Механізм дії каталізаторів.

Для гомогенних систем існує теорія каталіза – проміжних сполук.

Головна функція каталізатора – зменшення енергії активації, тому реакції за участі каталізатора проходять значно швидше.

Наприклад: без каталізатора реакція розкладу йодоводню проходить повільно, Е _а = 168 кДж/моль, якщо застосовувати платиновий каталізатор, то Е _а = 59 кДж/моль.

Для гетерогенна систем існує інша – адсорбційна теорія. Суть теорії: молекули реагуючих речовин адсорбуються на поверхні каталізатора (на активних центрах). Таким чином на каталізаторі створюється підвищена концентрація цих речовин і ці є причиною прискорення проходження реакції.

М е т о д и к а р о з в’ я з а н н я з а д а ч.

Тема 1. Агрегатні стани речовини.

Агрегатний стан речовини залежить від температури і тиску. Під час переходу з одного стану в інший змінюється відстань між молекулами й силами міжмолекулярної взаємодії. Для розв’язування задач, що характеризують газоподібний стан речовини, необхідно пам’ятати основні газові закони: Бойля-Маріотта, Гей-Люсака, Шарля. Розрахункове рівняння для приведення газів до нормальних умов таке:

PV = P₀V₀ (1)

T T₀

Величини P₀, V₀, T₀ – постійні, тому відношення = P₀V₀ є також

T₀

величина постійна для всіх газів, незалежно від їх хімічної природи. Її позначають буквою Р і називають універсальною газовою сталою.

Отже, P₀V₀ = Р або PV = PT (2)

T₀

Рівняння (2) вірне для 1 кіломоля газу. Якщо в об’ємі буде міститися n к-моль, то рівняння буде мати загальний вигляд:

PV = n PT (3)

Рівняння (3) є рівнянням ідеального газу і називається рівнянням Мендєлєєва-Клапейрона.

Відомо, що n = m/M, тому PV = m / M PT

Під час розрахунків необхідно пам’ятати, що числове значення R залежить від вибору одиниць вимірювання Р, V, Т за нормальних умов:

1. Якщо Р₀ = 760 мм рт. ст., V = 22400см³, Т₀ = 273⁰К, то R = 62400 см³. мм рт. ст. / ⁰моль

2. Якщо Р₀ = 1 атм, V₀ = 22,4л, Т₀ = 273⁰К, то R = 0,082 л атм / моль град

3. В одиницях системи СІ⁰ Р₀ = 101325 Н/м² (10⁵ Па), V₀ = 22,4м³, Т₀ = 273⁰К, то R = 8,31 Дж / моль ⁰К

Наприклад:

Розрахуйте масу газу СО₂, який міститься в балоні ємністю 40л, під тиском 150 атм, температурі 15⁰С.

Дано: PV = mRT / M

V = 40л m = PVM / RT

t = 15⁰С T = 273 + 15 = 288⁰K

p = 150 атм m = 150 ^. 40 ^. 44 / 0,082 ^. 288 = 11 (кг)

M (СО₂) = 44г/моль

R = 0,082 л ^. атм/град ^. моль

З найти:

m (СО₂) - ?

Відповідь: маса газу в балоні дорівнює 11 кг.

Тема 2. Хімічна кінетика і каталіз. Хімічна рівновага.

Для розрахунку задач необхідно пам’ятати вираз константи рівноваги через рівноважні концентрації.

Для оборотної реакції типу аА + вВ ↔ сС + dD:

К_пр. = [C]^c [D]^d = K

К_об. [A]^a [B]^b

Задача1

В системі Н₂ + J₂ встановилася рівновага. Як зміниться швидкість прямої реакції, якщо концентрація Н₂ збільшити в 3 рази.

1. Позначимо [Н₂] = а; [J₂] = b

2. Запишемо вираз швидкості прямої реакції:

V₁ = k ^. ab

3. Запишемо вираз швидкості прямої реакції після збільшення концентрації Н₂ в 3 рази: V₂ = k ^. 3 ab

4. Для визначення зміни швидкості запишемо відношення:

V₂ = k ^. 3ab = 3

V₁ k ^. ab

Відповідь: при збільшенні концентрації Н₂ в 3 рази, швидкість реакції збільшиться в 3 рази.