Номер 5, страница 90, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Как изменяется скорость химических реакций с увеличением температуры?

С увеличением температуры скорость большинства химических реакций значительно возрастает. Это явление объясняется несколькими факторами, вытекающими из молекулярно-кинетической теории и теории столкновений.

1. Увеличение кинетической энергии частиц. Повышение температуры приводит к увеличению средней кинетической энергии молекул, атомов или ионов, участвующих в реакции. В результате они начинают двигаться быстрее.

2. Увеличение частоты столкновений. Из-за более высокой скорости движения частицы сталкиваются друг с другом чаще. Однако само по себе это не является главной причиной ускорения реакции.

3. Увеличение доли эффективных столкновений. Это ключевой фактор. Для того чтобы реакция произошла, сталкивающиеся частицы должны обладать достаточной энергией, называемой энергией активации ($E_a$). Это минимальная энергия, необходимая для разрыва старых и образования новых химических связей. С ростом температуры значительно увеличивается доля «активных» частиц, то есть тех, чья кинетическая энергия равна или превышает энергию активации. Таким образом, растет число эффективных столкновений, которые и приводят к образованию продуктов реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры можно описать количественно с помощью нескольких моделей.

Правило Вант-Гоффа:

Это эмпирическое (приближенное) правило, которое гласит, что при повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия скорость многих реакций увеличивается в 2–4 раза. Математически это выражается формулой:

$v_{T_2} = v_{T_1} \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$

где $v_{T_1}$ и $v_{T_2}$ – скорости реакции при температурах $T_1$ и $T_2$ соответственно, а $\gamma$ – температурный коэффициент скорости реакции (обычно принимающий значения от 2 до 4).

Уравнение Аррениуса:

Более точное и теоретически обоснованное описание зависимости скорости от температуры дает уравнение Аррениуса, связывающее константу скорости реакции $\text{k}$ с температурой:

$k = A \cdot e^{-\frac{E_a}{RT}}$

где:

• $\text{k}$ – константа скорости реакции;

• $\text{A}$ – предэкспоненциальный множитель (учитывает частоту столкновений и их пространственную ориентацию);

• $E_a$ – энергия активации (в Дж/моль);

• $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К));

• $\text{T}$ – абсолютная температура (в Кельвинах).

Из уравнения видно, что с ростом температуры $\text{T}$ показатель степени $(-\frac{E_a}{RT})$ становится менее отрицательным (ближе к нулю), значение экспоненты $e^{-\frac{E_a}{RT}}$ растет, и, следовательно, увеличивается константа скорости $\text{k}$, а вместе с ней и скорость самой реакции, так как скорость пропорциональна константе скорости.

Ответ: С увеличением температуры скорость химических реакций, как правило, увеличивается. Это происходит из-за роста кинетической энергии реагирующих частиц, что приводит к увеличению частоты и, что более важно, энергии их столкновений. В результате значительно возрастает доля эффективных столкновений, при которых частицы имеют энергию, достаточную для преодоления активационного барьера реакции.