촉매를 사용하면 반응 경로가 변경됩니다. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향
반응에 참여하여 속도를 증가시키며 반응이 끝날 때까지 변하지 않은 상태로 유지되는 물질을 물질이라고 합니다. 촉매.
이러한 물질의 영향으로 반응 속도가 변화하는 현상을 촉매작용. 촉매의 영향으로 일어나는 반응을 촉매라고 한다. 촉매.
대부분의 경우 촉매의 효과는 반응의 활성화 에너지를 감소시킨다는 사실로 설명됩니다. 촉매가 있을 때 반응은 촉매가 없을 때와는 다른 중간 단계를 통해 진행되며 이러한 단계는 에너지적으로 더 접근 가능합니다. 즉, 촉매가 있으면 다른 활성화된 착물이 생성되고, 그 형성에는 촉매 없이 발생하는 활성화된 착물이 형성되는 것보다 더 적은 에너지가 필요합니다. 따라서 활성화 에너지는 급격히 감소합니다. 활성 충돌에 에너지가 부족한 일부 분자는 이제 활성 상태로 나타납니다.
다양한 반응에 대해 중간체가 연구되었습니다. 일반적으로 매우 활동적이고 불안정한 제품입니다.
촉매의 작용 메커니즘은 중간체 화합물의 형성으로 인한 반응의 활성화 에너지 감소와 관련이 있습니다. 촉매작용은 다음과 같이 표현될 수 있다:
A + K = A...K
A...K + B = AB + K,
여기서 A...K는 중간 활성 화합물입니다.
그림 13.5 - 비촉매 A + B → AB 반응(곡선 1) 및 균질 촉매 반응(곡선 2)의 반응 경로 이미지.
안에 화학 산업촉매는 매우 광범위하게 사용됩니다. 촉매의 영향으로 반응이 수백만 배 이상 가속화될 수 있습니다. 어떤 경우에는 촉매의 영향으로 촉매 없이는 주어진 조건에서 실제로 발생하지 않는 반응이 자극될 수 있습니다.
구별하다 동종 및 이종 촉매작용.
언제 균일한 촉매작용촉매와 반응물은 하나의 상(가스 또는 용액)을 형성합니다. 언제 이질적인 촉매작용촉매는 시스템에 독립된 상으로 존재합니다.
균일한 촉매작용의 예:
1) NO 존재 하에서 SO 2 + 1/2O 2 = SO 3의 산화; NO는 쉽게 NO 2로 산화되고 NO 2는 이미 SO 2를 산화시킵니다.
2) 수용액에서 과산화수소를 물과 산소로 분해 : 이온 Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4, 과산화수소 분해를 촉진하여 중간 화합물을 형성하여 추가로 분해됩니다. 산소의 방출.
균일한 촉매작용은 촉매와의 중간 반응을 통해 수행되며, 그 결과 활성화 에너지가 높은 하나의 반응이 활성화 에너지가 낮고 속도가 빠른 여러 반응으로 대체됩니다.
CO + 1/2O 2 = CO 2 (촉매 - 수증기).
이종 촉매작용은 화학 산업에서 널리 사용됩니다. 현재 이 산업에서 생산되는 대부분의 제품은 불균일 촉매작용을 사용하여 얻어집니다. 불균일 촉매반응에서는 촉매 표면에서 반응이 일어난다. 촉매의 활성은 표면의 크기와 특성에 따라 달라집니다. 큰("발달된") 표면을 갖기 위해서는 촉매가 다공성 구조를 가지거나 고도로 분쇄된(고분산) 상태여야 합니다. ~에 실용적인 응용 프로그램촉매는 일반적으로 다공성 구조를 갖는 담체(부석, 석면 등)에 적용됩니다.
균질 촉매의 경우와 마찬가지로 불균일 촉매에서도 반응은 활성 중간체를 통해 진행됩니다. 그러나 여기서 이러한 화합물은 반응 물질과 촉매의 표면 화합물입니다. 이러한 중간체를 포함하는 일련의 단계를 거치면서 반응은 최종 생성물의 형성으로 끝나고 결과적으로 촉매는 소모되지 않습니다.
모든 촉매 이종 반응에는 흡착 및 탈착 단계가 포함됩니다.
표면의 촉매 효과는 계면에서의 농도 증가와 흡착된 분자의 활성화라는 두 가지 요인으로 감소됩니다.
불균일 촉매작용의 예:
2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (촉매 – MnO 2 ,) ;
H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O (촉매 - 백금).
촉매작용은 매우 중요한 역할을 합니다. 생물학적 시스템. 동물과 인간의 소화 시스템, 혈액, 세포에서 일어나는 대부분의 화학 반응은 촉매 반응입니다. 이 경우 효소라고 불리는 촉매는 단순하거나 복잡한 단백질입니다. 따라서 타액에는 전분을 설탕으로 전환시키는 효소 프티알린이 포함되어 있습니다. 위에서 발견되는 효소인 펩신은 단백질 분해를 촉매합니다. 인체에는 약 30,000가지의 서로 다른 효소가 있습니다. 각 효소는 해당 반응에 효과적인 촉매 역할을 합니다.
촉매는 화학 반응에서 촉매 자체가 소모되지 않으면서 화학 반응을 가속화할 수 있는 물질입니다. 촉매가 화학 반응의 메커니즘을 변화시키는 것으로 확인되었습니다. 이 경우, 더 낮은 에너지 장벽 높이를 특징으로 하는 다른 새로운 전이 상태가 발생합니다. 따라서 촉매의 영향으로 감소합니다.
공정의 활성화 에너지 (그림 3). 중간 입자와 다양한 유형의 상호 작용을 시작하면서 촉매는 반응이 끝날 때 양이 변하지 않은 상태로 유지됩니다. 촉매는 열역학적으로 허용되는 반응에만 작용합니다. 촉매는 반응을 일으킬 수 없기 때문에 추진력에는 영향을 미치지 않습니다. 촉매는 화학 평형 상수에 영향을 미치지 않습니다. 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 동일하게 감소시킵니다.
