Поняття про каталіз. Каталітичні й некаталітичні реакції

Тема. Поняття про каталіз. Каталітичні й некаталітичні реакції.

Мета Розглянути поняття «каталізатор», «каталітичні й некаталітичні реакції», з’ясувати значення каталіза­торів у хімічному виробництві й біологічних проце­сах, формувати в учнів логічне мислення, вміння аналізувати, висловлювати свої думки.

Обладнання Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва, таблиця розчинності, електрохімічний ряд напруг металів; порошкоподібний алюміній, йод, вода, керамічні пластини, піпетка.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку.

 

І.Організаційний етап.

Розминка.

Учитель пропонує учням розшифрувати шифрограму, ключовим словом якої буде основне поняття уроку.

Для читання шифрограми використовуються лише ті літери, які в рядку прямокутника зустрічаються один раз.

 

У

К

О

А

У

О

П

Т

Ф

П

А

Л

М

Д

М

І

Д

З

 

Відповідь: Каталіз

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Стратегія «Розумний куб»

Попередньо виготовляється куб, на кожній із граней якого написане питання, за яким можна дати характеристику швидкості хімічної реакції. Учень кидає куб і відповідає на питання, яке йому випало.

1.Що називається швидкістю хімічної реакції?

2. Як впливає температура на швидкість хімічної реакції?

3. Як впливає концентрація речовин на швидкість хімічної реакції?

4. . Як впливає природа реагуючих речовин на швидкість хімічної реакції?

5. Як впливає площа поверхні реагуючих речовин на швидкість хімічної реакції?

6.Назвіть найбільш реакційно здатні речовини.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

1. Поняття про каталіз та каталізатори.

Розповідь учителя.

Каталізаторами називаються речовини, що впливають на швидкість хімічних реакцій.

Одні каталізатори сильно прискорюють реакцію. Це явище нази­вається позитивним каталізом, чи просто каталізом. Інші каталіза­тори сповільнюють реакцію — здійснюють негативний каталіз. При­кладом позитивного каталізу може служити одержання сульфатної кислоти й окиснення амоніаку за допомогою платинового каталіза­тора. Приклади негативного каталізу — уповільнення взаємодії роз­чину натрій сульфіту з киснем повітря в присутності етилового спирту, зменшення швидкості розкладу гідроген пероксиду в присутності невеликих кількостей сульфатної кислоти. Негативний каталіз на­зивається інгібіруванням, а негативні каталізатори, що знижують швидкість реакції,— інгібіторами (механізм дії останніх відмінний від дії каталізаторів).

Хімічні реакції, що протікають за участі каталізаторів, називають каталітичними. Каталітичний вплив можна здійснити на більшість хімічних реакцій. Каталізатор у реакціях не витрачається й до скла­ду кінцевих продуктів не входить.

Розрізняють два види каталізу — гомогенний (однорідний) і гете­рогенний (неоднорідний). Під час гомогенного каталізу реагуючі ре­човини й каталізатор утворюють однофазну систему — газоподібну чи рідку; між каталізатором і реагуючими речовинами відсутня по­верхня розділу. Приклад гомогенного каталізу — каталітичний роз­клад гідроген пероксиду в присутності розчину солей (рідка фаза). При гомогенному каталізі швидкість хімічної реакції пропорційна концентрації каталізатора.

Під час гетерогенного каталізу реагуючі речовини й каталізатор утворюють систему з різних фаз. При цьому між каталізатором

і реагуючими речовинами існує поверхня розділу. Звичайно каталіза­тор — тверда речовина, а реагуючі речовини — гази чи рідини. При­клади гетерогенного каталізу — окиснення амоніаку (газоподібна фаза) у присутності платини (тверда фаза) чи розклад гідроген пероксиду (рідка фаза) у присутності вугілля чи манган (IV) оксиду (тверда фаза). Усі реакції за гетерогенного каталізу протікають на поверхні каталізатора. Тому активність твердого каталізатора зале­жить також від властивостей його поверхні (розміру, хімічного скла­ду, будови й стану).

2. Механізм дії каталізаторів.

Розповідь учителя.

Дія позитивних каталізаторів зводиться до зменшення енергії ак­тивації реакції, іншими словами,— до зниження висоти енергетич­ного бар’єра, за якого починається хімічна реакція.

