Урок в 11 классе "Катализ"

Тарбагатайская средняя школа Петровск – Забайкальского района Чит. обл.

                     

 

Урок – семинар в 10 кл. с элементами технологии творческих мастерских, интегрированного и проблемного обучения.

 

Учитель: Шишмарева С.Л.

                                                       Разряд: 14

 

 

 

 

        Цель: Выяснить, что такое катализ, какая зависимость скорости химических реакций от катализаторов, показать огромную роль каталитических явлений в природе и хозяйственной деятельности человека, раскрыть сущность катализа, рассмотреть использование катализаторов в химическом производстве, подвести под обсуждение этих вопросов экспериментальную базу. Находить причинно- -следственные связи, сравнивать, обобщать и делать выводы.

Оборудование: На демонстративном столе стаканчики с Н2О2,(3)

К2CЧ2О4, оксид марганца (IV), сульфат меди, гидроксид аммония, 2 кусочка сахара, пепел от сигарет, лучинка, спиртовка, пинцет, песок.

На столах учащихся 2 стаканчика  с крахмалом, стаканчик раствором

йода, вода, алюминий, соляная кислота, перекись водорода, сырое

и вареное мясо, 3 пробирки.

Девиз урока : каталитические процессы- основа жизни в той форме которая существует на Земле.

Опрос.

1) Что такое скорость химических реакций ? Вывести выражение скорости для гомогенных и гетерогенных систем.

2) Какие факторы влияют на скорость хим. реакций?

3) Решение задач.

    1 При  температуре 20 С  скорость реакции между газами V=0,001 моль. (л.сек) Во сколько раз увеличится эта скорость при повышении

температуры до 70 С, если температурный коэффициент равен 2 ?

Вычислите при этой температуре скорость реакции.

     2 Как изменится скорость  реакции между газами  А и В, если объем газовой ее сжатием уменьшится в 5 раз? Кинетическое уравнение

реакции V=KCACB

     3 На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции, у который температурный коэффициент равен 3,

 увеличилась примерно в 80 раз?

Демонстрация опыта:

Горение рафинада в пламени спиртовки. Сахар не горит. Горение рафинада, посыпанного пеплом. Сахар горит голубоватым пламенем.

В: Что мы наблюдаем?

О: Катализ.

Итак, тема нашего урока - -Катализ.

Читаем девиз.

Мы должны ответить на следующие вопросы, записанные на доске.

1) Что такое катализ?

2) Катализ в истории химии ?

3) Каковы виды катализа?

4) Каков механизм катализа?

          а) гомогенного

          б) гетерогенного

5) Каковы основные законы катализа?

6) Каковы виды катализаторов?

7) Какую роль играет катализ в природе?

8) Какую роль играет катализ в промышленном производстве?

Отвечаем на первый вопрос.

В: Почему горение сахара с пеплом мы назвали каталитической реакцией?

О: Потому что скорость ее увеличивается при участии катализатора.

В: Что является катализатором?

О: Пепел.

В: Так какое явление мы называем  катализом? Отвечаем на первый

вопрос.

О: Катализ – это ускорение хим. реакций при участии катализатора.

Катализатор – это вещество. которое ускоряет хим. реакцию, но само при этом не расходуется.

Рассмотрим второй пункт нашего плана. Когда впервые появилось понятие "катализ". Итак, катализ в истории химии.

Сообщение учащегося.

 Трудно сказать, когда человек впервые столкнулся с теми явлениями,

которые называют катализом. Вероятнее всего это произошло очень

давно и было связано с практическим опытом. Наблюдения показывали, что фруктовые соки со временем превращаются  в вино, а

вино при хранении образует уксус, из молока выделяется рыхлая масса творога и т. п. Сейчас известно, что  все эти процессы совершаются при участии очень сложных катализаторов, и нет ничего удивительного, что истинный смысл явлений брожения в течении тысячелетий оставался нераскрытым. Для понимания того, что происходит в смесях органических веществ, когда на них действуют белковые катализаторы- -ферменты, необходимо хорошо знать механизм действия менее сложных катализаторов и общие законы катализа. Все это стало возможным лишь после того, когда уровень хим. знаний возрос настолько, что строение атома и молекулы, законы хим. кинетики, структура белковых частиц и многие другие вопросы перестали быть "книгой за семью печатями" Понимание смысла каталитических явлений углублялось постепенно. Еще в 11 веке химик Андрей Либавий применял термин "катализ", однако это слово тогда означало процессы разложения, а  не реакции, ускоряемые каким то определенным веществом. Вероятно Джабир –ибн – Хаян (8век) был одним из первых алхимиков, применившим каталитический процесс для получения органических соединений.

