Номер 2, страница 98 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 13. Скорость химической реакции. Катализ. Глава 4. Химические реакции - номер 2, страница 98.

Условие.

2. Какие факторы влияют на скорость химических реакций? Приведите примеры.

Решение.

Решение 2.

Скорость химических реакций зависит от нескольких ключевых факторов. Рассмотрим каждый из них подробнее.

1. Природа реагирующих веществ

Химическая природа, то есть состав и строение веществ, определяет их реакционную способность. Реакции, требующие разрыва прочных химических связей, протекают медленнее, чем реакции с разрывом менее прочных связей. Активность веществ также играет решающую роль.

Пример: Реакция щелочных металлов с водой. Калий ($K$) реагирует с водой гораздо активнее и быстрее, чем натрий ($Na$), который, в свою очередь, активнее лития ($Li$). Это связано с увеличением их химической активности в группе сверху вниз. Аналогично, цинк ($Zn$) реагирует с соляной кислотой ($HCl$) быстрее, чем железо ($Fe$), так как цинк является более активным металлом.

Ответ: Скорость реакции определяется химической активностью, строением и типом связей в реагирующих веществах.

2. Концентрация

Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Чем выше концентрация, тем больше частиц реагентов находится в единице объема, что приводит к увеличению частоты их столкновений и, следовательно, к росту числа эффективных (результативных) столкновений.

Пример: Горение лучинки в чистом кислороде происходит значительно интенсивнее, чем в воздухе. В воздухе концентрация кислорода составляет около 21%, а в чистом газе — почти 100%. Более высокая концентрация кислорода приводит к увеличению скорости реакции горения.

Ответ: Увеличение концентрации реагентов приводит к увеличению скорости реакции.

3. Температура

Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию молекул. В результате частицы движутся быстрее, чаще сталкиваются, и, что более важно, возрастает доля частиц, обладающих достаточной энергией (энергией активации) для вступления в реакцию. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на каждые 10°C скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.

Пример: Продукты питания хранят в холодильнике, чтобы замедлить химические реакции, вызывающие их порчу. И наоборот, для ускорения приготовления пищи мы ее нагреваем.

Ответ: Повышение температуры увеличивает скорость реакции.

4. Площадь поверхности соприкосновения

Этот фактор имеет значение для гетерогенных реакций, в которых реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое вещество и жидкость). Реакция протекает только на поверхности раздела фаз. Увеличение площади этой поверхности путем измельчения твердого реагента приводит к увеличению скорости реакции.

Пример: Кусочек сахара растворяется в воде медленнее, чем такое же количество сахарного песка. Железный гвоздь ржавеет медленно, в то время как железные опилки в тех же условиях ржавеют очень быстро.

Ответ: Увеличение площади поверхности соприкосновения реагентов в гетерогенных системах увеличивает скорость реакции.

5. Наличие катализатора или ингибитора

Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость реакции, но сами при этом не расходуются. Они предоставляют альтернативный маршрут реакции с более низкой энергией активации. Ингибиторы, наоборот, замедляют химические реакции.

Пример катализатора: Разложение пероксида водорода ($2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$) протекает очень медленно. Добавление небольшого количества оксида марганца(IV) ($MnO_2$) в качестве катализатора резко ускоряет процесс, вызывая бурное выделение кислорода.

Пример ингибитора: Для замедления коррозии металлов в системы охлаждения автомобилей добавляют специальные вещества-ингибиторы.

Ответ: Катализаторы увеличивают скорость реакции, а ингибиторы — уменьшают.

6. Давление (для газов)

Увеличение давления в системе, где реагентами являются газы, приводит к уменьшению объема и, соответственно, к увеличению их концентрации. Как и в случае с жидкими растворами, это ведет к более частым столкновениям молекул и увеличению скорости реакции.

Пример: Синтез аммиака из азота и водорода ($N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$) в промышленности (процесс Габера-Боша) проводят при очень высоком давлении (150-350 атмосфер) для увеличения как скорости реакции, так и выхода продукта.

Ответ: Увеличение давления для реакций с участием газов увеличивает их скорость.