Влияние катализаторов на скорость реакции

Скорость химической реакции увеличивается также в присутствии катализаторов - веществ, увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания. Сущность действия катализатора сводится к уменьшению энергии актива­ции. Например, разложение Н₂О₂ без катализатора требует 72 кДж/моль, а с катализатором (коллоидная платина) - 47 кДж /моль.

Природными катализаторами являются ферменты. Для них характерны высокая степень специфичности и высокая эффек­тивность.

В каждой маленькой клетке нашего организма содержится более тысячи разных ферментов. Они работают одновременно и очень быстро. Даже относительно простая реакция, протекающая в крови,

CO₂ +H₂O  H₂CO₃

катализируется ферментом (карбоангидразой). В его отсутствии обмен CO₂ между кровью и тканями, а также между кровью и легкими не мог бы осуществиться со скоростью, обеспечивающей физиологические потребности.

Ферменты являются значительно более эффективными ката­лизаторами по сравнению с неорганическими. Например, энергия активации для разложения Н₂О₂ в присутствии коллоидной платины равна 47 кДж/моль, а в присутствии фермента каталазы - менее 8 кДж/моль; энергия активации для гидролиза сахарозы в присутствии ионов Н⁺ равна 102,4 Дж/моль, а в присутствии фермента дрожжевой инвертазы – 32-40 Дж/моль.

Вопросы и упражнения для самоподготовки:

1. Укажите, какие факторы влияют на скорость химических реакций?

2. В о сколько раз следует увеличить давление газовой смеси, чтобы скорость тримолекуляркой реакции 2NO_(г) + Cl_2(г) 2NOCl_(г) увеличилась в 125 раз? (Ответ: в 5 раз).

3. При температуре 50°С скорость одной реакции в 3 раза больше скорости второй. Температурный коэффициент первой реакции равен двум, второй реакции – трем. При какой температуре скорости обеих реакций сравняются? (Ответ: 77,1 ^оС).

4. При 20^oС две реакции протекают с одинаковой скоростью. При какой температуре скорость второй реакции в два раза превысит скорость первой? Температурный коэффициент первой реакции равен двум, а второй - трем. (Ответ: 37,1^oС).

5. Почему в цепной реакции:

СI_2(г) + Н_2(г)  2НСI_(г)

зарождение цепи начинается с термической диссоциации молекулы хлора, а не водорода?

6. Во сколько раз возрастает скорость реакции разложения оксида азота (V) в реакции:

2N₂О_5(г)  2N₂O_4(г) + О_2(г)

при увеличении концентрации оксида азота (V) в 3 раза, если известно, что реакция идет по стадиям:

N₂O₅  N₂O₃ + O₂ (медленно),

N₂O₃  NO₂ + NO (быстро),

NO + N₂O₅  3NO₂ (быстро),

2NO₂  N₂O₄ (быстро).

7. Рассмотрите гипотетическую реакцию. Стадией, определя­ющей ее скорость, является процесс А_(г) + 2В_(г)  С_(г). Укажите, к каким изменениям скорости реакции должно привести: а) увеличение вдвое концентрации вещества А; б) увеличение вдвое концентрации вещества В?

8. Экспериментально установлено, что скорость образования вещества С по реакции 2А(г) + В(г)  С(г) не зависит от концентрации В и возрастает в четыре раза при увеличении вдвое концентрации вещества А.

а) Запишите выражение для скорости данной реакции.

б) Чему должна быть равна начальная скорость реакции, если исходные концентрации А и В равны 0,3 и 0,5 моль/л соответственно.