Номер 2, страница 292 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 62. Зависимость скорости реакции от температуры. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 2, страница 292.

Условие.

2. В чём причина увеличения скорости реакции при нагревании?

Решение.

Решение 2.

Увеличение скорости химической реакции при нагревании объясняется с точки зрения теории столкновений и распределения молекул по энергиям. Чтобы реакция произошла, реагирующие частицы (молекулы, атомы, ионы) должны столкнуться друг с другом. Однако не каждое столкновение приводит к образованию продуктов. Столкновение должно быть эффективным, то есть частицы должны обладать достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер, называемый энергией активации ($E_a$), и столкнуться в определенной пространственной ориентации, благоприятной для перестройки связей.

Нагревание, то есть повышение температуры системы, влияет на скорость реакции по двум основным причинам.

Во-первых, при повышении температуры частицы начинают двигаться быстрее, так как температура является мерой их средней кинетической энергии. Это приводит к увеличению частоты столкновений между ними. Чем чаще частицы сталкиваются, тем больше вероятность эффективного столкновения. Однако этот фактор вносит относительно небольшой вклад в общее ускорение реакции.

Во-вторых, и это является главной причиной, при повышении температуры значительно увеличивается доля эффективных столкновений. Согласно распределению Максвелла-Больцмана, в любой системе частицы имеют разную энергию. При нагревании не просто растет средняя энергия, но экспоненциально увеличивается доля "активных" молекул — тех, чья энергия равна или превышает энергию активации ($E_a$). Даже небольшое повышение температуры может увеличить число таких высокоэнергетических молекул в несколько раз. Поскольку именно эти молекулы способны вступать в реакцию, резкое увеличение их количества и приводит к столь значительному росту скорости реакции.

Эта зависимость количественно описывается уравнением Аррениуса: $k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}$, где $k$ — константа скорости, $A$ — предэкспоненциальный множитель, $E_a$ — энергия активации, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура. Уравнение показывает экспоненциальный рост константы скорости $k$ с увеличением температуры $T$. Эмпирически это явление также описывается правилом Вант-Гоффа, которое гласит, что при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Ответ: Основная причина увеличения скорости реакции при нагревании заключается в резком возрастании доли "активных" молекул, обладающих достаточной энергией (равной или большей энергии активации $E_a$) для вступления в реакцию. Это приводит к значительному увеличению числа эффективных столкновений в единицу времени. Второстепенной причиной является некоторое увеличение общей частоты столкновений из-за роста скорости движения частиц.