Он превратил  этиловый спирт в эфир посредством  нагревания с серной кислотой, игравшей роль катализатора. Но он сам не понял истинного смысла действия серной кислоты. В эпоху алхимии мысль о том,  что  вещество может как то содействовать химическому превращению других веществ, занимала многих исследователей. Они надеялись отыскать такое чудодейственное средство, которое могло бы превратить металл  в золото. Они часто не замечали , что в их руках действительно оказываются вещества, которые, правда,  не

дают возможности получать золото, но открывают очень интересные

перспективы в области промышленности и теоретических знаний.

Впоследствии каталитические реакции все чаще и чаще стали привлекать внимание ученых, ставивших перед собой ясные практические цели. Пармонтье обнаружил в 1781 г.,что под влиянием  слабых кислот крахмал может превращаться в сахар, еще через 11 лет Шееле доказал, что в процессах омыления катализаторами являются кислоты и щелочи. В1796 году Ван – Марум  доказал,  что при пропускании паров спирта через раскаленную трубку, содержащую различные металлы , играющие роль катализаторов, спирт превращается в альдегид и водород. Гемфри Дэви обнаружил

каталитические свойства платины.

Если в смесь горючих газов с воздухом  внести нагретую платиновую пластинку, то она раскаляется и газ горит. Это подтвердил Берцелиус,

который употребил термин "катализ" в том смысле, в котором сказывается действие катализатора. Но понятие каталитической силы не разъяснило природу явления катализа. Потребовалось очень много

усилий для того, чтобы истинный смысл действия катализаторов сделался наконец. понятным. Исключительно  большую роль в развитии науки о катализе сыграли исследования русских ученых,

стремившихся понять внутренний механизм  действия катализаторов.

За период с 1871 – 1885 г. Зайцев открыл каталитические свойства палладия в восстановлении водорода. Кучеров обнаружил, что ртутные соединения являются активными катализаторами  в гидратации ацетилена. Коновалов разработал теорию катализа. Густавсон открыл, что хлорид алюминия – активный катализатор. Бутлеров, Менделеев занимались разработкой этих вопросов. Исследования катализаторов – одна из центральных задач теоретической и прикладной химии.

Отвечаем на третий вопрос.

В: Вспомните, что такое гомогенная система?

О: В – ва находятся в системе в жидком или газообразном состоянии.

В: Что такое гетерогенная система?

О:  Одно из веществ находится в твердом состоянии.

Также и катализ может быть гомогенным и гетерогенным.

Начертим схему.

                                          катализ

 

гомогенный                                                                           гетерогенный

В: Как вы думаете, что такое гомогенный катализ?

О: Катализаторы как и исходные реагенты находятся в жидком или газообразном состоянии.

В: Что такое гетерогенный катализ?

О: Катализатор в отличие от исходных реагентов находится в другом агрегатном состоянии, например в твердом.

Рассмотрим гомогенный катализ.

Демонстрационный опыт.

В стаканчик с пероксидом водорода добавляют дихромат калия. Образуется темно- синее окрашивание и появляются пузырьки выделяющегося  газа. рядом на предметный столик поставим стакан

с раствором дихромата калия оранжевого цвета.

В: Что наблюдаем?

О: Разложение пероксида на воду и кислород при участии катализатора. Следовательно –это реакция каталитическая. записать уравнение на доске под словом гомогенный.

          Н2О2 = 2 Н2О + О2

" Счастлив тот , кто  вещей познать сумеет причины." Это слова Вергилия, И мы сегодня рассмотрим механиэм катализа.

