Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

§ 42. Залежність швидкості реакції від наявності каталізатора і від площі поверхні зіткнення реагуючих речовин

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• що таке каталізатори і для чого їх використовують;
• чому каталізатор може прискорювати реакцію;
• як впливає величина площі поверхні реагуючих речовин на швидкість реакції.

Одним із найпоширеніших методів прискорення хімічних реакцій (крім підвищення температури, тиску) є використання каталізаторів — речовин, які змінюють швидкість хімічної реакції.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Залежність швидкості хімічної реакції від наявності каталізатора та площі його поверхні

• Розкладання гідроген пероксиду без каталізатора й за наявності каталізатора

1. У пробірку наливаємо 2 мл гідроген пероксиду і вносимо тліючу скіпку. Зміни в яскравості тління скіпки практично не спостерігається.

2. Виймаємо тліючу скіпку з пробірки і вносимо до неї один мікрошпатель манган(ІV) оксиду. Спостерігається енергійне розкладання гідроген пероксиду з виділенням газу. Під час повторного внесення в пробірку тліючої скіпки вона яскраво розгоряється — газ підтримує горіння. Отже, виділяється кисень:

• Взаємодія алюмінієвого порошку з йодом за наявності води

(Дослід проводять у витяжній шафі!)

3. У порцеляновій чашці змішуємо два мікрошпателі порошку або пудри алюмінію та один мікрошпатель кристалічного йоду. Реакція практично не відбувається.

4. На одержану суміш діємо краплиною води. Спостерігається бурхлива реакція утворення алюміній йодиду з виділенням значної кількості теплоти:

За рахунок тепловиділення відбувається возгонка йоду — про це свідчить пара фіолетового кольору, що піднімається над чашкою. Отже, у першому досліді роль каталізатора відіграє манган(ІV) оксид, а в другому — вода.

Механізм дії багатьох видів каталізаторів до кінця ще не досліджений. У нашому досліді можна припустити, що І₂, хоча й незначною мірою порівняно з Сl₂ і Вr₂, взаємодіє з водою

I₂ + Н₂О = НI + НІО

з утворенням йодидної НІ та гіпойодитної НІО кислот. Потім НІ переводить алюміній у сіль:

2Аl + 6НІ = 2АlI₃ + 3Н₂

Водень у момент виділення дуже активний і може відновлювати гіпойодитну кислоту:

Н₂ + 2НІО = I₂ + 2Н₂О

Отже, кількість води як каталізатора поновлюється.

• Від чого ж залежить активність каталізатора? Як її можна підвищити? Активність деяких каталізаторів обумовлена тим, що проміжна реакційно спроможна сполука утворюється на поверхні каталізатора. Цілком природно, що активність таких каталізаторів залежить від площі та властивостей його поверхні. Що більша поверхня, то ефективніша результативність зіткнень частинок реагуючих речовин.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Залежність швидкості хімічної реакції від площі поверхні зіткнення реагуючих речовин

1. Урівноважуємо на терезах шматочок мармуру (масою приблизно 0,2 г) і порцію мармуру у вигляді порошку.

2. Готуємо дві пробірки з однаковим об’ємом хлоридної кислоти (близько 1/2 об’єму пробірки). Одночасно струшуємо з папірців шматочок мармуру в одну пробірку, порошок — у другу. У якій із пробірок реакція відбувається швидше? Чому?

Основні поняття. Каталізатор. Поверхня зіткнення.

Запитання та завдання

1. Назвіть методи прискорення хімічних реакцій. Який найпоширеніший ?

2. Які речовини називають каталізаторами?

3. У чому полягає вплив каталізатора на швидкість хімічної реакції?

4. Чим обумовлена активність каталізаторів?

5. Як зміниться об’єм ацетилену С₂Н₂, що виділився внаслідок реакції

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂↓ + С₂Н₂↑,

якщо шматочок кальцій карбіду СаС₂ масою 10 г розбити на 100 частин?

• а) Зросте приблизно в 10 разів;
• б) зросте приблизно в 100 разів;
• в) не зміниться;
• г) збільшиться приблизно в 1000 разів.

*6. Швидкість реальних процесів залежить від сукупної дії кількох чинників. Зробіть припущення, де швидше іржавітиме залізо:

• а) у помешканні;
• б) у пустелі;
• в) у джунглях;
• г) на світлому боці Місяця;
• ґ) на вершині Евереста;
• д) в Антарктиді.

7. Робота в парах. У двох сумішах порошків кальцій карбонату та лимонної кислоти, а також цинку та йоду — реакції не відбуваються. Якщо до кожної суміші додати воду, то в них розпочнуться хімічні перетворення. Чи можна воду вважати каталізатором? Якщо так, то в обох реакціях чи якійсь одній? Якій? Відповідь поясніть.