Номер 2, страница 148 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 21. Факторы, влияющие на скорость гомогенных и гетерогенных реакций - номер 2, страница 148.

Условие.

2. Охарактеризуйте влияние концентрации реагирующих веществ на скорость гомогенных реакций.

Решение.

Решение 2.

Решение

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость гомогенных реакций является одним из ключевых факторов в химической кинетике. Гомогенной называется реакция, в которой реагенты и продукты находятся в одной фазе (например, все вещества в газовой фазе или в растворе). В общем случае, увеличение концентрации реагентов приводит к увеличению скорости реакции.

Это явление можно объяснить с двух точек зрения: качественной (на основе теории столкновений) и количественной (на основе закона действующих масс).

1. Объяснение с точки зрения теории столкновений

Согласно теории активных столкновений, для того чтобы произошла химическая реакция, частицы реагирующих веществ (молекулы, атомы, ионы) должны столкнуться друг с другом. Однако не каждое столкновение приводит к образованию продуктов. Столкновение будет эффективным, то есть приведет к реакции, только если сталкивающиеся частицы обладают достаточной кинетической энергией (превышающей энергию активации) и правильно ориентированы в пространстве.

Концентрация определяет число частиц вещества в единице объема. При увеличении концентрации реагентов количество их частиц в том же объеме возрастает. Это приводит к тому, что частицы сталкиваются друг с другом чаще. Увеличение общей частоты столкновений пропорционально увеличивает и частоту эффективных столкновений. В результате скорость химической реакции возрастает.

Вывод: чем выше концентрация реагирующих веществ, тем чаще происходят эффективные столкновения между их частицами, и, следовательно, тем выше скорость реакции.

2. Количественное описание: Закон действующих масс

Количественная зависимость скорости реакции от концентрации реагентов описывается законом действующих масс, сформулированным К. Гульдбергом и П. Вааге.

Формулировка закона: При постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции (для простых, элементарных реакций).

Для общей гомогенной реакции вида:

$aA + bB \rightarrow \text{Продукты}$

математическое выражение закона (кинетическое уравнение) выглядит следующим образом:

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

где:

• $\text{v}$ — скорость реакции (например, в моль/(л·с));
• $\text{k}$ — константа скорости реакции, коэффициент пропорциональности, который зависит от природы реагентов и температуры, но не зависит от их концентрации;
• $[A]$ и $[B]$ — молярные концентрации веществ A и B (в моль/л);
• $\text{a}$ и $\text{b}$ — стехиометрические коэффициенты (для элементарных реакций) или экспериментально определяемые порядки реакции по веществам A и B (для сложных реакций).

Пример:

Рассмотрим гомогенную газофазную реакцию синтеза иодоводорода:

$H_2(г) + I_2(г) \rightarrow 2HI(г)$

Скорость этой реакции выражается уравнением:

$v = k \cdot [H_2] \cdot [I_2]$

Из этого уравнения следует, что если, например, увеличить концентрацию водорода $[H_2]$ в 3 раза, оставив концентрацию иода $[I_2]$ неизменной, то скорость реакции также увеличится в 3 раза. Если же увеличить концентрации обоих реагентов в 3 раза, то скорость реакции возрастет в $3 \cdot 3 = 9$ раз.

Ответ:

Скорость гомогенных реакций прямо зависит от концентрации реагентов: с увеличением концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Это обусловлено увеличением частоты столкновений между частицами реагентов в единице объема, что приводит к росту числа эффективных столкновений, завершающихся химическим превращением. Количественно эта зависимость описывается законом действующих масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в определенных степенях ($v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$).