Скорость химической реакции, страница 212 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Лабораторные опыты. Практикум - страница 212.

Условие.

Скорость химической реакции

1. Положите в три пронумерованные пробирки примерно одинаковые кусочки мрамора (карбоната кальция). В первую и вторую пробирки налейте 5%-й раствор соляной кислоты, в третью — 10%-й. В каком случае реакция протекает с наибольшей скоростью? Подогрейте раствор во второй пробирке на пламени спиртовки. Как изменяется скорость реакции? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры.

2. В две пробирки положите кусочки железа и цинка. В каждую пробирку прилейте 10%-й раствор соляной кислоты. В каком случае реакция протекает с наибольшей скоростью? Сделайте вывод о влиянии природы реагирующих веществ на скорость реакции.

3. Налейте в пробирку 3%-й раствор пероксида водорода. Выделяются ли пузырьки газа? Бросьте в раствор несколько крупинок оксида марганца (IV). Что наблюдаете? Как влияет катализатор на скорость реакции?

Решение.

Решение 2.

1. В трех пронумерованных пробирках находятся одинаковые кусочки мрамора (карбоната кальция, $CaCO_3$). В первую и вторую пробирку наливают 5%-й раствор соляной кислоты ($HCl$), а в третью — 10%-й. Реакция, протекающая в пробирках, описывается уравнением: $CaCO_3(s) + 2HCl(aq) \rightarrow CaCl_2(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)\uparrow$. Скорость реакции можно наблюдать по интенсивности выделения пузырьков углекислого газа ($CO_2$).

Сравнивая первую (5% $HCl$) и третью (10% $HCl$) пробирки, мы видим, что концентрация кислоты в третьей пробирке выше. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Следовательно, в третьей пробирке, где концентрация $HCl$ выше, реакция будет протекать с наибольшей скоростью. Это будет заметно по более интенсивному "кипению" — выделению углекислого газа.

При подогреве раствора во второй пробирке на пламени спиртовки мы увеличиваем температуру реакционной смеси. Повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии молекул, что в свою очередь увеличивает частоту и энергию их столкновений. В результате число эффективных столкновений (приводящих к реакции) возрастает, и скорость реакции увеличивается. По сравнению с первой пробиркой (с такими же концентрациями, но при комнатной температуре), реакция во второй пробирке после нагрева пойдет значительно быстрее.

Вывод: Скорость химической реакции зависит от концентрации реагентов и температуры. С увеличением концентрации реагирующих веществ и с повышением температуры скорость реакции возрастает.

Ответ: Реакция протекает с наибольшей скоростью в третьей пробирке, где концентрация соляной кислоты выше (10%). При подогреве раствора во второй пробирке скорость реакции в ней увеличивается. Вывод: скорость реакции возрастает с увеличением концентрации реагентов и с повышением температуры.

2. В две пробирки помещают кусочки железа ($Fe$) и цинка ($Zn$). В каждую приливают 10%-й раствор соляной кислоты ($HCl$). В пробирках протекают следующие реакции замещения:

С железом: $Fe(s) + 2HCl(aq) \rightarrow FeCl_2(aq) + H_2(g)\uparrow$

С цинком: $Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)\uparrow$

Скорость реакции в обоих случаях можно сравнить по интенсивности выделения пузырьков водорода ($H_2$). Чтобы определить, в каком случае реакция протекает быстрее, нужно обратиться к электрохимическому ряду активности металлов. В этом ряду цинк ($Zn$) расположен левее водорода и железа ($Fe$), а железо — левее водорода, но правее цинка. Это означает, что цинк является более химически активным металлом, чем железо. Более активные металлы легче вступают в реакции с кислотами, вытесняя из них водород. Следовательно, реакция в пробирке с цинком будет протекать со значительно большей скоростью, чем в пробирке с железом.

Вывод: Скорость химической реакции зависит от природы (химической активности) реагирующих веществ.

Ответ: Реакция протекает с наибольшей скоростью в пробирке с цинком, так как цинк является более активным металлом, чем железо. Вывод: скорость реакции зависит от природы реагентов.

3. В пробирку наливают 3%-й раствор пероксида водорода ($H_2O_2$). В обычных условиях реакция разложения пероксида водорода на воду и кислород ($2H_2O_2(aq) \rightarrow 2H_2O(l) + O_2(g)\uparrow$) протекает чрезвычайно медленно. Поэтому при наблюдении за раствором в пробирке видимого выделения пузырьков газа (кислорода) не происходит.

После того как в раствор бросают несколько крупинок оксида марганца(IV) ($MnO_2$), наблюдается резкое изменение: начинается бурное, интенсивное выделение пузырьков газа. Это происходит потому, что оксид марганца(IV) выступает в роли катализатора. Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации, но само при этом не расходуется.

Вывод: Катализаторы — это вещества, которые значительно увеличивают скорость химических реакций.

Ответ: Изначально в растворе пероксида водорода пузырьки газа не выделяются (или выделяются незаметно). После добавления оксида марганца(IV) наблюдается бурное выделение газа. Катализатор (оксид марганца(IV)) значительно увеличивает скорость реакции.