Катализ

Катализом называют процесс изменения скорости реакции под действием катализаторов. Катализатор – это вещество, которое изменяет скорость реакции, но не расходуется в результате реакции. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в одной и той же фазе, а при гетерогенном катализе они находятся в разных фазах. Механизм действия как гомогенного, так и гетерогенного катализа обычно заключается в образовании промежуточного комплекса, состоящего из катализатора и исходного вещества, (реже – промежуточного соединения), дальнейший распад которого определяет скорость и селективность всего процесса. Например, для каталитической реакции

К

А + В = С

механизм действия катализатора К можно схематично представить следующим образом

А + К = АК, АК + В = С + К (АК  промежуточный комплекс).

Катализаторы, которые снижают энергию активации и повышают скорость реакции, называют положительными.

Отрицательные катализаторы замедляют реакцию, связывая промежуточные молекулы. Их часто называют ингибиторами.

Каталитические реакции, в которых катализатором является один из продуктов реакции, называются автокаталитическими (автокатализ).

Лабораторная работа Химическая кинетика. Катализ

Цель работы

Изучение влияния концентрации, температуры, катализатора на скорость химических реакций и измерение каталитической активности катализатора.

Оборудование и реактивы

Пробирки. Стаканы. Секундомер. Термометр. Цилиндры. Микрошпатель. Мел (кусочки и порошок). Сульфат марганца (II) (крист.). Оксиды свинца (IV) и марганца (IV). Растворы: тиосульфата натрия (III) (разб.), роданида калия (разб.), соляной кислоты (разб.), щавелевой кислоты (1 М), серной кислоты (1М), перманганата калия (0,1 М), перекиси водорода (3% и 30%).

Опыт 1. Зависимость скорости гомогенной реакции от концентрации исходных реагентов

Эту зависимость можно изучить на классическом примере гомогенной реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой, протекающей по уравнению

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S↓ + SO₂↑ + H₂O.

Сера в первый момент образует с водой коллоидный раствор (едва уловимое помутнение). Необходимо измерить по секундомеру время от момента сливания до появления едва заметной мути. Зная время протекания реакции (в секундах), можно определить относительную скорость реакции, т.е. величину, обратную времени: .

Для опыта следует приготовить три сухие чистые пробирки, пронумеровать их. В первую внести 4 капли раствора тиосульфата натрия и 8 капель воды; во вторую – 8 капель тиосульфата натрия и 4 капли воды; в третью – 12 капель тиосульфата натрия. Пробирки встряхнуть.

Если условно обозначить молярную концентрацию тиосульфата натрия в пробирке 1 через «с», то соответственно в пробирке 2 будет 2 с моль, в пробирке 3 – 3 с моль.

В пробирку 1 внести одну каплю серной кислоты, одновременно включить секундомер: встряхивая пробирку, следить за появлением мути в пробирке, держа ее на уровне глаз. При появлении малейшей мути остановить секундомер, отметить время реакции и записать в таблицу.

Проделать аналогичные опыты со второй и третьей пробирками. Данные опыта внести в лабораторный журнал в виде таблицы.

№ про-бир-ки	Количество раствора Na2S2O3 в каплях	Коли-чество капель воды	Коли-чество капель H2SO4	Общий объём раствора в каплях	Концентрация Na2S2O3 в молях	Время реакции τ , с	Относительная скорость V=1/τ, c-1
1 2 3	4 8 12	8 4 -	1 1 1	13 13 13	c 2c 3c

По полученным данным построить график зависимости V→C, откладывая по оси абсцисс концентрацию, а по оси ординат – скорость.

Какой линией выражается найденная зависимость? Должна ли линия проходить через начало координат?