Катализаторы и катализ конспект

Обновлено: 06.07.2024

При проведении урока применялись элементы технологии проблемного обучения.

Вложение	Размер
razrabotka_uroka.doc	291.5 КБ
otyshchi_vsemu_nachalo_i_ty_mnogoe_poymesh.ppt	349.5 КБ

Предварительный просмотр:

МКОУ Таловская СОШ

УЧИТЕЛЬ: ЛЕОНТЬЕВА НАДЕЖДА ВАСИЛЬЕВНА.

обобщение и систематизация знаний учащихся по катализу;
расширение и углубление этих знаний: изучение механизма действия катализаторов, гомогенного и гетерогенного катализа;
знакомство с особым классом катализаторов – ферментами, их специфическими свойствами, условиями протекания ферментативных реакций;

содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;
содействовать формированию у учащихся информационной культуры;

продолжить работу по формированию умений делать общие выводы из наблюдений;
продолжить работу по формированию умений обобщать опытные данные, наблюдать, сравнивать, делать выводы;
применение информационных технологий.

Методы и приёмы:

Оборудование и реактивы:

- растворы KCNS, FeCl 3 , Na 2 S 2 O 3 , CuSO 4, NH 4 OH, H 2 O 2 , HCOH, молоко;

- сахар кристаллический, пепел, Al гранулы, кристаллы NaCl, синька, вареный и сырой картофель, вареное и сырое мясо;

- пробирки, горелка, лучинки, мерный цилиндр, стаканы, промывалки.

1. Эпиграф занятия:

2. Постановка проблемы: (презентация)

Инструкция на коробке порошка: энзимы – биологические катализаторы, регулирующие биохимические процессы в живых организмах.

В рецептах для очистки кожи лица рекомендуют применять отруби, так как в них содержатся ферменты. Как, по вашему мнению, эффективнее пользоваться этим средством: размешать в теплой воде и нанести на лицо или сначала заварить кипятком и только после этого наносить на кожу?

Учитель: - Что объединяет эти ситуации? О чем идет речь?

Проблема: выяснить условия протекания ферментативных реакций.

- Сформулируйте тему урока и определите цели занятия.

3.Тема занятия: Влияние катализатора на скорость химических реакций. Катализ.

обобщить знания о катализаторах, рассмотреть механизмы действия катализаторов; механизмы гомогенного и гетерогенного катализа;
сравнить неорганические катализаторы и ферменты;
установить специфические свойства ферментов и условия протекания ферментативных реакций.

4. Актуализация знаний:

- Что такое катализатор?

- Что называется катализом? Каталитическими реакциями?

5. Основная часть

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

Учитель: Почему при действии катализатора скорость химических реакций увеличивается?

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

Допустим, существует реакция:

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

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.

- Какие виды катализа вам известны?

- Дайте определение гомогенного и гетерогенного катализа.

Задание: провести лабораторный опыт по группам, определить вид катализа, оформить по плану.

В стаканчик с 20 мл воды добавлять по 1 капле растворов роданида калия и хлорида железа (III). Образующийся раствор (роданида железа (III)) красного цвета налить в две пробирки, заполняя их поровну. В 2 другие пробирки налить по 5 мл тиосульфата натрия и в одну их них добавить 2-3 капли раствора сульфата меди (II). Далее параллельно провести 2 реакции:

а) раствор роданида железа (III) + раствор тиосульфата натрия;

б) раствор роданида железа (III) + раствор тиосульфата натрия + сульфат меди (II).

К раствору соли меди добавляйте по каплям раствор аммиака (до образования темно-синего раствора)

К раствору пероксида водорода добавьте несколько капель полученной соли меди. Какой газ выделяется?

С помощью тигельных щипцов внесите в пламя кусочек сахара. Посыпьте кусочек сахара пеплом от сигарет и снова внесите в пламя.

Налейте в 2 пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II) и поместите в каждую по грануле алюминия. В одну из пробирок добавьте несколько кристаллов поваренной соли.

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:

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

CH 3 CHO → CH 4 +CO

Эта реакция протекает в две стадии:

CH 3 СНО +J 2 ® CH 3 J +HJ +CO
CH 3 J +HJ ® CH 4 +J 2

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 – 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.

Проблемный вопрос : - Почему перед проведением каталитических реакций

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.

Учитель: 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 10 5 до 10 7 , 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.

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

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализаторов – веществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO₂ и SO₃ в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN₃ до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Е_а(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H₂+I₂ Е_а(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Е_а(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

SO₂ +1/2 O₂ = SO₃ протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О₂ = NO₂ и NO₂ +SO₂ = SO₃ +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO₂.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO₃ происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Романова Надежда Сергеевна

Понятие о катализе и катализаторах

Методическая разработка урока

Задачи урока:

- актуализировать знания о скорости химических реакций и факторах, влияющих на нее;

дать понятие о механизме действия катализаторов;

расширить знания о катализе, катализаторах, ферментах;

показать практическую значимость изучаемого материала.

Развивающие:

- развивать умение самостоятельно работать с текстом учебника;

- развивать умение поиска информации в ресурсах Интернета;

- совершенствовать умение работать с разного вида информацией .

Воспитательные:

- формировать активную и сознательную позицию к усвоению нового материала;

совершенствовать навыки самоорганизации труда и самообразования.

Тип урока: урок - изучение нового материала.

Метод проведения: частично - поисковый, информационный, с применением демонстрационных и лабораторных опытов.

Формы работы:

Фронтальная, работа в парах и группах.

Межпредметные связи:

Биология (белки – ферменты)

Требования программы:

уметь: определять зависимость скорости химических реакций от различных факторов.

Реактивы и оборудование:

Химические стаканы, пробирки, шпатели, спиртовки, лучинки, ступка, пестик;

перманганат калия, щавелевая кислота, серная кислота, сульфат марганца, пероксид водорода, диоксид марганца, оксид меди (II), дихромат калия, вода, иод, алюминий, сырой и вареный картофель.

Дидактические материалы:

Задания для учащихся, график влияния катализатора на энергию активации реакции, инструкция по проведению лабораторного опыта, творческие задания для учащихся на дом.

Здравствуйте, ребята! Садитесь. Начинаем урок.

На доске написаны слова русского философа, филолога, историка культуры Михаила Михайловича Бахтина. Прочитайте их . (Один ученик читает вслух.)

Истина не рождается в голове отдельного человека,

она рождается между людьми, совместно

ищущими истину в процессе их диалогического общения.

Поэтому мне хотелось бы, чтобы мы сегодня вместе думали, рассуждали, высказывали свое мнение. На уроке мы будем работать в парах, а также в группах по 4 человека.

2. Актуализация знаний.

Приступаем к ответам на вопросы.

Примерные вопросы, которые могут придумать учащиеся.

Что такое скорость химической реакции?

Запишите формулу для ее нахождения.

Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

Охарактеризуйте влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.

Как влияет поверхность соприкосновения на скорость реакции?

Сформулируйте правило Вант-Гоффа о влиянии температуры на скорость реакции.

Как влияет концентрация исходных веществ на скорость реакции?

3. Новый материал.

Как вы думаете, что на уроке сегодня мы узнаем новое? Чему научимся?

Итак, задачи урока : расширить знания о катализе, катализаторах, ферментах, рассмотреть механизм действия катализаторов; провести исследование действия разных катализаторов на одно и то же вещество – перекись водорода.

Катализ является одним из наиболее распространённых в химической практике методов ускорения химических реакций. Первые научные сведения о нем относятся к началу 19 в. В 1806 французские химики Н. Клеман и Ш. Дезорм открыли каталитическое действие оксидов азота на окисление сернистого газа в процессе получения серной кислоты . (На доске уравнение реакции, фамилии ученых) За этим последовало открытие и ряда других примеров резкого положительного действия веществ на скорость или возникновение химических реакций. В 2007г немецкому ученому Герхарду Эртлю (Gerhard Ert), который исследовал химические процессы на твердых поверхностях и внес значительный вклад в понимание природы катализа была присуждена Нобелевская премия по химии.

Рассмотрим такой пример. В пробирке и ступке находится смесь порошков иода и алюминия.

Охарактеризуйте, пользуясь таблицей Менделеева и рядом напряжений металлов, их химическую активность. (Алюминий – достаточно активный металл, иод – галоген, для завершения слоя которому необходим всего один электрон.)

Запишите на доске и в тетрадях уравнение реакции их взаимодействия.

(На доске ученик записывает уравнение)

Однако, сейчас мы не наблюдаем никаких признаков реакции. Добавлю капельку воды. Мы наблюдаем возгонку иода. Алюминий в присутствии воды стал взаимодействовать с иодом, эта реакция сопровождается большим выделением тепла, что приводит к испарению части иода.

Запишем в тетрадях определение катализа.

Катализ – изменение скорости химической реакции в присутствии веществ - катализаторов, которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов.

Вода в данной реакции играет роль катализатора, изменяющего скорость реакции.

Катализатор – вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.

Более 70% всех химических превращений веществ, а среди новых производств более 90% осуществляется с помощью катализаторов.

Как в уравнении реакции обозначается катализатор?

Все реакции по наличию катализатора делятся на 2 группы. Обсудите в парах и закончите схему на основе имеющихся у вас знаний.

Реакции (по наличию катализатора)

( Каталитические – (Некаталитические –

реакции с участием катализаторов) реакции без участия катализаторов)

(Один учащийся отвечает)

3.2. Виды катализа.

Катализаторы оказывают различное влияние на скорость химических реакций: одни ускоряют, другие ее замедляют. Рассмотрим классификацию катализа.

Автокатализ – катализаторами являются продукты реакции.

Положительный – скорость реакции при добавлении катализатора возрастает

Отрицательный - скорость реакции при добавлении катализатора уменьшается

Катализ (по направленности процесса)

Как вы думаете, что обозначает каждый термин?

Отрицательный катализ часто называют ингибированием, а отрицательные катализаторы, снижающие скорость реакции, - ингибиторами.

Какой катализ мы рассмотрели на примере взаимодействия алюминия с иодом? (положительный)

Какие вы можете назвать примеры отрицательных катализаторов?

(антиокислители, антистарители, ингибиторы коррозии)

Кроме того, есть еще одна классификация катализа.

Прочитайте текст учебника и закончите схему (с. 136-137)

Катализ (по фазовому составу исходных веществ и катализатора)

Гомогенный – катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе.

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

При гетерогенном катализе обычно катализатор - твердое вещество, а реагирующие вещества - газы или жидкости. Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности катализатора.

Зная другие факторы, влияющие на скорость реакции, предложите способ увеличения скорости гетерогенно-каталитического процесса с твердым катализатором, обоснуйте его.

(Необходимо катализатор измельчить, что увеличит поверхность соприкосновения, а значит, и скорость.)

Демонстрация 2.

Рассмотрим еще одну химическую реакцию.

В две пробирки помещаем перманганат калия, щавелевую кислоту, серную кислоту, всё перемешиваем. В один цилиндр помещаем в качестве катализатора сульфат марганца, перемешиваем.

Какие выводы мы можем сделать по результатам данного опыта?

(Реакция в присутствии катализатора сульфата марганца идет намного быстрее. Данная реакция – пример гомогенного катализа.)

На доске и в раздаточном материале у вас на столах в задании 1 записаны 3 уравнения реакций. Определите вид катализа по уравнению. Работа в группе (1 мин).

2 SO ₂ + O ₂ → 2 SO ₃ (гомогенный – все газы)

4 NH ₃ + 5 O ₂ → 4 NO + 6 H ₂ O (гетерогенный – оксид хрома твердый)

С uO + 2 HCl = Cu Cl ₂ + H ₂ O (некаталитическая реакция)

3.3. Свойства катализаторов.

Катализаторы обладают определёнными свойствами. Одно из них – избирательность действия. Избирательность – это действие катализатора на определенную химическую реакцию.

Прочитайте задание 2. Рассмотрите уравнения реакций. Укажите, как человек использует знания о избирательности катализаторов. Время на работу в группе – 1мин.

(применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты.)

3.4. Механизм действия

Давайте вспомним, что мы называем катализатором?

Каким образом катализатор влияет на скорость реакции? Рассмотрим механизм действия катализатора на примере гомогенного катализа.

Сейчас мы обратимся к графику в 3 задании. Внимательно рассмотрите график. Вспомните, что называется энергией активации. Какие характеристики показаны на осях? Расскажите по графику о влиянии катализатора на протекание реакции. (Время для работы в группе – 2 минуты)

(Катализатор увеличивает скорость реакции за счет того, что снижает энергию активации.)

За счет чего именно идет снижение Е активации? Рассмотрим опыт.

Демонстрация 3.

В химическую колбу наливаю пероксид водорода.

Почему перекись водорода нужно хранить в прохладном темном месте?

(нагревание и освещение ускоряют разложение перекиси)

Запишите уравнение реакции разложения пероксида водорода.

(1 пишет на доске)

Добавляю дихромат калия – катализатор, ускоряющий разложение перекиси.

Ребята, не противоречит ли увиденное нами изменение цвета раствора дихромата калия тому, что катализатор остается неизменным?

Данный опыт пожтверждает теорию промежуточных соединений для объяснения механизма действия катализаторов. Согласно этой теории, катализатор вступает в реакцию с исходным веществом с образованием промежуточного продукта. Но к концу реакции катализатор восстанавливается в исходном состоянии.

3.5. Ферменты

Катализаторы влияют на скорость реакций не только в созданных человеком условиях, но и в живых клетках. Это ферменты.

Задание детям:

Об одном катализаторе мы сегодня уже узнали – дихромат калия. Существуют и другие неорганические катализаторы, разлагающие перекись при обычных условиях, а также - фермент живых клеток – каталаза, оказывающая аналогичное действие.

У вас есть инструкция по проведению опыта. Вспомним правила ТБ при работе со спиртовкой, реактивами.

Далее – выполнение работы. Отчет о проделанной работе.

3.7. Таблица на с. 139 учебника.

Сравните эффективность действия различных катализаторов на процесс разложения перекиси водорода.

4. Подведение итогов.

Наш урок, ребята подходит к концу. Давайте подведем его итоги.

Что нового вы сегодня узнали на уроке?

Где на практике мы можем использовать знания по теме сегодняшнего урока?

Какие виды работ на уроке вам сегодня запомнились?

Оценки за урок.

5. Домашнее задание.

Учебник О.С. Габриеляна – 135-139с., №6,7 с.140

Дополнительное задание – творческое. Указать источник, из которого вы берете информацию.

1) Приведите примеры используемых в быту каталитических реакций. Назовите вещество, которое выполняет в них роль катализатора, и укажите тип катализатора.

3) Что такое промоторы? Где они применяются? Примеры промоторов.

4) Что такое каталитический яд? Привести примеры. Как защитить катализатор от действия каталитических ядов?

5) Какое значение имеет катализ? Приведите примеры его использования в разных отраслях промышленности.

6) Охарактеризуйте сущность теории промежуточных соединений в механизме работы катализатора.

7) Что такое ингибиторы? Приведите примеры. Для каких реакций требуется использование ингибиторов?

9) Написать стихотворение о катализаторах (ферментах).

12) Какие стиральные порошки содержат ферменты (энзимы)? Почему нужно придерживаться строго определенного интервала температур при стирке данными порошками?

13) Исследуйте, в каких свежих овощах и фруктах содержится фермент каталаза, расщепляющий перекись водорода.

Цели: Показать влияние на скорость химических реакций такого явления как катализ. Рассмотреть классификацию химических реакций по участию катализатора и по фазовому состоянию реагирующих веществ и катализатора.

Требования к уровню подготовки учащихся

Знать и понимать:

Объяснять зависимость скорости химической реакции от действия катализаторов.

ТСО: персональный компьютер, мультимедийный проектор.

Реактивы и оборудование: чашки Петри, химические цилиндры, химические колбы, керамическая пластина, шпатель, пипетка, лучинка, спиртовка; водный раствор аммиака, сульфат меди (II), жидкое моющее средство, пероксид водорода, дихромат аммония, вода, роданид калия, хлорид железа (III), тиосульфат натрия, хлорид натрия кристаллический, морковный сок, вареная морковь, картофельный сок, вареный картофель, кристаллический йод, порошок алюминия.