Сущность гомогенного катализа объясняется теорией промежуточных соединений. Рассмотрим общую схему механизма гомогенного катализа.

    А + В = А В(Q)

Без катализатора реакция протекает медленно, так как ее энергия активации (Q)велика

В: Что такое энергия активации?

О: Уровень энергии, при которой молекулы становятся активными,

начинают двигаться и вступать в реакцию.

Итак, чем больше энергия активации, тем медленнее идет реакция.

см. табл.2

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее в систему ввели катализатор ,Он соединяется с веществом.

              А + К = А К (Q 1<Q))

                          промежуточное

                          соединение

Энергия активации этой реакции меньше, чем энергия активации первой, следовательно она идет быстрее. АК активно реагирует с веществом В , а катализатор вытесняется , то есть регенерирует.

         АК   +  В =  А В  + К (Q2<Q)

Общий вид схемы ( табл. 1 )

А  +  В =А В (Q)

А  +  К =АК (Q1<Q)

А К + В= А В + К

А К + В =А В + К

                          восстановленный

Посмотрим на демонстрационный столик. Промежуточное  соединение  синего цвета начинает исчезать. Мы наблюдаем появление желтого окрашивания, точно такого же, как в контрольном стаканчике с катализатором дихроматом калия.

В: Почему же все-таки при проведении нескольких последовательных реакций с участием катализатора, вместо одной без катализатора – химическое превращение осуществляется быстрее? Казалось бы все должно обстоять наоборот.

В: Вспомните, что необходимо для химического взаимодействия веществ?

О: Столкновение молекул. Следовательно, необходимо достигнуть того уровня энергии, при котором молекулы были бы активны. Чем он меньше, тем быстрее молекулы активизируются. Он меньше у промежуточного комплекса.

В:  Так в чем роль катализатора?

О: Он понижает энергию активации.

Рассмотрим механизм гетерогенного катализа.

Демонстрация опыта.

В стаканчик с перекисью насыпаем оксид марганца (IV).

В: Что наблюдаем?

О: Выделение кислорода.

Докажем, что это кислород тлеющей лучиной. Она вспыхивает.

В: Что это за явление?

О: Гетерогенный катализ.

Записать уравнение реакции в схеме под словом гетерогенный.

          2 Н2О2 = 2 Н2О + О2

Сущность гетерогенного катализа объясняется теорией активированной адсорбции.

В: Что такое адсорбция?

О: Способность поглощать на своей поверхности другие вещества.

На поверхности катализатора находятся активные центры (атомы).

Реагирующие молекулы адсорбируются на них, катализатор ослабляет химические связи между атомами этих молекул и перераспределяет их.

Смотрим схему (табл. 3)

        АВ +  С Д  =   А С  +  В Д

         А--------В                    А ------- В

К              +           К =  К                         К

         С---------Д                      С         Д

              А                                     В           

К                                 +                          К

               С                                      Д

Затем происходит адсорбция  молекул.

В: Так участвует катализатор в химических реакциях? Правильно ли определение?

О: Определение неверно .Катализатор участвует в хим. реакциях.

Также на катализатор влияет реакция среды.

Демонстрация опыта.

В стаканчик с перекисью добавили сульфат меди. Реакция не идет. Добавили гидроксид аммония . Наблюдаем выделение кислорода. Что же происходит?

О: Сульфат меди подвергается гидролизу.

       CUSO4+HOH=CUOH+H

        H2O2  + 2 Н +2е= 2 Н2О

В данном случае не идет выделение кислорода. Следовательно ионы водорода тормозят реакцию разложения перекиси. При добавлении гидроксида аммония в системе накапливаются гидроксильные группы

        Н2О2 +2 ОН- 2е =2Н2О +О2

Мы наблюдаем выделение кислорода.

Вывод: Катализ зависит от реакции среды.

Лабораторный опыт.

В: В пробирку с соляной кислотой добавьте алюминий. Что наблюдаем?

О :Реакция не идет, затем начинает выделяться водород, реакция стечением времени ускоряется.

Дополняем схему.

