 시간에 볼 수 있는 교과서 자료의 그런 부분만 ...
유기 물질을 얻는 산업적 방법을 분석하면 동일한 기술이 무기 물질 생산에 사용되는 화학 반응 속도를 제어하는 데 사용된다는 사실에 학생들의 주의를 환기시키는 데 유용합니다.
