Страница 23 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Скорость химической реакции $H_2 + I_2 = 2HI$ увеличится при

1) повышении температуры

2) добавлении иодоводорода

3) понижении давления

4) повышении концентрации иода

5) увеличении объёма реакционного сосуда

Скорость прямой химической реакции $H_2 + I_2 \rightarrow 2HI$ описывается законом действующих масс: $v = k \cdot [H_2] \cdot [I_2]$, где $v$ – скорость реакции, $k$ – константа скорости, а $[H_2]$ и $[I_2]$ – молярные концентрации реагентов. Проанализируем, как каждый из предложенных факторов повлияет на эту скорость.

1) повышении температуры
Согласно правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на каждые 10 градусов Цельсия увеличивает скорость большинства реакций в 2-4 раза. Это связано с тем, что растет кинетическая энергия молекул, что приводит к увеличению доли активных молекул (обладающих энергией, достаточной для реакции) и частоты эффективных столкновений. Константа скорости $k$ в уравнении скорости возрастает, а следовательно, увеличивается и скорость реакции. Таким образом, этот вариант является верным.

2) добавлении иодоводорода
Иодоводород ($HI$) является продуктом реакции. Его добавление увеличивает скорость обратной реакции ($2HI \rightarrow H_2 + I_2$) и смещает равновесие $H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI$ влево согласно принципу Ле Шателье. На скорость прямой реакции, которая зависит только от концентраций реагентов $H_2$ и $I_2$, а также температуры, это действие прямого влияния не оказывает. Следовательно, этот вариант неверен.

3) понижении давления
Все участники реакции ($H_2$, $I_2$, $HI$) — газы. Понижение общего давления в системе приведет к увеличению объема. Это вызовет уменьшение концентраций всех участников реакции, в том числе реагентов $H_2$ и $I_2$. Снижение концентраций реагентов приведет к уменьшению скорости реакции, так как уменьшится частота столкновений между их молекулами. Следовательно, этот вариант неверен.

4) повышении концентрации иода
Иод ($I_2$) — один из реагентов. Согласно уравнению скорости $v = k \cdot [H_2] \cdot [I_2]$, увеличение концентрации иода $[I_2]$ напрямую приведет к увеличению скорости реакции, так как возрастет число столкновений между молекулами водорода и иода в единицу времени, что увеличит количество эффективных столкновений. Таким образом, этот вариант является верным.

5) увеличении объёма реакционного сосуда
Увеличение объема реакционного сосуда при постоянном количестве вещества приводит к уменьшению концентраций всех газообразных веществ ($C = n/V$). Как и в случае с понижением давления, это приведет к уменьшению концентраций реагентов $[H_2]$ и $[I_2]$ и, как следствие, к снижению скорости реакции. Следовательно, этот вариант неверен.

Ответ: 1, 4.

9. Установите соответствие между фактором, влияющим на скорость химической реакции, и её уравнением.

ФАКТОР

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

А) давление

Б) концентрация азота

В) площадь соприкосновения реагентов

1) $\text{O}_2 + \text{N}_2 = 2\text{NO}$

2) $\text{Fe} + 2\text{AgNO}_3 = 2\text{Ag} + \text{Fe}(\text{NO}_3)_2$

3) $4\text{NH}_3 + 3\text{O}_2 = 2\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$

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

5) $\text{CaO} + 2\text{HNO}_3 = \text{Ca}(\text{NO}_3)_2 + \text{H}_2\text{O}$

А) давление

Давление влияет на скорость реакции, если в ней участвуют газообразные реагенты. Увеличение давления повышает концентрацию газов и, как следствие, скорость реакции. Газообразные реагенты присутствуют в двух реакциях: 1) $O_2 + N_2 = 2NO$ и 3) $4NH_3 + 3O_2 = 2N_2 + 6H_2O$. Чтобы сделать однозначный выбор, необходимо проанализировать другие пункты. Как показано в пункте Б, реакция 1 однозначно соответствует фактору "концентрация азота". Следовательно, для фактора "давление" остается реакция 3.