그림 3 반응 A + B = AB a) 촉매 없음 및 b) 촉매 존재 하의 에너지 다이어그램. Ea는 비촉매 반응의 활성화 에너지입니다. Ea 1 및 Ea 2 - 촉매 반응의 활성화 에너지; AA는 시약 중 하나와 촉매의 중간 반응성 화합물이고; A...K, AK...B – 활성화된 촉매 반응 복합체; A…B - 비촉매 반응의 활성화된 복합체; ΔE 고양이. – 촉매의 영향으로 활성화 에너지가 감소합니다.
균질한 촉매작용과 이질적인 촉매작용이 있습니다. 첫 번째 경우에는 촉매가 시약과 동일한 상에 있고, 두 번째 경우에는 촉매가 다음과 같습니다. 단단한, 시약 간의 화학 반응이 일어나는 표면.
화학 평형
화학 반응은 일반적으로 가역적 반응과 비가역적 반응으로 구분됩니다. 비가역적 화학 반응은 출발 물질 중 적어도 하나가 완전히 소비될 때까지 진행됩니다. 반응 생성물은 서로 전혀 상호작용하지 않거나 원래의 것과 다른 물질을 형성합니다. 그런 반응은 거의 없습니다. 예를 들어:
2KClO3(tv) = 2KCl(tv) + 3O2(g)
전해질 용액에서 침전, 가스 및 약한 전해질(물, 복합 화합물)의 형성과 함께 발생하는 반응은 실질적으로 되돌릴 수 없는 것으로 간주됩니다.
대부분의 화학 반응은 가역적입니다. 그들은 앞뒤로 움직입니다. 이는 직접 공정과 역공정의 활성화 에너지가 서로 약간 다르고 반응 생성물이 출발 물질로 전환될 수 있을 때 가능해집니다. 예를 들어, HI 합성 반응은 일반적으로 가역 반응입니다.
H2(g)+I2(g) ⇄2HI(g)
직접 공정과 역공정에 대한 대량 작용의 법칙(반응 속도 표현)은 각각 다음과 같은 형식을 갖습니다. = ∙ ; 
= 2
어느 시점에서 순방향 반응과 역방향 반응의 속도가 동일해지는 상태가 발생합니다. = (그림 4).
그림 4 시간 t에 따른 정방향(및 역방향) 속도의 변화
이 상태를 화학평형이라고 합니다. 본질적으로 역동적(이동)이며 외부 조건의 변화에 따라 한 방향 또는 다른 방향으로 이동할 수 있습니다. 일정한 외부 조건 하에서 평형 순간부터 시작하여 출발 물질과 반응 생성물의 농도는 시간이 지나도 변하지 않습니다. 평형 상태에 해당하는 시약의 농도를 다음과 같이 부릅니다. 평형. 시약의 평형 농도를 결정하려면 초기 농도에서 평형 상태가 발생할 때까지 반응한 물질의 양을 빼야 합니다. 와 함께 동일한 = C 참조 - 와 함께 친반응자. 반응에 들어가고 생성물의 평형 시 이들로부터 형성된 시약의 수는 반응식의 화학양론적 계수에 비례합니다.
일정한 외부 조건 하에서 평형 상태는 무한정 존재할 수 있습니다. 균형이 잡힌 상태에서
∙ = [ 2 , 어디서 / [= 2 / ∙ .
일정한 온도에서 정방향 및 역방향 공정의 속도 상수는 일정한 값입니다.
두 상수의 비율은 상수 K= /의 값이기도 하며 다음과 같이 불립니다. 화학 평형 상수. 표현될 수 있다
반응물의 농도를 통해 = 또는 부분압을 통해 
, 가스의 참여로 반응이 일어나는 경우.
일반적인 경우, aA+bB+ …⇄cC+dD+ … 반응의 경우 화학 평형 상수는 반응 생성물 농도의 곱과 출발 물질 농도의 곱의 비율과 동일합니다. 그들의 화학양론적 계수.
화학 평형 상수는 공정 경로에 의존하지 않으며 평형 상태에 도달할 때까지 발생 깊이를 결정합니다. 이 값이 클수록 반응물이 생성물로 전환되는 정도가 커집니다.
화학 평형 상수와 반응 속도 상수는 반응 물질의 온도와 성질에만 영향을 미치며 농도에는 의존하지 않습니다.
이종 공정의 경우 반응 속도와 화학 평형 상수의 표현에 고체의 농도가 포함되지 않습니다. 반응은 고체상의 표면에서 일어나며, 그 농도는 시간이 지나도 일정하게 유지됩니다. 예를 들어, 반응의 경우:
FeO(s) + CO(g) ⇄ Fe(s) + CO 2(g)
평형 상수의 표현은 다음과 같습니다:
Kp와 Kc는 다음과 같은 관계로 연결됩니다. 케이 피 = K 씨 (RT) ∆ N, 여기서n=n 계속. -n원료 – 몰수의 변화 텅빈반응 중 물질. 이 반응의 경우 기체 물질의 n이 0이므로 K p = K c입니다.
IX-X학년 고등학교화학 반응 속도, 화학 변환 속도에 대한 다양한 요인의 영향에 대한 개념을 계속 공식화하고, 촉매 및 촉매에 대한 지식을 확장 및 심화하고, 촉매 현상의 메커니즘에 대한 몇 가지 아이디어를 제공합니다.
주제에서 " 알칼리 금속", 나트륨과 물의 상호작용, 염산, 칼륨과 나트륨과 물의 상호 작용에 대해 교사는 이러한 반응 중 일부가 동일한 조건에서 다른 반응보다 더 빠르게 발생한다고 강조합니다. 예를 들어, 나트륨은 물보다 염산과 더 격렬하게 반응합니다. 칼륨은 나트륨보다 물과 더 격렬하게 반응합니다. 나트륨, 구리, 안티몬, 수소와 함께 염소에서 연소 실험을 한 후, 유기물"왜 염소에서 연소에 안티몬 분말을 사용하고 조각은 사용하지 않았습니까? 얇은 구리선 묶음은 염소에서 연소되지만 두꺼운 선은 왜 연소되지 않습니까?"라는 질문을 할 수 있습니다. 이러한 경우 물질 상호 작용의 차이는 물질 자체의 특성과 원자 구조 또는 다른 접촉 표면으로 설명됩니다.
