Оглавление:

Билет №16

Билет №17

Билет №18

Билет №19

Билет №20

Экзаменационный билет № 16

1. Понятие о катализе. Отличительные черты катализаторов, механизм их действия. Примеры промышленных катализаторов.

2. Химические источники тока. Первичные гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы.

Ответ:

Катализом называется явление изменения скорости реакции под воздействием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не изменяется.В каталитических процессах скорость основной реакции может и увеличиваться, и уменьшаться. Вещества, ускоряющие реакцию, называются катализаторами, а замедляющие - ингибиторами.

Катализ принято подразделять на следующие типы:

1. гомогенный (реагенты и катализатор в (ж) и (г)).

2. гетерогенный (реагенты (ж) или (г), а катализатор (тв)).

3. ферментативный (К-сложные белковые образования - ферменты; он бывает гомогенный и гетерогенный, но из-за специфических особенностей действия ферментов его выделяют в самостоятельный тип катализа).

Отличительные черты катализаторов:

1. Вводится в систему в очень небольших количествах по сравнению с массой реагентов.

2. Имеет очень высокую эффективность. Например, одна частица мелкодисперсной платины (платиновая чернь) в одну секунду разлагает 10⁵ молекул Н₂О₂.

3. По окончании реакции катализатор остается в химически неизменном состоянии и не расходуется, т.е. его участие в реакции не отражается общим стехиометрическим уравнением. Однако физически катализатор изменяется. Например, кристаллический MnO₂ в процессе каталитического разложения хлората калия KClO₃ превращается в мелкодисперсный порошок. Эти изменения свидетельствуют о том, что в ходе реакции на определенных стадиях катализатор вступает во взаимодействие с реагентами, а по окончании ее вновь выделяется.

4. Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию, т.е. не смещает равновесие и не влияет на его константу, а лишь уменьшает время достижения равновесного состояния.

5. Действие катализатора сводится к понижению Еа при образовании промежуточных нестойких соединений, которые в дальнейшем распадаются на продукты реакции с выделением катализатора в химически неизменном виде. Следует отметить одну важную особенность катализаторов. Они не влияют на термодинамику реакций, т.е. не изменяют энтальпию и энергию Гиббса реакции. Если G>0, то в присутствии катализаторов она не станет самопроизвольной.

6. Как правило катализаторы обладают специфичностью (селективностью), т.е. способностью изменять скорость и (или) направление только конкретной химической реакции или группы однородных реакций. Это позволяет из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида катализатора получать разные продукты.

К наиболее распространенным промышленным катализаторам относятся: Pt, Rh, Pd, Fe, Ni, CuO, RuO₂, V₂O₅, NiO, Fe₂O₃, ZnO, SiO₂, Cr₂O₃, Al₂O₃, Ag₂O, алюмосиликаты.

механизм:

О₃+NO=NO₂+O₂

NO2+O=NO+O2

О3+O=2O2

А2В+К = К…А2…В = АК+АВ

АК+В = В…А…К=К+АВ

А2В+В=2АВ

Химические источники тока

Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов (анод), а другой их принимает (катод). В гальванических элементах источником электрического тока является химическая реакция. Любая химическая реакция термодинамически разрешена, если ΔG < 0. Из соотношений ΔG = –nFE и ΔG^° = –nFE^°следует, что электрохимическая реакция, а в общем случае любая окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если E > 0 или для стандартных условий E^° > 0.

ЭДС гальванического элемента равна разности электродных потенциалов составляющих его электродов. В соответствии с принятой формой записи гальванического элемента его ЭДС равна электродному потенциалу правого электрода (окислителя) минус электродный потенциал левого электрода (восстановителя). 

Пользуясь этими соотношениями и таблицей стандартных электродных потенциалов, можно предсказать возможность осуществления многих окислительно-восстановительных реакций.

В случае элемента Даниэля–Якоби (–)Zn¦Zn²⁺||Cu²⁺¦Cu(+) 

Для нестандартных условий ЭДС элемента Даниеля–Якоби находится из разности электродных потенциалов, вычисленных по уравнению Нернста: