Тема 18. Классификация химических реакций.

План:

1. Каталитические реакции.

2. Обратимые и необратимые реакции.

3. Гомогенные и гетерогенные реакции.

4. Экзотермические и эндотермические реакции.

5. Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения.

 

1) Каталитические реакции.

Гомогенный и гетерогенный катализ. Механизмы действия катализаторов на скорость химических реакций.

Для химического взаимодействия недостаточно столкновение молекул. При этом необходимо достижение уровня энергии, называемой энергией активации. Допустим, существует реакция:

А + В = А...В=АВ

идёт медленно, так как Е_акт велика. И есть К – катализатор, ускоряющий её протекание:

а) А + К = А…К = АК

б) В + АК = В…А…К = АВ + К

в итоге: А + В = АВ.

Таким образом, катализатор активно, за счёт химических связей участвует в элементарном акте реакции. Он образует либо промежуточное соединение с одним из участников реакции, либо активированный комплекс со всеми реагирующими веществами. После каждого химического акта он регенирируется и может вступать во взаимодействие с новыми молекулами реагирующих веществ.

Основная причина ускорения реакции при действии катализатора в том, что химические взаимодействия, в которых при катализе участвует промежуточный продукт(АК), требует меньшей энергии активации, чем взаимодействие веществ А и В.

Гомогенный катализ

Гомогенный – это такой катализ, когда катализатор и все реагирующие вещества находятся в одной фазе.

Главным положением гомогенного катализа является представление о том, что в ходе реакции образуются неустойчивые промежуточные соединения катализатора с реагирующими веществами, которые затем распадаются с регенерацией катализатора.

А + В + К → А…В…К → Д + К

Данная каталитическая реакция чаще всего протекает в две стадии:

1) A + K ↔ AK

2) AK + B → D +K

Примером гомогенной каталитической реакции является разложение ацетальдегида, которое катализируется йодом:

CH ₃CHO → CH₄ +CO

Эта реакция протекает в две стадии:

• CH ₃ СНО +J₂ ® CH ₃J +HJ +CO
• CH ₃J +HJ ® CH ₄ +J₂

В ходе данного процесса катализатор образует два промежуточных соединения, которые затем взаимодействуют друг с другом, регенирируя катализатор. В отсутствие паров йода Е _акт =191 кДж/моль, при их присутствии Е _акт = 136 кДж/моль.

Гетерогенный катализ.

Гетерогенный катализ – это катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах.

При гетерогенном катализе реакция протекает через активные промежуточные соединения, которые представляют поверхностные соединения катализатора с реагирующими веществами. Далее происходит следующее:

А) Адсорбция, т.е. поглощение молекул реагирующих веществ пористой поверхностью катализатора.

Б) Реакция на поверхности катализатора с образованием активных частиц.

В) Десорбция продуктов.

Активность катализатора зависит от размера, строения и чистоты поверхности катализатора.

Особый класс катализаторов – это ферменты. Как и все белки, ферменты построены из аминокислот. Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи и их число характерны для каждого данного фермента. Он обуславливает первичную структуру белковой молекулы. Полипептидная цепь, свёрнута в виде спирали, форма которой определяет вторичную структуру молекулы белка – фермента. Большинство ферментов имеют третичную структуру, а некоторые – четвертичную.

Часть молекулы фермента, принимающая непосредственное участие в процессе катализа, называется каталитическим участком. Кроме того, на поверхности фермента имеется особый участок, к которому прикрепляется субстрат, так называемая контактная площадка. Каталитический участок и контактная площадка образуют активный центр фермента. Высокая специфичность действия фермента связана с особенностями структуры их активных центров – она идеально соответствует строению субстрата.

Каталитический процесс происходит благодаря согласованному действию всех функциональных групп активного центра. В ходе ферментативной реакции происходит образование промежуточного фермент-субстратного (ЕS) комплекса. Субстрат входит в активный центр, только если он соответствует его форме. В 1890 году Эмиль Фишер сравнил процесс образования комплекса с ключом и замком.

