Номер C, страница 56 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Почему скорость реакции сильно возрастает с повышением температуры?

2. Дайте объяснение влиянию концентрации реагирующих веществ на скорость реакции.

3. Дайте сравнительную характеристику скорости реакции взаимодействия металлов с водой. Допишите вторые части уравнений реакций:

a) Ca + $H_2O$ →

б) Sr + $H_2O$ →

в) Ba + $H_2O$ →

1. Почему скорость реакции сильно возрастает с повышением температуры?

Скорость химической реакции определяется числом эффективных столкновений между частицами реагирующих веществ в единицу времени. Эффективным считается столкновение, при котором у частиц достаточно энергии для преодоления энергетического барьера реакции (энергии активации) и правильная взаимная ориентация в пространстве.

Повышение температуры приводит к увеличению средней кинетической энергии всех частиц в системе. Это имеет два основных следствия:

1. Частицы начинают двигаться быстрее, что приводит к увеличению общей частоты их столкновений. Однако этот фактор вносит сравнительно небольшой вклад в общее ускорение реакции.

2. Главная причина заключается в том, что при повышении температуры резко возрастает доля «активных» частиц, то есть тех, чья кинетическая энергия равна или превышает энергию активации ($E_a$). Энергия активации – это минимальная энергия, которую необходимо сообщить частицам, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Зависимость доли активных частиц от температуры носит экспоненциальный характер, что описывается уравнением Аррениуса:

$k = A \cdot e^{-\frac{E_a}{RT}}$

где $k$ – константа скорости реакции, $A$ – предэкспоненциальный множитель (отражает частоту столкновений), $E_a$ – энергия активации, $R$ – универсальная газовая постоянная, $T$ – абсолютная температура. Из уравнения видно, что даже небольшое увеличение температуры $T$ приводит к значительному росту множителя $e^{-\frac{E_a}{RT}}$, а следовательно, и константы скорости $k$.

Эмпирически эта зависимость часто описывается правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Ответ: С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия реагирующих частиц. Это приводит к резкому (экспоненциальному) росту числа частиц, обладающих достаточной энергией (энергией активации) для вступления в реакцию. В результате число эффективных столкновений в единицу времени значительно возрастает, что и вызывает сильное увеличение скорости реакции.

2. Дайте объяснение влиянию концентрации реагирующих веществ на скорость реакции.

Согласно теории столкновений, для того чтобы произошла химическая реакция, частицы реагентов (атомы, ионы или молекулы) должны столкнуться друг с другом. Скорость реакции напрямую зависит от частоты таких столкновений.

Концентрация – это величина, характеризующая количество вещества в единице объёма. Увеличение концентрации одного или нескольких реагирующих веществ означает, что в том же самом объёме теперь находится большее число их частиц. Это приводит к тому, что частицы располагаются ближе друг к другу и, как следствие, сталкиваются значительно чаще.

Поскольку общее число столкновений в единицу времени возрастает, пропорционально увеличивается и число эффективных столкновений (тех, что приводят к реакции). Таким образом, чем выше концентрация реагентов, тем больше эффективных столкновений происходит в единицу времени и, следовательно, тем выше скорость химической реакции.

Эта зависимость количественно описывается основным постулатом химической кинетики — законом действующих масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам (для простых реакций).

Ответ: Увеличение концентрации реагирующих веществ приводит к увеличению числа их частиц в единице объёма. Это повышает частоту столкновений между ними, что, в свою очередь, увеличивает число эффективных столкновений и, как следствие, скорость реакции.

3. Дайте сравнительную характеристику скорости реакции взаимодействия металлов с водой. Допишите вторые части уравнений реакций:

Кальций (Ca), стронций (Sr) и барий (Ba) — это щелочноземельные металлы, находящиеся во IIA группе периодической системы. В пределах одной группы сверху вниз их химическая активность возрастает. Это связано с увеличением атомного радиуса и усилением экранирования валентных электронов внутренними электронными слоями. В результате энергия ионизации уменьшается, и металлам становится легче отдавать свои валентные электроны.

Таким образом, ряд активности этих металлов выглядит так: $Ca < Sr < Ba$.

Эта закономерность проявляется и в их реакции с водой. Скорость реакции будет возрастать в том же порядке:

• Кальций реагирует с холодной водой достаточно активно, но спокойно, с выделением пузырьков водорода.
• Стронций реагирует с водой значительно энергичнее, чем кальций.
• Барий реагирует с водой очень бурно, реакция может протекать со взрывом.

Все эти металлы реагируют с водой по общей схеме, образуя гидроксид и газообразный водород:

Металл + Вода → Гидроксид металла + Водород

a) Ca + H₂O →

Решение: В результате реакции кальция с водой образуется гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ и водород $H_2$. Уравняем реакцию: слева один атом кислорода и два атома водорода (в $H_2O$), а справа два атома кислорода и четыре атома водорода (в $Ca(OH)_2$ и $H_2$). Поэтому перед молекулой воды нужно поставить коэффициент 2.

Ответ: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

б) Sr + H₂O →

Решение: Реакция стронция с водой протекает аналогично, с образованием гидроксида стронция $Sr(OH)_2$ и водорода $H_2$. Уравнение балансируется так же, как и в предыдущем случае.

Ответ: $Sr + 2H_2O \rightarrow Sr(OH)_2 + H_2 \uparrow$

в) Ba + H₂O →

Решение: Барий, самый активный из представленных металлов, также реагирует с водой с образованием соответствующего гидроксида $Ba(OH)_2$ и водорода $H_2$. Стехиометрические коэффициенты аналогичны предыдущим реакциям.

Ответ: $Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$