Вопрос ✔, страница 60 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вопрос в параграфе. Параграф 11. Скорость химических реакций. Глава II. Химические реакции - страница 60.

Условие.

Скорость — это отношение изменения какой-либо величины к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Что представляет собой скорость химической реакции и от каких факторов она зависит?

Решение.

Решение 2.

Что представляет собой скорость химической реакции

Скорость химической реакции — это величина, показывающая, как быстро изменяется количество одного из участвующих в реакции веществ (реагента или продукта) в единицу времени. Определение скорости зависит от того, является ли реакция гомогенной или гетерогенной.

• Для гомогенных реакций (протекающих в одной фазе, например, в растворе или газовой смеси) скорость определяется как изменение молярной концентрации вещества в единицу времени в единице объема системы. Средняя скорость гомогенной реакции ($v_{гом}$) вычисляется по формуле:

  $v_{гом} = \pm \frac{\Delta c}{\Delta t} = \pm \frac{c_{конечная} - c_{начальная}}{t_{конечный} - t_{начальный}}$

  где $\Delta c$ — изменение молярной концентрации (в моль/л), а $\Delta t$ — промежуток времени (в с). Знак «минус» используется для исходных веществ (реагентов), так как их концентрация со временем уменьшается, а знак «плюс» — для продуктов реакции, концентрация которых возрастает. Скорость реакции всегда является положительной величиной. Единица измерения — моль/(л·с).

• Для гетерогенных реакций (протекающих на границе раздела фаз, например, между твердым веществом и газом) скорость определяется как изменение количества вещества в единицу времени на единице площади поверхности. Средняя скорость гетерогенной реакции ($v_{гет}$) вычисляется по формуле:

  $v_{гет} = \pm \frac{\Delta n}{S \cdot \Delta t}$

  где $\Delta n$ — изменение количества вещества (в моль), $S$ — площадь поверхности соприкосновения реагентов (в м²), а $\Delta t$ — промежуток времени (в с). Единица измерения — моль/(м²·с).

Ответ: Скорость химической реакции представляет собой изменение концентрации (для гомогенных систем) или количества вещества на единицу поверхности (для гетерогенных систем) одного из участников реакции за единицу времени.

От каких факторов она зависит?

Скорость химической реакции зависит от нескольких ключевых факторов:

1. Природа реагирующих веществ. Химическая активность веществ определяется их строением, типом химических связей и положением в периодической системе. Например, щелочные металлы реагируют с водой гораздо активнее, чем металлы побочных подгрупп.

2. Концентрация реагентов. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Чем выше концентрация, тем чаще сталкиваются частицы реагентов, и тем выше скорость реакции. Для реакции вида $aA + bB \rightarrow продукты$ скорость выражается как $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$.

3. Температура. Повышение температуры увеличивает скорость большинства химических реакций. Это связано с тем, что растет кинетическая энергия молекул, что приводит к более частым и более сильным столкновениям. Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2–4 раза. Математически это выражается формулой:

   $v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$

   где $v_1$ и $v_2$ — скорости реакции при температурах $T_1$ и $T_2$, а $\gamma$ — температурный коэффициент.

4. Давление (для реакций с участием газов). Увеличение давления в системе, содержащей газообразные реагенты, приводит к увеличению их концентрации и, следовательно, к увеличению скорости реакции. Для реакций в жидкой и твердой фазах влияние давления незначительно.

5. Площадь поверхности соприкосновения реагентов (для гетерогенных реакций). Чем больше площадь поверхности твердого реагента, тем больше скорость реакции. Измельчение твердого вещества (например, превращение куска металла в порошок) значительно увеличивает поверхность контакта и ускоряет реакцию.

6. Наличие катализатора или ингибитора. Катализаторы — это вещества, которые ускоряют реакцию, участвуя в ней, но не расходуясь. Они предоставляют альтернативный механизм реакции с более низкой энергией активации. Ингибиторы, наоборот, замедляют скорость химической реакции.

Ответ: Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, давления (для газов), площади поверхности контакта (для гетерогенных систем) и наличия катализаторов или ингибиторов.