Номер 2, страница 65 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Проверьте свои знания. Параграф 11. Скорость химических реакций. Глава II. Химические реакции - номер 2, страница 65.

Условие.

2. Какие закономерности следует учитывать для гомогенных и какие — для гетерогенных реакций?

Решение.

Решение 2.

При рассмотрении химических реакций важно различать гомогенные и гетерогенные системы, так как закономерности, определяющие их скорость и протекание, существенно отличаются.

Закономерности для гомогенных реакций

Гомогенные реакции протекают в одной фазе, то есть все реагенты и продукты находятся в одинаковом агрегатном состоянии (например, в газовой смеси или в растворе). Взаимодействие между частицами реагентов происходит по всему объему системы.

Основные закономерности, которые следует учитывать:

• Закон действующих масс: Скорость гомогенной реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам (для элементарных реакций). Для общей реакции $aA + bB \rightarrow \text{продукты}$ математическое выражение скорости ($v$) выглядит так:

  $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$

  где $[A]$ и $[B]$ — молярные концентрации реагентов, а $k$ — константа скорости, зависящая от температуры и природы веществ.

• Влияние температуры: Зависимость скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса. Эмпирически установлено (правило Вант-Гоффа), что повышение температуры на каждые 10 градусов Цельсия увеличивает скорость большинства реакций в 2–4 раза. Это связано с увеличением числа активных молекул, обладающих достаточной энергией для вступления в реакцию (энергией активации).

• Влияние давления (для газовых реакций): Увеличение давления в системе с газообразными реагентами приводит к увеличению их концентраций. Согласно закону действующих масс, это вызывает увеличение скорости реакции.

• Влияние катализатора: Катализатор увеличивает скорость реакции, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации. В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.

Ответ: Для гомогенных реакций ключевыми являются закономерности, связывающие скорость реакции с концентрацией реагентов (закон действующих масс) по всему объему системы, а также сильная зависимость от температуры, давления (для газов) и наличия катализатора.

Закономерности для гетерогенных реакций

Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, когда реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое вещество и газ, твердое вещество и жидкость, две несмешивающиеся жидкости).

Основные закономерности, которые следует учитывать:

• Площадь поверхности контакта: Реакция происходит только на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому скорость гетерогенной реакции прямо пропорциональна площади этой поверхности. Измельчение твердого реагента, увеличивающее его удельную поверхность, значительно ускоряет реакцию.

• Многостадийность процесса: Гетерогенная реакция — это сложный процесс, включающий несколько стадий:

  1. Подвод (диффузия) реагентов из объема фазы к поверхности раздела.
  2. Адсорбция (поглощение) реагентов на поверхности.
  3. Собственно химическое взаимодействие на поверхности.
  4. Десорбция (освобождение) продуктов с поверхности.
  5. Отвод (диффузия) продуктов от поверхности в объем фазы.

  Общая скорость всего процесса определяется скоростью самой медленной из этих стадий (лимитирующая стадия).

• Применение закона действующих масс: Концентрация вещества в твердой фазе считается постоянной и включается в константу скорости. Таким образом, скорость реакции зависит только от концентрации веществ в газовой или жидкой фазе. Например, для реакции горения угля $C_{(тв)} + O_{2(газ)} \rightarrow CO_{2(газ)}$ скорость зависит от концентрации (или парциального давления) кислорода и площади поверхности угля: $v = k \cdot S \cdot [O_2]$.

• Влияние перемешивания: Перемешивание интенсифицирует процесс диффузии (стадии 1 и 5), что может значительно увеличить общую скорость реакции, если именно диффузия является лимитирующей стадией.

Ответ: Для гетерогенных реакций следует учитывать, что они протекают на границе раздела фаз, и их скорость в первую очередь зависит от площади этой поверхности. Кроме того, необходимо принимать во внимание многостадийность процесса (диффузия, адсорбция, реакция, десорбция), так как любой из этих этапов может быть лимитирующим, а также влияние перемешивания, температуры и концентрации реагентов в подвижной фазе (газе или жидкости).