ться зі стадії адсорбції, в результаті якої розриваються або послаблюються хімічні зв'язки в молекулах реагуючих речовин, і молекули стають активними.
Виконання роботи
Досвід 1. Гомогенний каталіз. Каталітичне прискорення реакції розкладання пероксиду водню
Налити в пробірку 10 мл 30% -го розчину (по масі) пероксиду водню. Опустити в пробірку, не торкаючись розчину, тліючу лучинку. Пояснити, чому вона не спалахує.
У конічну колбу налити 10 мл 0,01 М розчину молібдату натрію Na2MoO4 і потім поступово прилить 10 мл пероксиду водню. Спостерігати зміну забарвлення розчину і виділення бульбашок газу. Для завершення реакції суміш злегка нагріти і за допомогою тліючої лучинки переконатися в наявності кисню в колбі.
Вимоги до результату досвіду
. Пояснити спостереження, взявши до уваги наступні реакції між молибдатом натрію і пероксидом водню:
H2O2 + Na2MoO4? Na2MoO8 + 4H2O
Na2MoO8? Na2MoO4 + 2O2
H2O2? 2H2O + O2.
. Пояснити роль молібдату натрію.
Досвід 2. Гетерогенний каталіз. Каталітичну дію діоксиду марганцю на розкладання пероксиду водню
Налити в пробірку 1-2 мл 30% -го (по масі) розчину пероксиду водню. З допомоги тліючої лучинки переконатися у відсутності кисню. Внести в розчин на кінчику шпателя діоксид марганцю. Що спостерігається? Переконатися за допомогою тліючої лучинки в наявності кисню.
Вимога до результату досвіду
. Написати рівняння реакції розкладання пероксиду водню.
. Пояснити, чому каталізатор збільшує швидкість реакції.
Приклади розв'язання задач
Приклад 5.1. Промислова установка, що працює на ванадієвої каталізаторі (V2O5), виробляє на добу 30000 кг моногідрату H2SO4. Обсяг каталізатора в установці 0,7 м3. Розрахувати активність каталізатора.
Рішення. Мірою активності каталізатора є зміна швидкості хімічної реакції в результаті введення в систему каталізатора. Кількісно активність каталізатора оцінюється продуктивністю каталізатора (Ak). Під продуктивністю каталізатора подразумевают кількість речовини, що виходить в одиницю часу з одиниці площі поверхні (Sk), маси (mk) або об'єму (Vk) каталізатора. Продуктивність каталізатора дорівнює
,
де m? маса одержуваного речовини; ? ? час протікання процесу.
Для визначення продуктивності каталізатора висловимо час в годинах:
Ak== 1785,7 кг/(м3? годину).
Таким чином, активність ванадієвого каталізатора при отриманні моногідрату H2SO4 дорівнює 1785,7 кг/(м3? годину).
Приклад 5.2. Енергія активації деякої реакції без каталізатора дорівнює 75,24 кДж/моль, а з каталізатором - 50,14 кДж/моль. У скільки разів зросте швидкість реакції в присутності каталізатора, якщо реакція протікає при 25 ° С?
Рішення. Позначимо енергію активації реакції без каталізатора через Ea, а з каталізатором - через Ea /, відповідні константи швидкості реакції позначимо через k і k /. Для вирішення задачі використовуємо перетворене рівняння Арреніуса:
.
Підставляючи в це рівняння дані завдання, висловлюючи енергію активації в джоулях і враховуючи, що Т=298 К, ??отримаємо
.
Остаточно знаходимо k//k=2,5? 104. Таким чином, зниження енергії активації на 25,1 кДж призвело до збільшення швидкості реакції в 25 000 разів.
Завдання і вправи для самостійного вирішення
.1. При окисленні NH3 на платиновому каталізаторі було отримано протягом доби 1440 кг HNO3. Для окислення було використано 0,064 кг каталізатора. Розрахувати активність каталізатора. (Відповідь: 937,5 кг/(м3? Годину)).
.2. Чи залежить значення енергії активації реакції у разі гетерогенного каталізу від площі поверхні каталізатора і від його структури?
.3. У скільки разів збільшиться швидкість реакції, що протікає при 298 К, ??якщо енергію активації її зменшити на 4 кДж/моль? (Відповідь: в 5 разів).
.4. Чому дорівнює енергія активації реакції, якщо при підвищенні температури від 290 К до 300 К швидкість її збільшиться в 2 рази? (Відповідь: 49,9 кДж/моль).
.5. Яке значення енергії активації реакції, швидкість якої при 300 К в 10 разів більше, ніж при 280 К? (Відповідь: 80,3 кДж/моль).
.6. За 12 год було синтезовано 45000 кг NH3. Обсяг використаного каталізатора 1,2 м3. Визначити продуктивність каталізатора.
(Відповідь: 3125 кг/(м3? годину)).
.7. Знайти об'єм каталізатора для синтезу NH3, якщо продуктивність установки 5000 м3 аміаку на годину. Продуктивність вик...