                                             катализ

 

гомогенный                    автокатализ             гетерогенный

     K2CR2O7                                                                                       MпО2

2Н2О2=2Н2О +О2       2АL+6HCL=2ALCL3+3H2 2Н2О2= 2Н2О +О2

Данная реакция автокаталитическая, так как катализатор хлорид алюминия образуется в ходе реакции. Чем  больше его образуется, тем быстрее идет хим. реакция.

Впервые определение катализаторам дал Берцелиус. Но верно ли его определение? Найдите в нем ошибку.

"Некоторые тела производят своим прикосновением к другим телам такое на них влияние , что возникает химическая активность, разрушаются соединения или создаются новые без того, чтобы само тело, в присутствии которого это происходит, принимало хотя бы малейшее участие в этом."

О: Определение неверно. Катализатор—активный участник реакции.

Подведем итог. Каковы же основные законы катализа.

   а) катализатор- активный участник  реакции

   б) катализатор образует неустойчивое промежуточное соединение

    в) катализатор снижает энергию активации.

Отвечаем на следующий вопрос.

В: Каковы виды катализаторов?

     а) положительные, ускоряющие хим. реакцию.

В :Какие положительные катализаторы вы знаете?

О: Оксид марганца четырех валентного, дихромат калия, хлорид алюминия, серная кислота, оксиды металлов, металлы.

Среди положительных катализаторов нужно отметить селективные катализаторы. Это катализаторы, которые избирательно ускоряют одну хим. реакцию. Они применяются в промышленном производстве.

      б) отрицательные катализаторы.

Сообщение учащегося о проделанной работе.

Наряду с положительными  катализаторами, ускоряющими хим. реакции, существуют отрицательные катализаторы—замедлители хим . реакций. К их числу относятся    ингибиторы. ,вещества,  которые  будучи добавлены в малом количестве, например к кислотам,

сильно уменьшают скорость растворения в них металла. Ингибированные кислоты применяют для травления металлов. Представьте себе, что железную деталь надо очистить от ржавчины

Сдирать напильником или наждачной шкуркой долго и не очень приятно; но если опустить деталь в кислоту, того гляди, она разъест вместе с ржавчиной само железо. В таком случае нужны ингибиторы.

Они замедляют реакцию кислоты с железом. Ингибиторы можно извлечь экстракцией из растений.

Демонстрация опыта.

В двух стаканчиках налит слабый раствор соляной кислоты. В него опущен железный гвоздь. Мы наблюдаем, что та часть гвоздя, которая опущена в раствор, очищена от ржавчины. Но в одном из стаканчиков происходит разрушение металла. В другом стаканчике идет очищение и разрушения металла нет. В этом стаканчике есть ингибитор. Мы этот опыт проделали за неделю до урока. Ингибитор извлекли экстракцией из растений. Измельченные листья тысячелистника залили слабым раствором соляной кислоты. Когда зелень настоялась, к 100 мл. соляной кислоты добавили 5 мл. экстракта. Почему же растительные ингибиторы мешают кислоте разъедать железо? Молекулы некоторых веществ, содержащихся в растениях, закрепляются на поверхности металла. Они не дают молекулам кислоты подойти к железу и таким образом защищают его.

        г) гибридные  катализаторы

Сообщение учащегося.

Гибридные катализаторы были получены по той же методике, по которой биологи, прививая черенок высокосортного растения к стволу его дикого и менее требовательного к природным условиям собрата, получали новые гибридные сорта. Стволом служила молекула поливинилхлорида, к которой были"привиты", присоединены ковалентной связью комплексы родия с фосфином.

( - СН – СН2 –СН- СН2-)п =п КCL + ( -СН – СН 2- С Н – СН2 -)п

      I                  I                                         I                   I                     

     CL               CL                                     РH2                    РН2                         

       +                  +                                                                                   

       К                 К                                                                                

Связанный с молекулой поливинилхлорида родиевый комплекс "плавал" в растворе, но не уносился потоком растворителя вместе с продуктами. Число гибридных катализаторов, появившихся в 1972г,

растет. Например, при помощи гибридных катализаторов получают лекарство преднизалон. Гибридные применяют в медицине .

А теперь проделаем лабораторный опыт.