Перед уроком можно подготовить карточки с фамилиями учеников данного класса, в присутствии детей перемешать их, а далее можно использовать:

Взять одну карточку и объявить, что выбрали кандидатуру учащегося, кто в конце урока будет обобщать услышанный материал (имя учащегося объявляется по завершению объяснения темы);
Можно использовать карточки, если нужно вызвать учащегося для демонстрации опыта, для деления на группы.

Учитель высыпает на керамическую пластину 1г алюминиевого порошка и 4г тонко растертого йода конусообразной кучкой. Взаимодействия не происходит. Учитель спрашивает учащихся:

– Процесс взаимодействия этих веществ происходит очень медленно. Верите ли вы, что я смогу увеличить скорость данной реакции?

(Учитель добавляет 2-3 капли катализатора – воды и учащиеся наблюдают появление света и фиолетовых паров йода. Реакция проводится в вытяжном шкафу.)

Запишите реакцию в таблицу. Все реакции, которые будут осуществляться во время урока учителем и учащимися, записываются в данную таблицу.

№

вещества, вступающие в реакцию

катализатор

вид катализа

уравнение химической реакции

вывод по химической реакции

Какова роль восемнадцатого верблюда? И какая связь этой притчи с темой нашего урока?

В течение урока нам необходимо найти ответы на следующие вопросы:

Что такое катализатор и каталитические реакции?
Привести примеры известных вам каталитических реакций из органической и неорганической химии. Указать названия веществ – катализаторов.
Высказать предположение о механизме действия катализаторов.
Каково значение каталитической реакции?

В результате обсуждения первого вопроса с учащимися учитель сообщает, что одним из наиболее распространённых в химической практике методов ускорения химических реакций является катализ.

Катализ (от греч. сatalysis – разрушение) – изменение скорости химической реакции при воздействии веществ (катализаторов или ингибиторов), которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов.

Катализаторы – вещества, повышающие скорость химических реакций, но состав и количество которых в конце реакции остаётся неизменным.

Ингибиторы – вещества, замедляющие скорость химических реакций, но состав и количество которых в конце реакции остаётся неизменным.

(если нет возможности провести демонстрацию опытов, то на слайде есть видеоролики с данными опытами, необходимо кликнуть на розовый прямоугольник )

Примером гомогенного катализа может служить взаимодействие пероксида водрода с сульфатом тетраамминмеди (II).

Демонстрация опыта (приглашается учащийся, выбрать с помощью карточек):

В химический стакан добавляем несколько капель жидкого мыла, далее добавляем 2 мл раствора комплексной соли, а затем приливаем пероксид водорода. Наблюдаем реакцию вспенивания жидкого мыла.

Данную реакцию необходимо зафиксировать в таблицу.

Примером гетерогенного катализа является каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха в присутствии оксида хрома (III).

Демонстрация опыта (проводит учитель):

Опыт фиксируем в таблицу.

Как вы думаете, как же катализаторы работают? Вспомните притчу о

восемнадцати верблюдах. (Учащиеся предлагают различные гипотезы)

Лабораторные опыты выполняются учащимися, но на слайдах описан порядок действий:

В стаканчик с 3 мл воды добавляют по 1 капле растворов роданида кали и хлорида железа (III). Образующийся раствор красного цвета наливают в 2 пробирки, заполняя их поровну. В две другие пробирки по 2 мл тиосульфата натрия и в одну из них добавляют 2 капли раствора сульфата меди (II) – катализатора. Далее учащиеся проводят две реакции:
а) к раствору роданида железа (III) добавить раствор тиосульфата натрия,
б) к раствору роданида железа (III) добавить раствор тиосульфата натрия и 2 капли сульфата меди (II)

Наливают в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II) и помещают в каждую по грануле алюминия. В одну из пробирок добавляют несколько кристаллов катализатора – поваренной соли.

(Записать уравнения реакций в таблицу)

Механизм действия катализатора:

По результатам исследований, что можно сказать о том, как работает катализатор?

Существует ряд теорий, объясняющих механизм действия катализаторов. Для понимания механизма гомогенного катализа предложена теория промежуточных соединений.