Сейчас химикам известно более 2000 ферментов. Все они обладают рядом специфических свойств, отличающих их от неорганических катализаторов.

Размер молекул. Молекулярная масса белков колеблется в пределах от 10⁵ до 10⁷, а это значит, что по своему размеру молекулы ферментов попадают в разряд коллоидных частиц. Это не позволяет отнести их ни к гомогенным, ни к гетерогенным катализаторам. Поэтому ферменты относят к особому классу катализаторов.

Селективность ( специфичность)

Каждый фермент ускоряет только одну какую – либо реакцию или группу однотипных реакций. Избирательность позволяет организму быстро и точно выполнить синтез нужных ему соединений.

Эффективность

Скорость ферментативных реакций в 10¹⁵ раз больше скорости неферментативных реакций. Молекулы ферментов очень быстро восстанавливаются (регенерируют). Типичная молекула фермента может регенерировать миллионы раз за минуту.

Например, за одну секунду при температуре, близкой к точке замерзания воды, одна молекула каталазы разлагает 50000 молекул пероксида водорода. Этот катализатор снижает энергию активации от 75 кДж/моль до 21 кДж/моль. Если для ускорения этой реакции применяется платина, то энергия активации понижается до 50 кДж/моль.

2) Обратимые и необратимые реакции.

Самостоятельная работа с учебником: Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил.. – страница 57.

Самостоятельная работа с учебником: Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил. – страница 100, 101.

3) Гомогенные и гетерогенные реакции.

Самостоятельная работа с учебником: Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил. – страница 101.

4) Экзотермические и эндотермические реакции.

Самостоятельная работа с учебником: Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил.. – страница 55.

Самостоятельная работа с учебником: Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил. – страница 102.

5) Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения.

Самостоятельная работа с учебником: Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил.. – страница 56.

Самостоятельная работа с учебником: Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил. – страница 102.

Вопросы для самоконтроля

1) Что такое химическая реакция?

2) Каковы признаки химических реакций?

3) Какие реакции называют обратимыми?

4) Что такое тепловой эффект?

5) Какие вещества называют реагентами?

6) Какие вещества называют продуктами реакции?

7) Что такое катализатор?

8) Что называется катализом? Каталитическими реакциями?

9) Отвечать на вопросы учебника:

Самостоятельная работа с учебником: Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил.. – страница 58, 59.

Самостоятельная работа с учебником: Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил. – страница 103, 104.

 

ПЛАН ЗАНЯТИЯ №19

Дисциплина: Химия.

Тема: Окислительно-восстановительные реакции.

Цель занятия: познакомить учащихся с новой классификацией химических реакций по признаку изменения степеней окислений элементов – окислительно-восстановительными реакциями, дать понятие “окислитель”, “восстановитель”, “окисление”, “восстановление”; охарактеризовать единство и неразрывность процессов окисления и восстановления; систематизировать знания о типах химических реакций, о степени окисления химических элементов;

Планируемые результаты

Предметные: владение основополагающими химическими понятиями, теориями, законами и закономерностями; уверенное пользование химической терминологией и символикой; сформированность умения давать количественные оценки и производить расчеты по химическим формулам и уравнениям;

Метапредметные: использование различных видов познавательной деятельности и основных интеллектуальных операций (постановки задачи, формулирования гипотез, анализа и синтеза, сравнения, обобщения, систематизации, выявления причинно-следственных связей, поиска аналогов, формулирования выводов) для решения поставленной задачи;

Личностные: умение использовать достижения современной химической науки и химических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;

Норма времени: 2 часа

Вид занятия: Лекция.

План занятия:

1. Окислительно-восстановительные реакции.

2. Степень окисления. Окислитель и восстановление. Восстановитель и окисление.

3. Метод электронного баланса для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Оснащение: Учебник.

Литература:

1. Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил..

2. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил.

Преподаватель: Тубальцева Ю.Н.