Задание, страница 216 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 28. Современное химическое производство. Глово 7. Химия в нашей жизни - страница 216.

Условие.

Задание. Опираясь на знания о химической реакции, укажите, какие факторы влияют на скорость реакции. Приведите примеры изменения скорости реакции под их влиянием.

Решение.

Решение 2.

Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. На скорость протекания химической реакции влияет несколько ключевых факторов.

1. Природа реагирующих веществ

Химическая активность веществ, то есть их способность вступать в химические связи, напрямую влияет на скорость реакции. Активные металлы, например, реагируют с кислотами гораздо быстрее, чем менее активные. Строение молекул и тип химической связи также играют решающую роль.

Пример: Сравним взаимодействие цинка ($Zn$) и железа ($Fe$) с соляной кислотой ($HCl$). Цинк, будучи более активным металлом, реагирует с кислотой значительно быстрее, что проявляется в более интенсивном выделении водорода: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$. Железо реагирует с той же кислотой заметно медленнее.

Ответ: Природа реагирующих веществ является фундаментальным фактором; более химически активные вещества реагируют с большей скоростью.

2. Концентрация

Для гомогенных реакций (протекающих в одной фазе) увеличение концентрации реагирующих веществ приводит к увеличению скорости реакции. Это объясняется тем, что в единице объема становится больше частиц, что увеличивает вероятность их эффективных столкновений.

Пример: Реакция горения серы в воздухе и в чистом кислороде. В воздухе концентрация кислорода составляет примерно 21%, в то время как в баллоне с кислородом она близка к 100%. Поэтому в чистом кислороде сера горит гораздо быстрее и ярче: $S + O_2 \rightarrow SO_2$.

Ответ: Увеличение концентрации реагентов приводит к увеличению скорости реакции.

3. Температура

Повышение температуры увеличивает скорость практически всех химических реакций. Согласно правилу Вант-Гоффа (эмпирическому), при повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия скорость многих реакций удваивается или утраивается. Это связано с тем, что при нагревании растет кинетическая энергия молекул, и все большее их число достигает энергии активации — минимальной энергии, необходимой для начала реакции.

Пример: Растворение сахара в холодном и горячем чае. В горячем чае сахар растворяется почти мгновенно, тогда как в холодном этот процесс занимает значительно больше времени. Точно так же пищевые продукты хранят в холодильнике, чтобы замедлить химические реакции, ведущие к их порче.

Ответ: Повышение температуры увеличивает скорость химической реакции.

4. Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Этот фактор имеет значение для гетерогенных реакций, где реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое-жидкость, твердое-газ). Реакция протекает на границе раздела фаз, поэтому чем больше площадь этой границы, тем выше скорость.

Пример: Взаимодействие мрамора ($CaCO_3$) с кислотой. Кусок мрамора будет реагировать с соляной кислотой медленно. Если же этот кусок измельчить в порошок, то его общая поверхность контакта с кислотой многократно возрастет, и реакция пойдет очень бурно с обильным выделением углекислого газа: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$.

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

5. Наличие катализатора или ингибитора

Катализаторы — это вещества, которые участвуют в реакции и увеличивают её скорость, но по окончании реакции остаются в неизменном виде. Они снижают энергию активации, направляя реакцию по другому, энергетически более выгодному пути. Ингибиторы, наоборот, замедляют реакцию.

Пример катализатора: Разложение пероксида водорода ($H_2O_2$) само по себе протекает очень медленно. Но при добавлении катализатора, например, оксида марганца(IV) ($MnO_2$), реакция идет очень быстро с выделением кислорода: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$.
Пример ингибитора: Чтобы замедлить коррозию металла, в воду систем охлаждения добавляют ингибиторы, которые замедляют реакцию окисления.

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

6. Давление (для реакций с участием газов)

Увеличение давления в системе, содержащей газообразные реагенты, равносильно увеличению их концентрации. Молекулы газа сближаются, частота их столкновений растет, что и приводит к увеличению скорости реакции.

Пример: Промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша) из азота и водорода: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$. Процесс ведут при высоком давлении (сотни атмосфер), что необходимо не только для смещения равновесия в сторону продукта, но и для значительного увеличения скорости реакции, делая производство экономически выгодным.

Ответ: Увеличение давления для газообразных реагентов увеличивает скорость реакции.