같은 주제에서 학생들에게 염산의 특성을 소개할 때 이 산과 금속(아연, 마그네슘) 사이의 반응이 시간이 지남에 따라 가속화되는 이유를 알아내는 것이 유용합니다. 가속은 특히 이러한 반응이 방출된다는 사실에 달려 있습니다. 많은 수의열, 물질이 가열되면 상호 작용 속도가 증가합니다.
알루미늄과 요오드 사이의 반응의 예를 사용하여 촉매가 무엇인지 상기하고 물이 촉매가 될 수 있음을 보여주는 것이 좋습니다. 요오드와 알루미늄 분말의 혼합물을 석면 메쉬 더미에 붓고 물 몇 방울을 첨가합니다. 물의 영향으로 물질의 상호 작용이 가속화되고 불꽃이 발생합니다. 교사는 도자기 컵에서 메쉬 위로 부어지지 않은 혼합물에서 플래시가 발생하지 않았지만 일정 시간이 지나면 물 없이 발생할 수 있다는 사실에 주목합니다.
물은 알루미늄과 요오드의 상호작용을 가속화할 뿐만 아니라 많은 화학 공정에서 촉매 역할을 한다는 점에 유의해야 합니다. 기술에 사용되는 다양한 가스의 연소 중 물의 촉매 효과는 매우 중요합니다.
과산화수소의 특성을 고려할 때 과산화수소는 매우 취약한 물질임을 나타냅니다. 유리 용기에 보관하면 천천히 분해되어 열을 방출합니다.
2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 kcal
교사는 학생들에게 과산화수소 분해를 촉진하는 조건을 나열하도록 요청합니다. 그들은 할 수있다
이 경우에는 1) 가열, 2) 촉매 작용, 3) 용액 농도 증가를 나타냅니다. 과산화수소의 분해도 빛 속에서 더 빨리 일어난다는 점을 덧붙일 수 있는데, 이는 과외 활동의 경험을 통해 확인할 수 있습니다. 스탠드에 고정된 두 개의 플라스크에 과산화수소를 붓고 가스 배출관이 있는 마개로 닫습니다. 뒤집힌 실린더 또는 물로 채워진 시험관 아래에 튜브를 놓고 물이 담긴 넓은 용기에 담습니다. 플라스크 중 하나를 검은 종이로 싸십시오. 장치를 햇볕이 잘 드는 창에 놓거나 75-100V의 전기 램프로 조명하십시오. 실험은 빛의 영향으로 과산화수소가 빠르게 분해되는 것을 보여줄 것입니다.
그런 다음 수업 중에 학생들은 촉매의 영향으로 과산화수소 분해 속도의 변화를 독립적으로 연구합니다. 작업을 위해 과산화수소, 이산화망간, 진한 염산, 파편, 깔때기, 여과지 및 여러 시험관의 3-5 % 용액이 제공됩니다.
작업: 1) 배출된 용액에서 과산화수소가 분해되는지 확인하세요. 2) 이산화망간을 사용하여 과산화수소의 분해반응을 촉진시킨다. 3) 반응의 결과로 이산화망간이 화학적으로 변하지 않았음을 증명하라. * 4) 이미 촉매로 사용된 이산화망간이 다시 과산화수소의 분해를 촉진시킬 수 있음을 증명하라.
* (가열하면 염산으로 시험한다.)
졸업 후에 독립적 인 일교사는 동일한 화학 반응의 속도를 높이기 위해 서로 다른 촉매를 사용할 수 있다는 것을 보여줍니다. 무기물(과산화수소)는 유기 촉매인 효소에 의해 가속화됩니다. 3% 과산화수소 용액을 작은 비커에 부은 다음 작은 생고기를 그 안에 넣습니다. 동물의 혈액과 조직에는 카탈라아제 효소가 포함되어 있기 때문에 용액에서 산소가 집중적으로 방출됩니다. 효소는 탁월한 자연 반응 촉진제라는 점을 강조해야 합니다. 미래 화학의 중요한 과제 중 하나는 구성과 촉매 특성이 효소와 유사한 촉매를 인공적으로 생산하고 산업적으로 활용하는 것입니다.
유리 용기에 보관하면 과산화수소의 분해가 더 빠른 이유를 설명하기 위해 실험이 수행됩니다. 세 개의 시험관에 과산화수소 용액을 붓고 그 중 하나에는 황산 용액을 첨가하고 다른 하나에는 가성 소다를 첨가하고 세 번째 시험관은 비교를 위해 남겨 둡니다 (대조 용액). 세 가지 용액을 모두 가열합니다(끓지 않도록). 과산화수소와 수산화나트륨 용액이 있는 시험관에서는 산소가 강하게 방출되고 대조 용액이 있는 시험관에서는 덜 강하게 방출됩니다. 황산(수소 이온)이 있으면 과산화수소는 분해되지 않습니다. OH 이온은 과산화수소의 분해 과정을 촉매하므로 벽이 수산기 이온을 용액으로 방출하는 유리 용기에서 과산화수소가 쉽게 분해됩니다.
화학 반응 속도에 대한 지식의 통합과 개발이 계속됩니다. 촉매 없이 가열된 유리관에 이산화황과 산소의 혼합물을 통과시킴으로써 교사는 다음과 같은 결과를 보여줍니다. 무수황화물이러한 조건에서는 눈에 띄지 않으며 학생들에게 가스의 상호 작용이 어떻게 가속화될 수 있는지 묻습니다. 대화 중에 촉매를 사용하지 않고 시약의 농도를 높이고 온도를 높이는 등 반응을 가속화하는 방법으로는 필요한 결과를 얻을 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 이산화황이 이산화황으로 산화되는 반응은 가역적입니다.
2SO 2 + O 2 ← 2SO 3 + Q,
온도가 증가하면 무수황화물이 형성되는 것보다 분해가 더 가속화됩니다.