В 2 пробирки с перекисью водорода бросили кусочки мяса.  В 1-сырое,

во 2 –вареное.

В: Что наблюдаете?

О: В пробирке с сырым мясом идет разложение перекиси на воду и кислород. Следовательно эта реакция каталитическая.

В: Что является катализатором?

О: В-ва, в мясе – ферменты.

В: Почему с вареным мясом реакция не идет?

О: При температуре  ферменты разрушаются.

Таким образом делаем вывод, что в живой природе есть катализаторы. В мясе – фермент каталаза.

Отвечаем на вопрос с учителем биологии.

Какую роль играют катализаторы в природе?

В: На уроке биологии мы не раз упоминали слово фермент. Что такое фермент?

О: Биологически активное вещество.

Пожалуй ни один процесс в биологической системе не обходится без участия  фермента, а чаще всего многих ферментов. Биохимию можно определить ,как химию ферментативных реакций. Ферментов известно множество. Так, одна единственная клетка простейшей бактерии использует в своей жизнедеятельности около тысячи разных ферментов.

В: Как же работают ферменты?

Сообщение учащегося

Каждый фермент –это молекула белка, свернутая в клубок, в глобулу .Важнейшая часть такой глобулы – активный центр , небольшая область, где и проходит реакция, управляемая и ускоряемая  ферментом. Можно представить себе несколько механизмов действия ферментов. Предположим, что реакция заключается во взаимодействии 2-х молекул. Сначала эти молекулы подходят друг к другу на достаточно близкое расстояние, затем между ними формируется хим. связь – образуется новая молекула. Но в отсутствии фермента,то есть  катализатора, такая реакция идет очень медленно., пока 2 молекулы найдут друг друга в огромном по сравнению с ними пространстве внутриклеточной жидкости. А если и найдут и подойдут к друг другу, это еще не значит, что между ними возникнет хим. связь. Для этого молекулы должны быть активированными,обладать дополнительной энергией. А теперь представим себе, что  в активном  центре молекулы фермента  есть 2 гнезда, точь в точь подогнанные под эти 2 молекулы; они укладываются в эти гнезда, их концы оказываются рядом –возникает новая хим. связь, образуется новая молекула. Она по своей конфигурации уже не подходит к активному центру в глобуле фермента и фермент эту молекулу выталкивает. На освободившееся место встают 2 другие реагирующие молекулы. Но фермент может действовать не только механически, он может на какое то время сам связываться с одной из реагирующих молекул. Такая молекула, после того как к ней присоединится фермент, обладает уже иными хим. свойствами, она гораздо охотнее реагирует с нужной молекулой. После этого фермент отщепляется. Посмотрим , как фермент лизоцим расщепляет молекулу полисахарида. При этом фермент изменяет свою конфигурацию, атомы, образующие щель, смещаются один относительно другого и молекула полисахарида оказывается разрезанной на 2 половины, которые тут же отделяются от молекулы фермента. В данном случае действие лизоцима напоминает работу машины по обрезке сброшюрованной книги: сшитые листы кладутся на специальный стол, 2 части машины ---стол и нож –перемещаются относительно друг друга и обрезанные листы выталкиваются из машины.

Ферменты катализируют тысячи реакций, идущих в живой клетке-при дыхании, обмене в-в, размножении. И самое замечательное свойство ферментов- работают они чрезвычайно быстро. Чтобы расщепить белок или молекулу полиуглевода на составные части, их нужно кипятить с крепкими растворами кислот щелочей несколько часов.  Ферменты  пищеварительных соков –пепсин , протеаза,  амилаза- гидролизуют эти вещества за несколько секунд при температуре 37  С.

Лабораторный опыт.

На столах 2 стаканчика с крахмалом. В 1 – налили воды. Затем ополоснули рот чистой водой и вылили содержимое во 2 –ой стаканчик.

В: Это какая реакция?

О: Взаимодействие крахмала с водой-гидролиз.

Добавьте в оба стаканчика йод.

В: Что вы наблюдаете?

О: В1- ярко-синее окрашивание.

Во 2 –очень бледное.

В: Что это за реакция?

