Страница 22 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Выберите фактор, не влияющий на скорость химической реакции

$CaO + CO_2 = CaCO_3$

1) концентрация углекислого газа

2) измельчение оксида кальция

3) температура

4) катализатор

Решение

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагентов или продуктов в единицу времени. Рассмотрим, как каждый из предложенных факторов влияет на скорость гетерогенной реакции взаимодействия твердого оксида кальция с газообразным диоксидом углерода:

$CaO_{(т)} + CO_{2(г)} = CaCO_{3(т)}$

1) концентрация углекислого газа

Углекислый газ ($CO_2$) является одним из реагентов и находится в газовой фазе. Для гетерогенных реакций, в которых участвует газ, скорость зависит от его концентрации (или парциального давления). Согласно теории столкновений, увеличение концентрации $CO_2$ приведет к увеличению числа столкновений молекул газа с поверхностью твердого оксида кальция в единицу времени. Это, в свою очередь, увеличит скорость образования карбоната кальция. Таким образом, концентрация углекислого газа является фактором, влияющим на скорость реакции.

2) измельчение оксида кальция

Оксид кальция ($CaO$) — твердый реагент. Химическое взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз "твердое тело — газ". Измельчение твердого вещества увеличивает его площадь поверхности. Чем больше площадь поверхности контакта реагентов, тем выше скорость реакции, так как в реакции может участвовать большее количество частиц. Следовательно, измельчение оксида кальция увеличивает скорость реакции и является влияющим фактором.

3) температура

Повышение температуры практически всегда увеличивает скорость химической реакции. Согласно уравнению Аррениуса, с ростом температуры растет константа скорости реакции. Это происходит потому, что увеличивается кинетическая энергия реагирующих частиц, что приводит к более частым и, что более важно, к более энергичным (эффективным) столкновениям, которые способны преодолеть энергетический барьер активации. Таким образом, температура является важным фактором, влияющим на скорость данной реакции.

4) катализатор

Катализатор — это вещество, которое изменяет скорость реакции (чаще всего ускоряет), но само при этом не расходуется. По своему определению, присутствие или отсутствие катализатора является фактором, влияющим на скорость реакции. Однако, если проанализировать все четыре варианта, то первые три (концентрация, площадь поверхности, температура) являются фундаментальными и неотъемлемыми характеристиками данной реакционной системы. Их изменение напрямую и предсказуемо влияет на скорость. В то же время, хотя для данной реакции и существуют вещества, способные ее ускорить (например, пары воды), в стандартном рассмотрении этого процесса катализаторы обычно не упоминаются. Зачастую в тестовых заданиях такого типа предлагается выбрать фактор, который является наименее значимым или нетипичным для данной конкретной реакции по сравнению с остальными. Методом исключения, так как влияние концентрации, температуры и площади поверхности неоспоримо, именно "катализатор" является наиболее вероятным правильным ответом. Предполагается, что в рамках рассматриваемого курса химии для реакции $CaO + CO_2$ катализ не является основным способом управления скоростью.

Ответ: 4) катализатор

3. С наибольшей скоростью реагирует с магнием

1) уксусная кислота

2) серная кислота

3) сероводородная кислота

4) угольная кислота

Решение

Скорость химической реакции зависит от многих факторов, но при взаимодействии металла с кислотами (при прочих равных условиях, таких как концентрация растворов, температура, площадь соприкосновения) ключевым фактором является сила кислоты. Сила кислоты определяется ее способностью к диссоциации, то есть распаду на ионы в водном растворе. Чем сильнее кислота, тем больше ионов водорода ($H^+$) она создает в растворе, и тем активнее она реагирует с металлами, стоящими в ряду активности до водорода.

Рассмотрим кислоты, предложенные в вариантах ответа:

1) Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — слабая органическая кислота. Она диссоциирует обратимо и в небольшой степени: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^{-} + H^{+}$.

2) Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная неорганическая кислота. В водных растворах она диссоциирует практически полностью (по первой ступени), создавая высокую концентрацию ионов водорода: $H_2SO_4 \rightarrow H^{+} + HSO_4^{-}$.

3) Сероводородная кислота ($H_2S$) — очень слабая неорганическая кислота.

4) Угольная кислота ($H_2CO_3$) — очень слабая и к тому же нестабильная неорганическая кислота.

Сравнивая силу данных кислот, можно расположить их в следующий ряд по убыванию силы:
Серная кислота > Уксусная кислота > Угольная кислота > Сероводородная кислота.

Реакция магния с кислотой протекает с выделением водорода, и ее скорость прямо пропорциональна концентрации ионов $H^+$:
$Mg + 2H^{+} \rightarrow Mg^{2+} + H_2 \uparrow$

Так как серная кислота является самой сильной из представленных, она будет реагировать с магнием с наибольшей скоростью.

Ответ: 2) серная кислота

4. С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция между

1) соляной кислотой (р-р) и гидроксидом натрия (р-р)

2) железом и водой

3) азотом и кислородом

4) цинком и серой

Решение

Скорость химической реакции зависит от множества факторов, в том числе от природы реагирующих веществ, их агрегатного состояния, температуры и площади поверхности соприкосновения. Проанализируем каждый из предложенных вариантов для условий комнатной температуры.

1) соляной кислотой (р-р) и гидроксидом натрия (р-р)

Это реакция ионного обмена (нейтрализации) между сильной кислотой ($HCl$) и сильным основанием ($NaOH$) в водном растворе. В растворе эти вещества находятся в виде ионов: $H^+$, $Cl^-$, $Na^+$, $OH^-$. Реакция сводится к взаимодействию ионов водорода и гидроксид-ионов с образованием слабо диссоциирующего вещества — воды:
$H^+_{ (р-р) } + OH^-_{ (р-р) } \rightarrow H_2O_{ (ж) }$
Реакции между ионами в растворах протекают с очень высокой, практически мгновенной скоростью, так как энергия активации таких процессов чрезвычайно мала.

2) железом и водой

Взаимодействие железа с водой при комнатной температуре (коррозия) является очень медленным гетерогенным процессом. Для того чтобы реакция шла с заметной скоростью, необходимы либо высокие температуры (взаимодействие с водяным паром), либо присутствие в воде кислорода и электролитов, которые ускоряют процесс. В обычных условиях при комнатной температуре скорость этой реакции ничтожна.

3) азотом и кислородом

Азот ($N_2$) и кислород ($O_2$) — это газы, составляющие основу атмосферы. Молекула азота $N_2$ содержит очень прочную тройную связь ($N \equiv N$), для разрыва которой требуется огромное количество энергии. Поэтому реакция между ними ($N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$) имеет очень высокую энергию активации и при комнатной температуре практически не протекает. Она становится возможной лишь в экстремальных условиях, например, при температуре свыше 2000°C или в электрическом разряде (во время грозы).

4) цинком и серой

Это гетерогенная реакция между двумя твёрдыми веществами: $Zn_{(тв)} + S_{(тв)} \rightarrow ZnS_{(тв)}$. Скорость реакций между твёрдыми веществами ограничена площадью их контакта. Для того чтобы эта реакция началась, смесь необходимо инициировать — как правило, нагреть. При комнатной температуре, без внешнего воздействия, цинк и сера могут находиться в смеси неограниченно долго, не вступая в реакцию.

Сравнивая все варианты, можно сделать вывод, что реакция ионного обмена в растворе (вариант 1) будет протекать с наибольшей скоростью.

Ответ: 1.

5. Скорость химической реакции, схема которой

$CuO + H_2SO_4 \to CuSO_4 + H_2O$,

уменьшится, если

1) увеличить концентрацию кислоты

2) уменьшить концентрацию кислоты

3) нагреть кислоту

4) повысить давление

Для определения условия, при котором скорость данной химической реакции уменьшится, необходимо проанализировать, как каждый из предложенных факторов влияет на скорость взаимодействия между оксидом меди(II) и серной кислотой.

Химическая реакция описывается следующей схемой: $ \text{CuO}_{(\text{тв})} + \text{H}_2\text{SO}_{4(\text{p-p})} \rightarrow \text{CuSO}_{4(\text{p-p})} + \text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})} $

Скорость химической реакции в общем случае зависит от концентрации реагентов, температуры, давления (для газов), площади соприкосновения реагентов (в гетерогенных системах) и наличия катализатора. Рассмотрим предложенные варианты.

1) увеличить концентрацию кислоты

Серная кислота ($ \text{H}_2\text{SO}_4 $) является одним из реагентов. Согласно закону действующих масс, увеличение концентрации реагента ведет к увеличению скорости реакции. Это происходит потому, что в большем объеме раствора содержится большее количество частиц кислоты, что увеличивает частоту их столкновений с поверхностью твердого оксида меди ($ \text{CuO} $). Следовательно, скорость реакции увеличится.

2) уменьшить концентрацию кислоты

Уменьшение концентрации серной кислоты означает, что в единице объема раствора будет меньше реагирующих частиц (ионов водорода). Это приведет к уменьшению частоты столкновений между реагентами. В результате скорость химической реакции уменьшится. Этот вариант соответствует условию задачи.

3) нагреть кислоту

Повышение температуры системы увеличивает кинетическую энергию всех реагирующих частиц. Это приводит к двум эффектам: частицы сталкиваются чаще и, что более важно, доля "эффективных" столкновений (обладающих достаточной энергией для преодоления активационного барьера) возрастает. Согласно правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на каждые 10°C обычно увеличивает скорость реакции в 2–4 раза. Таким образом, нагревание приведет к увеличению скорости реакции.

4) повысить давление

Изменение давления оказывает существенное влияние на скорость реакций с участием газообразных веществ, так как оно напрямую влияет на их концентрацию. В данной реакции реагенты находятся в твердой ($ \text{CuO} $) и жидкой (раствор $ \text{H}_2\text{SO}_4 $) фазах. Для реакций в конденсированных фазах (жидкостях и твердых телах) влияние давления на скорость незначительно. Поэтому повышение давления практически не изменит скорость данной реакции.

Таким образом, единственным фактором из предложенных, который приведет к уменьшению скорости реакции, является уменьшение концентрации кислоты.

Ответ: 2

6. Изменение площади соприкосновения реагирующих веществ влияет на скорость реакции

1) $4Li + O_2 = 2Li_2O$

2) $2H_2 + O_2 = 2H_2O$

3) $CuCl_2 + 2KOH = Cu(OH)_2\downarrow + 2KCl$

4) $HCl + NaOH = NaCl + H_2O$

Решение

Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ в том случае, если реакция является гетерогенной, то есть протекает на границе раздела фаз (например, твердое вещество – газ, твердое вещество – жидкость). В гомогенных реакциях, где все реагенты находятся в одной фазе (газовой или жидком растворе), частицы реагентов перемешаны на молекулярном уровне, и понятие площади соприкосновения не применяется. Проанализируем предложенные реакции:

1) $4\text{Li} + \text{O}_2 = 2\text{Li}_2\text{O}$

В этой реакции литий ($\text{Li}$) является твердым веществом, а кислород ($\text{O}_2$) – газом. Это гетерогенная реакция. Реакция происходит на поверхности твердого лития. Увеличение площади поверхности лития (например, использование порошка вместо цельного куска) приведет к увеличению скорости реакции, так как большее количество атомов лития будет доступно для взаимодействия с молекулами кислорода. Следовательно, изменение площади соприкосновения влияет на скорость этой реакции.

2) $2\text{H}_2 + \text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O}$

Все реагенты – водород ($\text{H}_2$) и кислород ($\text{O}_2$) – являются газами. Это гомогенная реакция. Молекулы газов свободно перемещаются и смешиваются во всем объеме, поэтому площадь соприкосновения не является фактором, влияющим на скорость.

3) $\text{CuCl}_2 + 2\text{KOH} = \text{Cu(OH)}_2\downarrow + 2\text{KCl}$

Эта реакция обычно протекает в водном растворе. Хлорид меди(II) ($\text{CuCl}_2$) и гидроксид калия ($\text{KOH}$) являются растворимыми веществами и находятся в виде ионов в растворе. Это гомогенная реакция в жидкой фазе. Несмотря на то, что продукт ($\text{Cu(OH)}_2$) является осадком (твердым веществом), реагенты находятся в одной фазе, поэтому скорость реакции от площади их соприкосновения не зависит.

4) $\text{HCl} + \text{NaOH} = \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

Реакция нейтрализации между соляной кислотой ($\text{HCl}$) и гидроксидом натрия ($\text{NaOH}$) также протекает в водном растворе. Оба реагента полностью диссоциированы на ионы. Это гомогенная реакция, и площадь соприкосновения не влияет на ее скорость.

Таким образом, единственная реакция из списка, скорость которой зависит от площади соприкосновения реагентов, – это реакция между твердым литием и газообразным кислородом.

Ответ: 1

7. Верны ли суждения о катализаторах химических реакций?

А. Увеличение скорости химической реакции в присутствии катализатора называют катализом.

Б. Биологические катализаторы — ферменты применяют в медицине, пищевой промышленности и др.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для определения верности суждений проанализируем каждое из них.

А. Увеличение скорости химической реакции в присутствии катализатора называют катализом.

Это утверждение корректно. Катализ — это процесс изменения скорости химической реакции под действием особых веществ, называемых катализаторами. Катализаторы участвуют в реакции, направляя ее по энергетически более выгодному пути (снижая энергию активации), что и приводит к увеличению скорости. При этом сами катализаторы не расходуются в ходе реакции. Таким образом, данное суждение является верным.

Б. Биологические катализаторы — ферменты применяют в медицине, пищевой промышленности и др.

Это утверждение также является верным. Ферменты (энзимы) — это специфические белки, выполняющие роль катализаторов во всех живых организмах. Благодаря своей высокой эффективности и селективности они нашли широкое применение в различных сферах деятельности человека. Например, в медицине ферменты используются в составе лекарственных средств (для улучшения пищеварения, растворения тромбов) и в диагностике. В пищевой промышленности их применяют в хлебопечении, сыроделии, пивоварении, виноделии и для производства соков. Следовательно, это суждение тоже верно.

Так как оба суждения (А и Б) верны, необходимо выбрать вариант ответа, который подтверждает это.

Ответ: 3