그들은 산화철이 이산화황 산화 반응의 촉매제가 될지 여부를 확인합니다. 산화철의 존재 하에서 이산화황이 무수황으로의 접촉 산화를 입증할 때 공기 중에서 발연되는 무수황이 형성되는 것이 관찰됩니다. 그러면 산화철은 반응의 결과로 화학적으로 변하지 않았다는 것이 입증되었습니다. 이를 위해 동일한 부분의 산화철을 사용하여 이산화황을 무수 황산으로 접촉 산화시키는 실험을 반복하십시오. 이산화황의 산화를 가속화하기 위해 다양한 촉매가 사용될 수 있다는 점도 추가로 언급되어 있습니다. 산화철 외에도 화학공업에서는 백금이 사용되었고, 현재는 오산화바나듐 V 2 O 5 *가 사용됩니다.
* (현재 사용되는 바나듐 촉매는 복잡한 조성을 가지고 있습니다 (참조: D. A. Epshtein. 화학 기술에 관한 화학 교사, M., RSFSR 과학 아카데미 출판사, 1961).)
가역성에 영향을 주지 않고 촉매의 특성을 강조하여 반응을 가속화하는 것도 중요합니다. 이산화황이 이산화황으로 산화되는 반응은 촉매를 사용하더라도 가역적으로 유지됩니다.
황산 생산을 위한 접촉 방법을 연구할 때 산업계에서 촉매 사용을 고려할 필요가 있습니다. 촉매 없이 대량의 무수황화물을 신속하게 생산하는 것은 불가능하지만, 이를 사용하면 일부 문제가 발생합니다. 추가 요구 사항공정 조건에. 사실 반응물의 불순물은 촉매에 부정적인 영향을 미칩니다. 삼산화비소는 바나듐 촉매에 부정적인 영향을 미치며, 이를 "독성"이라고 합니다. 따라서 불순물로부터 반응 가스를 주의 깊게 정화하는 것이 필요합니다.
학생들이 촉매가 중독되는 이유에 대해 질문이 있는 경우 교사는 먼저 중간 화합물 형성 이론을 사용하여 촉매 작용을 설명한 다음 불순물의 독성 효과를 고려합니다.
촉매의 도움으로 반응이 가속화되는 이유는 출발 물질과 약한 화합물을 형성한 다음 다시 자유 형태로 방출되기 때문입니다. 이러한 반응은 이산화황과 산소의 반응보다 훨씬 빠르게 진행됩니다. 가스 혼합물에 촉매와 비가역적 반응을 일으키는 불순물이 포함되어 있으면 중독이 발생합니다. 세심한 가스 정화에도 불구하고 황산 생산에 사용되는 촉매의 활성은 시간이 지남에 따라 감소합니다. "노화"는 점진적인 중독뿐만 아니라 촉매 표면의 상태를 변화시키는 장기간의 가열 및 기계적 파괴로 인해 발생합니다. 촉매의 전체 표면이 촉매 반응에 참여하는 것이 아니라 잘려진 부분(활성 센터)만 참여하며 이러한 센터의 수는 "노화"에 따라 감소합니다.
이전 섹션에서는 원자 구조 이론의 관점에서 화학 반응 시작에 대한 에너지의 영향을 학생들에게 어떻게 설명해야 하는지 조사했습니다. 이를 통해 가열하면 왜 화학 반응이 가속화되는지에 대한 문제를 해결할 수 있습니다. 학생들은 물질의 온도가 증가함에 따라 활성 분자의 수가 증가하고 분자의 이동 속도와 단위 시간당 회의 횟수가 증가한다는 것을 알고 있습니다. 활성 분자의 원자에서 전자는 더 높은 에너지 준위로 이동합니다. 이러한 분자는 불안정하며 다른 물질의 분자와 더 쉽게 반응할 수 있습니다.
전해질 해리 이론은 산, 염, 염기 용액 사이의 반응이 거의 즉각적으로 일어나는 이유를 설명합니다. 이러한 물질의 용액에는 이미 활성 입자(반대로 하전된 이온)가 포함되어 있습니다. 따라서 산, 염 및 염기의 수용액 사이의 반응은 매우 빠르게 진행되며 동일한 물질 간의 반응과 크게 다르지만 건조 형태로 취합니다.
교사는 "화학 반응 속도"라는 주제로 수업을 시작하면서 화학 반응이 다양한 속도로 발생할 수 있으며 화학 반응에 영향을 미치는 조건을 연구하는 것이 실질적으로 매우 중요하다는 점을 상기시킵니다.
화학 반응 속도를 어떻게 측정할 수 있나요?
화학적 변환의 속도는 특정 시간에 반응하거나 생성된 물질의 양으로 판단할 수 있고, 기계적 운동의 속도는 단위 시간당 신체가 이동하는 경로로 측정할 수 있다는 것을 학생들은 이미 알고 있습니다. 이 속도를 계산하려면 공식을 사용하십시오.
여기서 v는 속도, S는 경로, t는 시간입니다.
이를 고려하여 학생들은 화학 반응 속도를 계산하는 공식을 비유적으로 작성합니다.
여기서 m은 반응에 참여했거나 시간 t 동안 반응의 결과로 얻은 물질의 양입니다.
이 공식의 단점이 무엇인지 고려하십시오. 이를 사용하면 동일한 조건에서 동일한 물질의 두 부분을 사용하더라도 계산된 반응 속도가 다른 것으로 나타났습니다.
매초 15g의 물질이 용기에서 분해된다고 가정해 보겠습니다. 이 용기에 칸막이를 도입하면 그 안의 물질이 1:2의 비율로 두 부분으로 나뉘고, 첫 번째(더 작은) 부분에서는 반응이 5g/초의 속도로 진행되는 것으로 나타났습니다. , 그리고 두 번째 - 10g/초.
계산된 속도가 출발 물질의 양이 아니라 반응 자체를 특성화하려면 부피당 반응물의 질량 변화, 즉 반응물의 농도 변화를 고려해야 합니다. 반응물. 따라서 화학 반응 속도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
v=c 0 -ct /t
여기서 c 0 는 반응 물질의 초기 농도이고, c t 는 t 초 후 동일한 물질의 농도입니다. 속도를 계산할 때 농도는 일반적으로 리터당 몰수와 시간(초)으로 표시됩니다.
이 수업에서는 화학 반응 속도를 높이는 가장 중요한 방법에 중점을 둡니다. 이를 위해 화학 반응 속도가 반응 물질의 농도에 따라 달라짐을 보여주는 실험실 실험이 수행됩니다.