О:Качественная реакция на крахмал. Во 2 –гидролиз идет быстрее, потому что ускоряет реакцию фермент слюны-амилаза.

Таким образом делаем вывод, говоря словами Павлова " Ферменты- первый акт жизненной деятельности. Они возбудители всех химических превращений….Они возбудители жизни."

Так, ферменты играют огромную роль в природе. Они есть в организме животных и человека. Мы в этом убедились. Но ферменты есть в клетках растений.

Сообщение учащихся (исследовательская работа)

Мы провели 3 серии опытов.1 серия.В две пробирки с водой  добавили чуть гидрохинона. Вода порозовела. Во вторую –добавили перекиси водорода. Вода стала ярко-розовой. Идет реакция окисления.

2 серия. Приготовили сок растений ( клубни картофеля, лук, капусту измельчили, настояли в дистиллированной воде 60мин., профильтровали).

К соку растений в 2 пробирки добавили гидрохинон---розовое окрашивание. Во вторую пробирку добавили перекись, р- р окрашивается в яркий розовый цвет. Причем окраска более яркая, чем в первой серии опытов. Почему? Делаем вывод, что реакция каталитическая . ферментами являются вещества, находящиеся в соке растений. 3 – я  серия опытов. Делаем все так же как и во второй серии, но пробирки кипятим - - окраска исчезает. Вывод:  при  кипячении ферменты разрушаются.

"Земная жизнь в безбрежном лоне вод

Среди пещер жемчужных океана

Возникла, получила свой исход,

Росла и стала развиваться рано

Под действием волшебников – веществ.

Катализаторы сыграли существенную роль в возникновении жизни на Земле.

Сообщение учащегося

В более ранние эпохи - -до появления жизни –катализ играл огромную

роль в природе. За счет действия катализаторов образовались те вещества. которые впоследствии оказались материальной основой развития организмов. разложение воды. образование формальдегида из воды и углекислого газа под влиянием света. Опарин высказал мысль, что ультрафиолетовое излучение солнца, наряду  с  катализаторами могло сыграть значительную роль в образовании аминокислот, что доказали  Павловский и .Пасынский, облучая смесь формальдегида , нитратов и хлорида аммония. Через 20 часов в этой смеси образовались аминокислоты. Индийский ученый Бахадур доказал, что солнечный свет, действуя на смесь  растворов параформальдегида с нитратом калия и хлоридом железа трехвалентного способствует образованию некоторых аминокислот. Хлорид железа играл роль катализатора. Бахадур обнаружил, что коллоидный оксид молибдена катализирует образование аминокислот из азота , воды и параформальдегида. Горные породы и минералы играли роль катализаторов. Японский ученый Акабори предположил, что те вещества из которых образовались белки могли возникнуть при действии катализатора – глины. Бернал. английский ученый считал, что реакции полимеризации шли за счет катализаторов неорганических- силикатов,  сульфидов, оксидов. Ионы металлов катализировали   окислительно —восстановительные  реакции. По гипотезе Опарина смеси высокомолекулярных веществ образовали капли – коацерваты. Эти капли способны к избирательной адсорбции, то есть могут предпочтительно поглощать некоторые определенные вещества. Капли, поглотившие катализаторы имели преимущество перед остальными, потому что катализаторы способствовали их образованию и сохранению. Таким путем возможно начиналась эволюция коллоидных систем, катализаторов, которые обеспечивали устойчивость частицы к различным внешним влияниям и ее способность к самовоспроизведению.

 

Оказывается в природе существуют фабрики образования веществ при участии катализаторов. То есть катализаторы формируют облик планеты.

Сообщение учащегося                     

В природе серная кислота в свободном состоянии не встречается, так как она химически активна, легко реагирует со многими металлами, неметаллами, оксидами, гидроксидами, солями. Поэтому месторождений ее на Земле не обнаружили. Но " естественные заводы" по ее производству оказывается есть. Это установила экспедиция  в 30- годы крупнейшего советского геохимика Ферсмана. Обнаружив в центре огромной пустыни Каракумы многочисленные холмы, состоящие из смеси песка и серы, геологи набрали огромное количество образцов серы. Как и положено в таких случаях, образцы завернули в бумагу, снабдили этикетками, упаковали в ящики и , окончив экспедицию, отправили в Ленинград. Когда же по прибытии стали распаковывать образцы, многие этикетки оказались чем то изъедены, ящики местами прожжены, а из некоторых кусков серы капала маслянистая жидкость. Анализ жидкости показал, что это серная кислота. Разгадка пришла довольно скоро. Оказалось, что найденные серные холмы---не что  иное, как естественные производители серной кислоты. В условиях  жаркой пустыни сера легко окисляется в оксид серы (IV), а затем в оксид серы (VI) под действием атомного кислорода , образующегося при интенсивной солнечной радиации. Катализаторами, как выяснилось, служат оксиды металлов, содержащиеся в песке. Получившийся серный ангидрид, жадно поглощая ночную влагу, быстро превращается в кислоту. Хотя подобные "заводы" работали тысячи лет, озер из чистой серной кислоты найти не удалось. Реагируя с почвой  кислота превращается в сульфаты, которые затем грунтовыми водами  выносятся в моря.

 

Катализаторы часто называют "волшебными" полочками, так разнообразны и удивительны результаты их применения в промышленности.

Отвечаем на вопрос

В: Какова роль катализаторов в промышленности?

Сообщение учащегося

Каталитические реакции составляют основу важнейших отраслей хим. технологии. Большое внимание уделяют высокомолекулярным орг. катализаторам. Практическое  использование ферментативных процессов уходит своей историей в глубокую древность. Задолго до возникновения хим. промышленности, хим. науки даже алхимии в 

Древнем Египте  в большом масштабе осуществлялся ферментативный процесс сбраживания сахара в спирт. Через многие столетия прошел и основной  процесс хлебопекарной промышленности –применение дрожжей с их набором ферментов для расщепления углеводов с выделением СО2.  Веками 2 этих ферментативных процесса  были единственными, которые человек использовал в широком масштабе. Только в 1927 г. на Западе был построен  первый завод, где при помощи ферментов микроорганизмов из того же сахара началось производство лимонной кислоты. За последние годы ферментная промышленность развилась широко. Препараты амилазы и протеазы используются в текстильной промышленности для специальной обработки материала перед окраской отбеливанием. Протеазу применяют для освобождения шелковой массы от склеивающего волокна- -серецина. Используются ферментные препараты креатиназы для удаления волоса, щетины, кожи. Катализаторы используются в производстве аммиака  и азотной кислоты. Это сплавы платины и родия, оксиды висмута ,железа, никеля и др.

В производстве серной кислоты применяются в качестве  катализатора платина, ванадий и др. В производстве водорода- оксиды металлов. В производстве синтетических материалов ( оксиды железа, хрома).

 

Чем больше поверхность катализатора ,тем выше его активность. Поэтому в промышленном производстве стоит задача: как увеличить поверхность вещества – катализатора.

Сообщение учащегося

Для увеличения поверхности металлического катализатора расплавляют один из компонентов металлического сплава. Например, берут сплав никеля с алюминием. Алюминий расплавляют в щелочах

2AL  + 2 NаОН + 6 Н2О = 2 Nа[AL(OH)4]+3H2

Поверхность металла за счет этой операции увеличивается, а следовательно увеличивается и каталитическая активность. Так получают активный катализатор , который применяют в промышленности—никель Ринея.

 

Большинство хим. процессов в промышленности связано с применением гетерогенных катализаторов. Катализатор часто приходится перемещать из одного аппарата в другой с целью замены или регенерации. Перемещение катализатора должно осуществляться так, чтобы основной процесс можно было вести непрерывно, для этого созданы системы пневмотранспорта, в котором катализатор движется под действием этих газов.

В: Подумайте , какой еще способ перемещения катализатора можно предложить? Подумайте над этой задачей дома.

Итак, сегодня мы рассмотрели сущность катализа. Выяснили, что катализ в живой и неживой природе протекает по одним и тем же законам. Верны слова Тенесе:

" Познание предметов и явлений равносильно для человека способности господствовать над ними"

Что сейчас с успехом доказывает современная промышленность.