Механізм дії каталізаторів полягає в утворенні проміжних сполук з однією з реагуючих речовин. Так, якщо реакцію А.+ В —> АВ, що протікає повільно, вести в присутності каталізатора К, то каталіза­тор вступає в хімічну взаємодію з однією з вихідних речовин, утво­рюючи неміцну проміжну сполуку:

А + К = АК.

Реакція протікає швидко, тому що енергія активації цього проце­су мала. Потім проміжна сполука АК взаємодіє з іншою вихідною речовиною, при цьому каталізатор вивільняється:

АК + В -> АВ + К .

Енергія активації цього процесу також мала, тому реакція про­тікає швидко. Якщо підсумувати обидва процеси, виходить остаточ­не рівняння реакції.

Як приклад розглянемо окиснення SО2 у SО3. Без каталізатора ця реакція протікає повільно:

SO2 + O2 = SO3

А + B = АВ

У разі введення каталізатора — оксиду нітрогену (ІІ) N0 — утворюється проміжна сполука.

А + КВ →АВ + К

Поверхня каталізатора неоднорідна. На ній є так звані активні центри, на яких головним чином і протікають каталітичні реакції. Реагуючі речовини адсорбуються на цих центрах, у результаті чого збільшується їхня концентрація на поверхні каталізатора. Це також призводить до прискорення реакції. Але головною причиною зрос­тання швидкості реакції є сильне підвищення хімічної активності адсорбованих молекул. Під дією каталізатора в адсорбованих моле­кулах послабляються зв’язки між атомами, і вони стають більш реакційноздатними.

Деякі речовини знижують чи цілком знищують активність твердо­го каталізатора. Такі речовини називаються каталітичними отрута­ми. Як приклад можна навести сполуки миш’яку, ртуті, свинцю, ціанисті сполуки, до яких особливо чутливі платинові каталізатори. За виробничих умов реагуючі речовини піддають очищенню від ката­літичних отрут, а отруєні каталізатори відновлюють.

Є речовини, що підсилюють дію каталізаторів, хоча самі каталіза­торами не є. Ці речовини називаються промоторами.

Дія каталізаторів вибіркова, тому, застосовуючи різні каталізато­ри, можна одержати з однієї й тієї самої речовини різні продукти. Досвід показує, що для кожної реакції береться свій оптимальний каталізатор.

3. Роль каталізаторів у природі й діяльності людини.

Розповідь учителя.

Каталізатори незамінні в хімічному виробництві. Одержання суль­фатної кислоти, амоніаку, рідкого палива, штучного каучуку, пласт­мас, гідрогенізація жирів, переробка нафти й природного газу — ось далеко не повний перелік найважливіших видів виробництва, де за­стосовуються каталізатори. Очевидно, пошуки нових, усе більш дос­коналих каталізаторів, будуть сприяти підвищенню продуктивності праці й зниженню собівартості продукції.

Особливу роль відіграють біологічні каталізатори — ферменти. З їх допомогою протікають складні хімічні процеси в рослинному й тваринному організмах.

IV.         Узагальнення й систематизація знань.
Завдання.

1)   Від яких факторів залежить швидкість хімічних реакцій? На­
ведіть приклади.

2)Чому швидкість багатьох хімічних реакцій з часом зменшуєть-­
ся ? Наведіть приклади, коли швидкість реакцій з часом
збільшується.

3) Чи зміниться швидкість реакції між воднем і киснем, якщо
в їхню суміш ввести азот? Відповідь поясніть.

4) Наведіть приклади хімічних реакцій, які протікають в присутності біологічних каталізаторів.—————————————————-

5)  Чому для збереження продуктів харчування користуються хо­-
лодильниками?

V. Домашнє завдання.

Виконайте вправу.

Суміш порошків цинку і йоду в щільно закритій посудині може зберігатися тривалий час. У разі попадання в суміш краплин води відбувається бурхлива реакція. Напишіть рівняння реакції і зазначте, яку роль у ній відіграє вода.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

30 (19.6 KiB, Завантажень: 22)

завантаження...
WordPress: 22.89MB | MySQL:26 | 0,324sec