실험을 위해 다음 장비가 사용되어 학생 테이블에 배치됩니다. 1) 3개의 시험관이 있는 스탠드. 그 중 하나에는 요오드화나트륨 또는 요오드화칼륨 결정(핀 머리 2~3개 크기)이 포함되어 있고, 다른 하나에는 염화 제이철 용액이 들어 있고 세 번째는 비어 있습니다. 2) 플라스크 또는 물 한 잔; 3) 두 개의 동일한 유리관; 4) 유리막대.
교사는 학생들에게 실험 준비를 요청합니다. 1) 요오드화나트륨에 물을 추가하여 용액의 1/2 시험관을 만들고 액체를 막대기로 섞습니다. 2) 결과 용액의 1/3을 다른 시험관에 붓습니다. ) 시험관의 요오드화 나트륨 (또는 요오드화 칼륨) 용액의 부피가 동일하도록 물 용액과 함께 다른 시험관 시험관에 부은 용액에 추가하십시오.
교사는 학생들이 지시 사항을 이해했는지 확인하기 위해 질문을 합니다.
1) 두 번째 시험관에 요오드화나트륨 용액을 몇 배로 희석하나요?
2) 첫 번째 시험관의 염분 농도는 두 번째 시험관의 염분 농도보다 몇 배 더 높습니까?
용액 중 하나의 농도는 다른 용액의 농도의 두 배입니다. 그 후, 준비된 두 가지 용액에서 염화제2철을 요오드화나트륨과 반응시켜 유리 요오드를 방출합니다.
2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,
2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.
학생들은 어떤 시험관에서 염분의 상호작용 비율이 더 높은지, 그리고 이를 판단할 수 있는 기준을 결정합니다. 가정은 실험적으로 테스트되었습니다.
먼저, 동일한 양의 전분 페이스트(1-2ml)를 요오드화나트륨(또는 요오드화칼륨) 용액과 함께 두 시험관에 부은 다음 혼합 후 5-10% 염화제2철 용액 몇 방울을 붓습니다. 염화제이철 용액을 두 시험관에 동시에 붓는 것이 좋습니다. 파란색은 농도가 높은 용액을 사용하는 시험관에서 더 많이 나타납니다. 용액의 농도가 높은 시험관에서는 요오드 이온이 철 이온과 만날 가능성이 높으므로 더 자주 상호 작용하여 반응이 더 빠르게 진행됩니다.
교사는 공기 중 황의 연소를 보여주고 학생들에게 이 반응이 어떻게 가속화될 수 있는지 묻습니다. 학생들은 연소하는 황을 산소에 넣어 이 실험을 수행할 것을 제안합니다. 실험 분석을 바탕으로 일반적인 결론이 도출되었습니다. 화학 반응 속도는 반응 물질의 농도(단위 부피당 이온 또는 분자 수)에 따라 달라집니다.
우리는 반응 물질의 표면이 화학 반응 속도에 미치는 영향에 대한 질문으로 넘어갑니다. 학생들은 반응 물질의 혼합 및 분쇄와 관련된 반응을 기억합니다. 암모니아와 소석회 혼합물의 분쇄, 대리석 또는 아연의 작은 조각과 염산의 상호 작용, 노즐에서 분쇄된 연료의 연소, 제련에 분쇄된 광석의 사용 황산 생산에 사용되는 금속 및 황 황철석. 황산 생산에서 황철석을 소성하는 조건은 더 자세히 논의됩니다. 이산화황을 생성하려면 분쇄된 황철석이 사용됩니다. 왜냐하면 큰 조각으로 채취한 황철석보다 더 빨리 연소되기 때문입니다. 먼지가 쌓인 황철석의 연소는 노즐에서 공기 흐름으로 분출되거나 유동층에서 연소될 때 황철석 조각의 전체 표면이 공기와 접촉할 때 특히 빠르게 발생합니다.
심하게 분쇄된 가연성 물질과의 화학 반응으로 인해 폭발이 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 예를 들어, 설탕 생산 공장에서 설탕 분진 폭발이 있었습니다.
그들은 고체가 더 많이 부서질수록 그것이 참여하는 화학 반응의 속도가 더 빨라진다는 결론을 내렸습니다.
그런 다음 화학 반응 속도에 대한 온도의 영향을 분석합니다. 동일한 양의 황산 용액을 차아황산염 용액의 1/4이 담긴 시험관에 붓습니다. 이 실험과 병행하여 가열된 차아황산염 및 황산 용액이 배출됩니다.
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S↓
용액이 흐려질 때까지의 시간을 기록합니다. 선생님은 온도가 10°C 올라가면 대부분의 반응 속도가 2~3배 증가한다고 하더군요.
습득한 지식을 바탕으로 학생들에게 물질을 가열할 때 화학반응이 가속되는 현상을 설명할 수 있는 기회를 부여합니다.
이 수업에서는 학생들이 과산화수소 분해와 이산화황 산화 반응의 예를 사용하여 익숙해졌기 때문에 물질의 촉매 효과에 대한 경험을 보여줄 필요가 없습니다. 그들은 그들에게 알려진 촉매 반응을 나열하고 촉매 작용과 촉매의 정의를 제공합니다.
이 강의에서 지식을 통합하기 위해 다음 질문을 합니다.
- 화학 반응의 속도를 결정하는 것은 무엇입니까? 예를 들다.
- 어떤 조건에서 화학 반응 속도가 증가합니까?
- 아연이 염산과 반응할 때보다 아연이 아세트산과 반응할 때 수소의 발생이 훨씬 더 느리게 발생한다는 것을 전기분해 이론에 비추어 어떻게 설명할 수 있습니까?
- 어떤 방법으로 아연과 염산 사이의 반응 속도를 높일 수 있나요?
- 공기 중에 연기가 나는 파편이 산소 속에서 타오르는 이유는 무엇입니까?
- 탄산칼슘이 염산과 천천히 반응하는 두 개의 시험관이 주어졌습니다. 다양한 기술을 사용하여 각 시험관의 화학 반응 속도를 높여보세요.
- 온도가 증가함에 따라 화학 반응 속도가 증가하는 이유는 무엇입니까?