Сущность этой теории заключается в том, что если медленно протекающую реакцию А + В → АВ вести в присутствии катализатора К, то катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним из исходных веществ, образуя непрочное промежуточное соединение:

Затем промежуточное соединение АК взаимодействует с другим исходным веществом, при этом катализатор освобождается:

Если теперь оба процесса суммировать, то получим исходное уравнение:

После обсуждения третьего вопроса, учащиеся делают вывод с помощью учителя, что катализатор доставляет реагирующим частицам необходимую энергию для эффективных соударений, т.е. катализатор снижает необходимую для реакции энергию активации, предоставляя реагентам альтернативный путь разрушения и образования связей.

Катализаторы обладают определёнными свойствами:

Катализаторы не создают процесса, а только изменяют его скорость;
Для обратимых реакций катализаторы не смещают равновесие и не влияют на константу равновесия, а лишь ускоряют процесс достижения равновесного состояния;
Катализатор снижает необходимую для реакции энергию активации, предоставляя реагентам альтернативный путь разрушения и образования связей;
Катализаторы обладают избирательностью, т.е. ускоряют только одну из нескольких реакций.

Избирательность катализаторов мы можем пронаблюдать на следующем примере.

Реагенты	Катализаторы	Продукты
СО + Н₂	Со, Ni, Ru	Алканы (преимущественно)
	Fe	Алкены (преимущественно)
	Zn∙CuO, ZnO∙CrO₃	Метанол
	ZnO∙CrO₃+ щелочь	Высшие спирты
	Fe +BeO	Альдегиды и кетоны

Строгая избирательность и высокая скорость –два основных признака ферментативного катализа, отличающие его от лабораторного и производственного катализа. Ни один из созданных руками человека катализаторов не может сравниться с ферментами по силе и избирательности воздействия на органические молекулы.

Ферменты отличаются особой специфичностью, каждый из них ускоряет только одну химическую реакцию с выходом 100%. Ингибиторы в живом организме подавляют различные вредные реакции окисления в клетках тканей, которые могут инициироваться радиоактивным излучением.

Биологические катализаторы – ферменты.

1 группа учащихся:

Лабораторный опыт: В две чашки Петри помещаем перекись водорода, в первую чашку помещаем кусочек вареного картофеля, в другую – картофельный сок.

2 группа учащихся:

Лабораторный опыт: В две чашки Петри помещаем перекись водорода, в первую чашку помещаем кусочек вареной моркови, в другую – морковный сок.

Пероксид водорода – ядовитое вещество, образующееся в клетке в процессе жизнедеятельности. Принимая участие в обезвреживании ряда токсических веществ, оно может вызвать самоотравление (денатурацию белков, в частности, ферментов). Накоплению Н2О2 препятствует фермент каталаза, распространенный в клетках, способных существовать в кислородной атмосфере. Фермент каталаза, расщепляя Н₂О₂ на воду и кислород, играет защитную роль в клетке. Фермент функционирует с очень большой скоростью, одна его молекула расщепляет за 1с 200 000 молекул Н₂О₂→2 Н₂О + О₂

Значение катализа

С помощью катализатора многие полезные ископаемые можно превратить в полезные синтетические материалы;
Производство твёрдых жиров, например маргарина, из жидких масел невозможно без катализатора;
В хлебопечении большое значение имеет фермент амилаза, расщепляющий крахмал, и протеаза, расщепляющий белок. От активности амилазы зависит скорость брожения теста;
В спиртовой и пивоваренной промышленности источником амилазы может быть солод и микробные препараты;
В виноделии и ферментации табака большое значение имеет фермент полифенолоксидаза, от активности которого зависят букет и цвет вина и качество табака;
Некоторые ферменты, например пепсин, применяют в медицине
Каталитические явления широко распространены в природе: дыхание, усвоение питательных веществ клетками, синтез белков.

В заключение урока давайте проверим таблицу с каталитическими реакциями, которые мы провели за сегодняшний урок.

(Далее учитель достает карточку с фамилией ученика, которому предлагает на доске составить синквейн, посвященный изученной теме).

Читайте также: