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Lequel des choix de réponse suivants ne constitue pas un avantage d’utiliser des catalyseurs dans les procédés industriels ? (A) Les produits sont fabriqués plus rapidement. (B) Les réactions peuvent fonctionner à des températures plus basses. (C) Les catalyseurs n’ont pas besoin d’être souvent remplacés. (D) Les réactions peuvent fonctionner à des pressions plus basses. Ou (E) les catalyseurs sont souvent des métaux de transition rares.
Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse de réaction sans subir de modification chimique permanente. Les catalyseurs augmentent la vitesse de réaction en fournissant un chemin réactionnel alternatif qui a une énergie d’activation inférieure. Réfléchissons à la réaction entre l’azote et l’hydrogène pour produire de l’ammoniac.
Cette réaction possède une énergie d’activation élevée, donc il faut fournir beaucoup d’énergie pour que la réaction se produise. L’énergie d’activation pourrait être surmontée en chauffant fortement le système réactionnel ou en augmentant considérablement la pression. Comme il faut beaucoup d’énergie, cette réaction va se dérouler assez lentement.
Ajouter un catalyseur, comme du fer, diminue l’énergie d’activation. Cela signifie que la réaction peut fonctionner à des températures et des pressions plus basses. Comme il faut moins d’énergie pour que la réaction se déroule, le produit se formera plus rapidement. Le catalyseur en fer abaisse l’énergie d’activation et augmente la vitesse de réaction en fournissant un autre chemin de réaction. Examinons ce chemin réactionnel alternatif.
Premièrement, les molécules de réactif s’adsorbent sur la surface du catalyseur en fer et se dissocient en atomes d’azote et en atomes d’hydrogène. Ensuite, trois atomes d’hydrogène réagissent avec et se lient à un atome d’azote un à la fois. Enfin, l’ammoniac est libéré ou désorbé de la surface du catalyseur. Nous pouvons voir que bien que le catalyseur en fer soit impliqué dans la réaction, à la fin de la réaction, il est chimiquement inchangé. Ainsi, une très petite quantité de catalyseur peut être utilisée encore et encore pour catalyser une grande quantité de réactifs.
Grâce à notre discussion, nous avons vu que l’utilisation d’un catalyseur permet de fabriquer des produits plus rapidement et que les réactions peuvent fonctionner à des températures et des pressions plus basses. Nous avons également vu que les catalyseurs n’ont pas besoin d’être souvent remplacés car ils ne subissent pas de modification chimique permanente pendant la réaction. Ce sont tous des avantages d’utiliser des catalyseurs dans les procédés industriels.
Cependant, nous voulons savoir lequel des choix de réponse ne constitue pas un avantage d’utiliser des catalyseurs. Ainsi, nous pouvons éliminer les choix de réponses (A) à (D). Cela nous laisse avec le choix de réponse (E) : les catalyseurs sont souvent des métaux de transition rares. Bien que notre exemple de réaction utilise un catalyseur en fer, il n’est pas exceptionnel que les catalyseurs soient composés de métaux de transition rares, tels que le rhodium, le palladium ou le platine. Comme ces métaux de transition sont rares, ils sont très coûteux.
Par conséquent, le choix de réponse qui ne constitue pas un avantage d’utiliser des catalyseurs dans les procédés industriels est le choix de réponse (E). Les catalyseurs sont souvent des métaux de transition rares.
