Номер 8, страница 142, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Учеником проведен следующий эксперимент между магнием и уксусной кислотой. Водород измерялся по объему через каждые 15 секунд. Данные приведены в таблице:

Время, с Объем, мл

0 0

15 19

30 33

45 44

60 50

75 54

90 56

105 57

120 57

135 57

а) Задание напишите уравнение реакции между магнием и уксусной кислотой;

б) постройте по данным таблицы график опыта;

в) определите скорость данной реакции;

г) определите, может ли измениться объем водорода через 150 секунд.

Дано:

Результаты эксперимента по измерению объема водорода ($H_2$), выделяющегося в реакции магния (Mg) с уксусной кислотой ($CH_3COOH$), представлены в виде таблицы зависимости объема (V, мл) от времени (t, с).

Переведем единицы измерения объема в систему СИ (м³):

$1 \text{ мл} = 1 \text{ см}^3 = (10^{-2} \text{ м})^3 = 10^{-6} \text{ м}^3$.

Например, для времени $t=15 \text{ с}$, объем $V = 19 \text{ мл} = 19 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$.

Конечный объем водорода: $V_{конечн} = 57 \text{ мл} = 57 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$.

Время окончания реакции: $t_{конечн} = 105 \text{ с}$.

Найти:

а) Уравнение реакции.

б) Построить график опыта.

в) Скорость данной реакции.

г) Может ли измениться объем водорода через 150 секунд.

Решение:

а) Задание напишите уравнение реакции между магнием и уксусной кислотой;

Магний (Mg) — активный металл, который вступает в реакцию замещения с уксусной кислотой ($CH_3COOH$). В ходе реакции магний вытесняет водород из кислоты, образуя соль (ацетат магния) и газообразный водород ($H_2$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Mg + 2CH_3COOH \rightarrow Mg(CH_3COO)_2 + H_2 \uparrow$

Продукты реакции: ацетат магния и водород.

Ответ: $Mg + 2CH_3COOH \rightarrow Mg(CH_3COO)_2 + H_2 \uparrow$.

б) постройте по данным таблицы график опыта;

Для построения графика необходимо начертить систему координат. По оси абсцисс (горизонтальной оси) откладывается время в секундах (t, с), а по оси ординат (вертикальной оси) — объем выделившегося водорода в миллилитрах (V, мл). Затем на координатной плоскости отмечаются точки, соответствующие данным из таблицы: (0, 0), (15, 19), (30, 33), (45, 44), (60, 50), (75, 54), (90, 56), (105, 57), (120, 57), (135, 57).

После нанесения всех точек они соединяются плавной линией. Полученный график будет выглядеть следующим образом:

1. График начинается в начале координат (0, 0), так как в начальный момент времени водород еще не выделился.

2. В интервале от 0 до ~90 секунд кривая идет вверх, причем ее наклон (крутизна) постепенно уменьшается. Это говорит о том, что скорость реакции максимальна в начале и со временем замедляется. Это происходит из-за уменьшения концентрации уксусной кислоты.

3. После 105 секунд график становится горизонтальной прямой на уровне $V = 57$ мл. Это означает, что выделение водорода прекратилось, и реакция завершилась, так как один из реагентов был полностью израсходован.

Ответ: График представляет собой кривую, выходящую из начала координат, крутизна которой уменьшается со временем, и переходящую в горизонтальную линию на уровне $V=57$ мл при $t \ge 105$ с.

в) определите скорость данной реакции;

Скорость химической реакции не является постоянной величиной; она изменяется во времени. Максимальная скорость наблюдается в начальный момент, а затем она уменьшается по мере расходования реагентов. Мы можем рассчитать среднюю скорость реакции ($v_{ср}$) на разных временных интервалах по формуле:

$v_{ср} = \frac{\Delta V}{\Delta t}$

где $\Delta V$ — изменение объема водорода, а $\Delta t$ — промежуток времени.

Например, средняя скорость в первые 15 секунд:

$v_{0-15} = \frac{19 \text{ мл} - 0 \text{ мл}}{15 \text{ с} - 0 \text{ с}} = \frac{19}{15} \approx 1.27 \text{ мл/с}$

Средняя скорость в интервале от 75 до 90 секунд:

$v_{75-90} = \frac{56 \text{ мл} - 54 \text{ мл}}{90 \text{ с} - 75 \text{ с}} = \frac{2}{15} \approx 0.13 \text{ мл/с}$

После 105 секунд скорость реакции равна нулю, так как объем газа не меняется.

Можно также определить среднюю скорость за весь период, пока шла реакция (до 105 с):

$v_{ср. общ.} = \frac{V_{конечн} - V_{начальн}}{t_{конечн} - t_{начальн}} = \frac{57 \text{ мл} - 0 \text{ мл}}{105 \text{ с} - 0 \text{ с}} = \frac{57}{105} \approx 0.54 \text{ мл/с}$

Ответ: Скорость реакции непостоянна, она уменьшается со временем от максимального значения в начале ($\approx 1.27$ мл/с) до нуля после 105 секунд. Средняя скорость за все время протекания реакции составляет примерно 0.54 мл/с.

г) определите, может ли измениться объем водорода через 150 секунд.

Анализируя данные таблицы, мы видим, что в момент времени $t = 105$ с объем выделившегося водорода достигает 57 мл. В последующие моменты времени ($t = 120$ с и $t = 135$ с) объем водорода остается неизменным и равным 57 мл. Это означает, что реакция полностью прекратилась к 105-й секунде, так как один из реагентов (либо магний, либо уксусная кислота) был полностью израсходован.

Поскольку реакция завершена, дальнейшего выделения водорода не произойдет. Следовательно, через 150 секунд (и в любой последующий момент времени) объем водорода останется таким же, каким он был в момент окончания реакции.

Ответ: Нет, объем водорода через 150 секунд не изменится и останется равным 57 мл, так как реакция уже завершилась.