Номер 1, страница 65 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 14. Катализ. Глава III. Химические реакции - номер 1, страница 65.

Условие.

• От каких факторов зависит скорость химической реакции?

Решение.

Решение 2.

Скорость химической реакции, то есть изменение концентрации одного из реагентов или продуктов в единицу времени, зависит от нескольких ключевых факторов:

1. Природа реагирующих веществ

Химическая природа реагентов является основополагающим фактором. Скорость реакции определяется типом и прочностью химических связей, которые необходимо разорвать в исходных веществах, и связей, которые образуются в продуктах. Например, реакции между ионами в растворах (например, $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$) протекают практически мгновенно, так как не требуют разрыва прочных ковалентных связей. Реакции с участием сложных молекул, требующие перестройки и разрыва прочных связей, как правило, идут медленнее. Активные металлы, такие как натрий, бурно реагируют с водой, в то время как менее активные, например, железо, окисляются (ржавеют) очень медленно.

Ответ: Скорость реакции зависит от химической активности веществ, а также от строения их молекул и прочности химических связей.

2. Концентрация реагентов

Для протекания реакции частицы реагирующих веществ должны столкнуться. Чем выше концентрация реагентов в гомогенной системе (газовой смеси или растворе), тем больше частиц находится в единице объема. Это приводит к увеличению частоты столкновений между ними и, как следствие, к росту скорости реакции. Эта зависимость выражается законом действующих масс: для элементарной реакции скорость прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. В общем случае для реакции $aA + bB \rightarrow продукты$ кинетическое уравнение имеет вид $v = k \cdot [A]^m \cdot [B]^n$, где $[A]$ и $[B]$ – молярные концентрации веществ, $k$ – константа скорости, а $m$ и $n$ – порядки реакции по веществам А и В. Для газов увеличение давления приводит к увеличению их концентрации и, соответственно, к увеличению скорости реакции.

Ответ: Увеличение концентрации реагентов (или давления для газов) приводит к росту скорости реакции из-за увеличения частоты столкновений частиц.

3. Температура

Повышение температуры значительно увеличивает скорость большинства химических реакций. Это связано с двумя причинами. Во-первых, с ростом температуры увеличивается кинетическая энергия молекул, они начинают двигаться быстрее, что приводит к более частым столкновениям. Во-вторых, и это главное, возрастает доля "активных" молекул – тех, чья энергия достаточна для преодоления энергетического барьера реакции, называемого энергией активации ($E_a$). Эмпирическое правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2–4 раза. Более точная зависимость константы скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса: $k = A \cdot e^{-E_a/(RT)}$, где $k$ – константа скорости, $A$ – предэкспоненциальный множитель, $E_a$ – энергия активации, $R$ – универсальная газовая постоянная, $T$ – абсолютная температура.

Ответ: Повышение температуры увеличивает скорость реакции, так как растет кинетическая энергия частиц и доля эффективных столкновений.

4. Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Этот фактор имеет значение для гетерогенных реакций, в которых вещества находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое вещество и газ, твердое вещество и жидкость). Реакция протекает только на границе раздела фаз. Чем больше площадь этой поверхности, тем больше частиц могут одновременно участвовать в реакции, и тем выше ее скорость. Например, измельчение твердого вещества в порошок значительно увеличивает его площадь поверхности и, следовательно, скорость его реакции. Кусок сахара в чае растворяется медленнее, чем такое же количество сахарного песка.

Ответ: Для гетерогенных реакций увеличение площади поверхности соприкосновения реагентов (например, путем измельчения) увеличивает скорость реакции.

5. Присутствие катализатора или ингибитора

Катализаторы – это вещества, которые изменяют скорость реакции (чаще всего ускоряют), участвуя в ней, но оставаясь в неизменном количестве по ее завершении. Они обеспечивают альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации ($E_a$), что позволяет большему числу молекул преодолеть энергетический барьер. Ингибиторы – вещества, замедляющие химическую реакцию. Они могут, например, дезактивировать катализатор или реагировать с активными промежуточными частицами, прерывая цепь превращений.

Ответ: Катализаторы ускоряют реакцию, снижая ее энергию активации, а ингибиторы – замедляют.