- 황산 생산에는 어떤 화학 반응을 가속화하는 방법이 사용됩니까?
- 촉매에 의해 가속화되는 것으로 알려진 화학 반응을 나열하십시오.
암모니아 합성 반응을 연구할 때 학생들은 다시 촉매의 사용을 접하게 되며, 이전에 얻은 촉매 작용과 촉매에 대한 정보를 통합함으로써 이 지식을 어느 정도 발전시킬 수 있습니다.
교사는 암모니아의 합성과 질소와 수소로의 분해라는 두 반응이 동일한 촉매 인 환원 철의 존재 하에서 발생하여 순방향 및 역방향 반응을 동일한 정도로 가속한다는 사실에 주목합니다. 따라서 촉매는 화학 평형을 이동시키지 않고 이 상태를 보다 빠르게 달성하는 데에만 기여합니다. 이 조항에 대한 학생들의 이해를 확인하기 위해 교사는 학생들에게 다음과 같은 질문을 합니다.
- 고압 및 가열 하에서 촉매 없이 질소와 수소의 혼합물로부터 생산 시 암모니아를 생산할 수 있습니까? 왜?
- 암모니아 합성 반응은 열과 촉매에 의해 가속화됩니다. 이러한 조건이 화학 평형에 미치는 영향의 차이점은 무엇입니까?
학생들에게 생산 시 암모니아 합성을 소개하면서 교사는 가스(수소 및 질소)에서 불순물이 먼저 제거되지 않으면 촉매가 빠르게 활성을 잃는다는 점을 지적합니다. 이 과정에서 산소, 수증기, 일산화탄소, 황화수소 및 기타 황 화합물은 독성 효과를 나타냅니다.
이산화황을 삼산화물로 촉매 산화하는 경우와 마찬가지로 암모니아 합성 중에 촉매는 특정 온도 한계 내에서만 가속 효과를 발휘합니다. 600°C 이상의 온도에서 환원된 철은 촉매 활성을 감소시킵니다.
암모니아 합성의 예를 사용하여 촉매의 작용 메커니즘을 고려할 수 있습니다. 철 촉매의 표면에 질화철이 형성된다는 점에 주목하세요.
수소는 질화물과 반응하여 암모니아를 생성합니다.
FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.
그런 다음 프로세스가 반복됩니다.
질화철 형성 반응과 수소와의 상호작용은 매우 빠르게 진행됩니다.
암모니아 산화 반응을 연구할 때 산소에서 암모니아의 연소와 암모니아의 촉매 산화에 대한 실험을 시연한 후 학생들은 이 두 경우의 출발 물질이 동일하게 사용되었다는 사실에 주목합니다. 조건(촉매 사용)에 따라 다른 생성물이 얻어집니다.
암모니아 산화는 다음 방정식에 따라 다양한 물질이 형성되면서 발생할 수 있습니다.
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;
4NH 3 + 4O 2 = 2N 2 O + 6H 2 O;
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.
촉매인 백금은 이러한 반응 중 마지막 반응만을 가속화합니다. 따라서 촉매를 사용하면 암모니아와 산소의 상호작용을 원하는 방향으로 유도하는 것이 가능합니다. 이는 질산 생산의 화학 생산에 적용됩니다.
IX학년에서 화학 생산의 개념을 형성하는 것은 학생들에게 화학 공장에서 화학 반응 속도를 실제로 제어하는 방법을 소개할 수 있는 좋은 기회를 제공합니다.
이전에 연구한 생산(염산, 황산, 질산, 암모니아)에 대한 지식의 일반화를 바탕으로 교사는 학생들에게 생산에서 화학 반응을 수행하기 위한 최상의 조건에 대한 개념(최적 온도 사용, 반응 농도 증가)을 형성합니다. 물질, 반응 물질의 접촉 표면 증가 및 촉매 사용. 그 후, 각 조건의 사용을 제한하는 상황을 확인하기 위해 학생들에게 “생산 시 화학 반응을 가속화하기 위해 온도를 무한정 높이는 것이 가능한가?”라는 질문을 학생들에게 던집니다. 그들은 강한 가열이 화학 평형을 바람직하지 않은 방향으로 이동시킬 수 있고, 촉매를 사용하는 경우 촉매의 활성을 감소시킬 수 있다는 것을 알아냈습니다. 이를 고려하여 최대가 아닌 최적의 온도가 생산에 사용됩니다.
생산 시 화학 반응을 수행하기 위한 다른 조건도 동일한 방식으로 분석됩니다.
IX-X학년의 화학에서 새로운 사실 자료에 대한 연구는 화학 반응 속도에 대한 지식을 더욱 강화하는 데 사용됩니다.
백린탄의 특성을 연구할 때 교사는 어둠 속에서 백린탄이 빛나는 것은 공기 중에서 백린탄이 천천히 산화된다는 것을 의미한다고 말합니다. 다음으로, 어떤 조건에서 백린탄의 산화가 촉진될 수 있는지 고려한다. 인을 가열하고, 분쇄하고, 산소를 사용하면 실제로 인의 산화가 가속화되어 인이 타오르게 됩니다.
학생들은 화학 공정을 가속화하는 방법에 대한 지식을 활용하여 과인산염 형성 조건을 예측합니다. 인산칼슘을 가열하고 분쇄하고 교반하고 황산의 농도를 높이면 3차 인산칼슘과 황산의 반응을 촉진할 수 있다고 한다. 선생님은 말한 내용을 요약하면서 다음과 같이 덧붙입니다.
이 생산에서는 실제로 가열이 사용되지만 이를 위해 분쇄된 3차 인산칼슘이 황산과 완전히 혼합될 때 반응 자체 중에 방출되는 열을 사용합니다.
학생들은 유기 물질을 공부하면서 항공 가솔린, 고무, 방향족 탄화수소 생산 등 촉매와 관련된 많은 공정을 접하게 됩니다.
우리는 에틸렌의 수화에서 황산의 역할을 고려할 수 있습니다. 황산이 존재하면 에틸렌에 물을 첨가하는 느린 반응(C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) 대신 다음과 같은 과정이 빠르게 차례로 일어난다. 1) 황산에틸렌과 결합하여 에틸황 에테르를 형성합니다.
2) 에틸황에테르는 비누화되어 에틸알코올과 황산이 생성됩니다.
알코올을 증류 제거한 후 황산은 같은 양으로 나타나지만 중간 생성물 형성에 참여했습니다. 학생들은 숙제를 할 때 황산의 촉매 작용(에틸 알코올에서 에틸렌과 에틸 에테르의 형성)의 다른 예를 독립적으로 조사합니다.
동일한 촉매를 사용하지만 온도가 다른 동일한 물질이 반응하여 다른 생성물을 형성합니다. 알코올의 특성을 숙지할 때 이 점을 강조해야 합니다.
일산화탄소와 수소의 상호작용은 서로 다른 촉매를 사용하여 동일한 물질로부터 서로 다른 유기 생성물을 얻을 수 있음을 보여줍니다. 이러한 상호 작용으로 인해 메틸 알코올, 탄화수소 또는 고급 알코올이 형성될 수 있습니다. 물질의 원하는 상호 작용 방향은 해당 반응을 가속화하지만 다른 반응에는 큰 영향을 미치지 않는 촉매를 사용하여 달성됩니다. 메틸 알코올 형성 반응을 가속화하기 위해 산화 크롬과 산화 아연의 혼합물이 촉매로 사용됩니다.
탄화수소와 산소 함유 물질을 연구한 후 유기 화합물지식을 일반화하기 위해 학생들은 교실이나 집에서 독립적인 작업을 위한 과제를 제공받습니다. 교과서의 특정 섹션에서 모든 촉매 반응 사례를 선택하고 각 학생에게는 교과서 자료의 해당 부분만 제공됩니다. 할당된 시간에 시청하세요.
분해하기 산업적 방법유기 물질을 얻기 위해서는 화학 반응 속도를 제어하기 위해 무기 물질 생산에 사용되는 것과 동일한 기술이 사용된다는 사실에 학생들의 주의를 환기시키는 것이 유용합니다.
38. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향. 촉매의 영향에 대한 이유.
반응의 결과로 소비되지는 않지만 반응 속도에 영향을 미치는 물질을 촉매라고 합니다. 반응 속도를 감소시키는 촉매를 억제제라고 합니다. 촉매가 화학반응에 미치는 영향을 '촉매'라 한다. 촉매작용 . 촉매 작용의 본질은 촉매가 있으면 전체 반응이 진행되는 경로가 변경되고 활성화 에너지가 다른 다른 전이 상태가 형성되어 화학 반응 속도도 변경된다는 것입니다. 균질한 촉매작용과 이질적인 촉매작용이 있습니다. 불균일 촉매반응에서는 촉매 표면에서 반응이 일어난다. 촉매의 활성은 표면의 크기와 특성에 따라 달라집니다. 촉매가 큰 표면적을 갖기 위해서는 다공성 구조를 가지거나 고도로 단편화된 상태여야 합니다. 촉매는 선택성으로 구별됩니다. 즉, 프로세스에 선택적으로 작용하여 특정 방향으로 지시합니다. 부식을 늦추기 위해 음성 촉매 작용이 사용됩니다.
39. 가역적 프로세스. 화학적 균형. 평형 상수.
한 방향으로만 진행되고 초기 반응물이 최종 물질로 완전히 전환되면서 끝나는 반응을 호출합니다. 뒤집을 수 없는. 2KClO3 = 2KCl + 3O2 . 거꾸로 할 수 있는두 가지가 동시에 일어나는 반응이다. 반대 방향. 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3
가역반응은 완료되지 않습니다. 즉, 어떤 반응물도 완전히 소모되지 않습니다. 가역적 과정: 처음에 출발 물질을 혼합할 때 정반응 속도는 빠르고 역반응 속도는 0입니다. 반응이 진행됨에 따라 출발물질이 소모되어 농도가 낮아지고 결과적으로 반응속도가 감소하게 된다. 동시에 농도가 증가하는 반응 생성물이 나타나고 그에 따라 역반응 속도도 증가합니다. 정반응과 역반응의 속도가 같아지면 화학평형이 일어난다. 순방향 및 역방향 반응이 발생하지만 동일한 속도로 인해 시스템의 변화가 눈에 띄지 않기 때문에 이를 동적 평형이라고 합니다. 화학 평형의 정량적 특성은 화학 평형 상수라고 불리는 값입니다. 평형 상태에서는 정반응과 역반응의 속도가 동일하며, 평형 농도라고 불리는 출발 물질과 반응 생성물의 일정한 농도가 시스템에 설정됩니다. 2CO + O 2 = 2CO 2의 경우 평형 상수는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 첫 번째 근사치에 대한 평형 상수의 수치는 주어진 반응의 수율을 나타냅니다. 반응 수율은 반응이 완료될 경우 얻을 수 있는 양에 대해 얻은 물질의 양을 비율로 나타낸 것입니다. K>>1 반응 수율이 높고, K<10-6). В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в наиболее подвижной фазе. Катализатор не влияет на константу равновесия. Он может только ускорить наступление равновесия. K=e^(-ΔG/RT).
40. 평형 변위에 대한 다양한 요인의 영향. 르 샤틀리에의 원리.
시스템이 평형 상태에 있으면 외부 조건이 일정하게 유지되는 한 시스템은 그 상태를 유지합니다. 평형에 영향을 미치는 조건을 변경하는 과정을 평형 이동이라고 합니다.
르 원리: 시스템에 있는 경우. 찾다. 외부 영향력을 행사하기 위해 균형을 맞춘 다음 변화의 시스템. 이러한 영향을 보상하는 방식으로.
결과: 1) 온도가 상승함에 따라. 균형 변위 흡열 반응에 유리하다.
2) 압력이 증가하면 평형이 이동합니다. 더 작은 부피(또는 더 적은 수의 몰) 쪽으로
3) 출발 물질 중 하나의 농도가 증가하면 평형은 반응 생성물의 농도가 증가하는 방향으로 이동하고 그 반대도 마찬가지입니다.
촉매가 화학 반응 속도를 높이는 이유는 무엇입니까? 그들은 "똑똑한 사람은 산에 오르지 않고 똑똑한 사람은 산 주위를 걸을 것이다"라는 대중적인 통념에 따라 행동하는 것으로 밝혀졌습니다. 물질이 상호 작용하기 시작하려면 입자(분자, 원자, 이온)에 활성화 에너지라고 하는 특정 에너지가 부여되어야 합니다(그림 13, a). 촉매는 반응 물질 중 하나와 결합하고 이를 "에너지 산"을 따라 이동시켜 에너지가 더 적은 다른 물질을 만나도록 함으로써 이 에너지를 낮춥니다. 따라서 촉매가 있으면 화학 반응이 더 빨리 진행될 뿐만 아니라 더 낮은 온도에서도 진행되어 생산 공정 비용이 절감됩니다.
쌀. 13.
기존 (a) 및 선택적 (b) 촉매를 사용한 촉매 반응의 에너지 다이어그램
뿐만 아니라. 촉매를 사용하면 동일한 물질이 다르게 반응할 수 있습니다. 즉, 다른 생성물이 형성될 수 있습니다(그림 13, b). 예를 들어, 암모니아는 산소에 의해 질소와 물로 산화되고 촉매가 있는 경우 산화질소(II)와 물로 산화됩니다(반응 방정식을 작성하고 산화 및 환원 과정을 고려).
화학 반응의 속도나 화학 반응이 일어나는 경로를 변화시키는 과정을 촉매 작용이라고 합니다. 반응과 마찬가지로 균질한 유형과 이질적인 유형의 촉매작용이 있습니다. 효소가 사용되는 경우 촉매작용을 효소라고 합니다. 이러한 유형의 촉매작용은 고대부터 인간에게 알려져 왔습니다. 유기 물질의 효소 분해 덕분에 인간은 빵을 굽고, 맥주를 양조하고, 와인과 치즈를 만드는 법을 배웠습니다(그림 14).
쌀. 14.
고대부터 인간은 빵을 굽고, 맥주를 양조하고, 와인을 만들고, 치즈를 만들 때 발생하는 촉매작용을 사용해 왔습니다.
일상생활에서 가장 흔하게 알려진 효소는 세제에서 발견되는 효소입니다. 세탁 중에 세탁물의 얼룩과 불쾌한 냄새를 제거할 수 있습니다.
화학실험을 통해 촉매에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
과산화수소(일상 생활에서는 종종 과산화수소라고 함)는 가정의 약장에 꼭 필요한 약품입니다(그림 15).
쌀. 15.
과산화수소 용액
이 약은 보관 중에 분해되므로 유통기한은 이 약의 포장에 표시되어야 합니다.
그러나 정상적인 조건에서는 이 과정이 너무 느리게 진행되어 산소 방출을 눈치채지 못하고, 과산화수소가 오랫동안 저장된 병을 열어야 약간의 가스가 방출되는 것을 알 수 있습니다. 이 프로세스의 속도를 높이는 방법은 무엇입니까? 실험실 실험을 해보자.
실험실 실험 No. 9 산화망간(IV)을 이용한 과산화수소 분해
실험실 실험 10호
식품 내 카탈라아제 검출
촉매는 생산 공정을 더욱 경제적으로 만들 뿐만 아니라 환경 보호에도 크게 기여합니다. 따라서 현대 승용차에는 촉매 장치가 장착되어 있으며 그 내부에는 세라믹 셀룰러 촉매 담체(백금 및 로듐)가 있습니다. 이를 통과하면 유해 물질(탄소산화물, 질소산화물, 미연소 휘발유)이 이산화탄소, 질소 및 물로 변환됩니다(그림 16).
쌀. 16.
배기 가스의 질소산화물을 무해한 질소로 변환하는 자동차의 촉매 변환기입니다.
그러나 화학반응에서는 반응 속도를 높이는 촉매뿐 아니라 반응 속도를 늦추는 물질도 중요하다. 이러한 물질을 억제제라고 합니다. 가장 잘 알려진 것은 금속 부식 억제제입니다.
실험실 실험 11호
메테나민에 의한 산과 금속의 상호작용 억제
일반인의 어휘에는 화학에서 차용한 단어가 자주 포함됩니다. 예를 들어, 항산화제 또는 항산화제. 항산화제라고 불리는 물질은 무엇입니까? 버터를 오랫동안 보관하면 색과 맛이 변하고 불쾌한 냄새가 나고 공기 중에서 산화된다는 사실을 눈치 챘을 것입니다. 식품이 부패되는 것을 방지하기 위해 항산화 제가 첨가됩니다. 또한 신체에서 원치 않는 산화 과정이 일어나서 사람이 아프고 피곤해지며 더 빨리 노화되기 때문에 인간의 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 인체는 예를 들어 카로틴(비타민 A)과 비타민 E가 함유된 식품을 섭취함으로써 항산화제를 섭취합니다(그림 17).
쌀. 17.
항산화제: a - β-카로틴; b - 비타민 E
따라서 화학 반응 속도는 촉매와 억제제, 온도 변화, 반응 물질의 농도, 압력(균질한 기체 반응의 경우) 및 반응 물질의 접촉 면적(이질적인 공정의 경우)을 사용하여 제어할 수 있습니다. 물론, 화학 반응의 속도는 반응물의 성질에 따라 달라집니다.
새로운 단어와 개념
- 촉매.
- 효소.
- 촉매작용(균질, 이질, 효소).
- 억제제.
- 항산화제.
독립적인 작업을 위한 작업
- 촉매란 무엇입니까? 화학 반응에서 어떤 역할을 합니까? 촉매가 화학 반응 속도를 높이는 이유는 무엇입니까?
- 효소 촉매작용은 인류 문명의 역사에서 어떤 역할을 했습니까?
- 현대 생산에서 촉매의 역할에 관한 보고서를 준비합니다.
- 현대 생산에서 억제제의 역할에 대한 보고서를 준비합니다.
- 의학 및 식품 산업에서 항산화제의 역할에 대한 보고서를 준비합니다.
Vova는 목숨을 잃었습니다. 비극적인 숫자. 전쟁으로 얼마나 많은 목숨을 잃었는지. 사용된 문헌 목록
Alexey Kuskov 관광의 기본
항상 개방적이고 활동적이어야 합니다.