Ответ: 3

Б) концентрация азота

Скорость реакции зависит от концентрации реагентов. Необходимо найти уравнение, в котором азот ($N_2$) является реагентом. Такой реакцией является только уравнение 1: $O_2 + N_2 = 2NO$. В реакции 3 азот – продукт, в остальных он не фигурирует как простое вещество. Таким образом, этому фактору однозначно соответствует реакция 1.

Ответ: 1

В) площадь соприкосновения реагентов

Площадь соприкосновения реагентов – это фактор, который важен для гетерогенных реакций, где реагенты находятся в разных агрегатных состояниях. Обычно это реакции с участием твердого вещества. В предложенном списке есть две такие реакции: 2) $Fe(тв) + 2AgNO_3(р-р) = 2Ag(тв) + Fe(NO_3)_2(р-р)$ и 5) $CaO(тв) + 2HNO_3(р-р) = Ca(NO_3)_2(р-р) + H_2O(ж)$. Обе реакции подходят, так как в них твердое вещество реагирует с раствором. Поскольку реакции 1 и 3 уже сопоставлены, для данного фактора подходит реакция 2 (или 5). В задачах на соответствие обычно используется один вариант. Выберем вариант 2.

Ответ: 2

10. В растворе протекала реакция, уравнение которой $A + B = 2C$. Определите среднюю скорость этой реакции, если известно, что через 10 с от начала реакции концентрация вещества В составляла 0,84 моль/л, а через 30 с — 0,64 моль/л.

Дано:

Уравнение реакции: $A + B = 2C$

Время в первый момент, $t_1 = 10 \text{ с}$

Концентрация вещества В в первый момент, $C_1(B) = 0,84 \text{ моль/л}$

Время во второй момент, $t_2 = 30 \text{ с}$

Концентрация вещества В во второй момент, $C_2(B) = 0,64 \text{ моль/л}$

Найти:

Среднюю скорость реакции, $v_{ср}$

Решение:

Средняя скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени. Для реагента (вещества, которое расходуется) изменение концентрации будет отрицательным, поэтому в формуле используется знак минус, чтобы скорость была положительной величиной.

Для реакции $A + B = 2C$ скорость может быть выражена через изменение концентрации любого из веществ. Скорость по реагенту B, стехиометрический коэффициент которого равен 1, вычисляется по формуле:

$v_{ср} = -\frac{\Delta C(B)}{\Delta t} = -\frac{C_2(B) - C_1(B)}{t_2 - t_1}$

Найдем изменение концентрации вещества B за промежуток времени от $t_1 = 10 \text{ с}$ до $t_2 = 30 \text{ с}$:

$\Delta C(B) = C_2(B) - C_1(B) = 0,64 \text{ моль/л} - 0,84 \text{ моль/л} = -0,20 \text{ моль/л}$

Найдем промежуток времени:

$\Delta t = t_2 - t_1 = 30 \text{ с} - 10 \text{ с} = 20 \text{ с}$

Теперь подставим найденные значения в формулу для средней скорости реакции:

$v_{ср} = -\frac{-0,20 \text{ моль/л}}{20 \text{ с}} = \frac{0,20}{20} \frac{\text{моль}}{\text{л} \cdot \text{с}} = 0,01 \frac{\text{моль}}{\text{л} \cdot \text{с}}$

Ответ: средняя скорость реакции равна $0,01 \text{ моль/(л·с)}$.

11. В присутствии платины аммиак сгорает в кислороде с образованием двух оксидов, один из которых оксид азота(II). Напишите соответствующее уравнение реакции, расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса. Укажите роль платины в химической реакции.

Напишите соответствующее уравнение реакции, расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

Согласно условию, аммиак ($NH_3$) сгорает в кислороде ($O_2$) с образованием двух оксидов. Один из них — оксид азота(II) ($NO$), второй — оксид водорода, то есть вода ($H_2O$). Реакция протекает в присутствии платины ($Pt$), которая является катализатором.

Схема реакции выглядит следующим образом:
$NH_3 + O_2 \xrightarrow{Pt} NO + H_2O$

Для расстановки коэффициентов применим метод электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$N^{-3}H_3^{+1} + O_2^{0} \rightarrow N^{+2}O^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$
Изменяются степени окисления у азота (с -3 до +2) и кислорода (с 0 до -2).

2. Составим электронные уравнения для процессов окисления и восстановления:
$N^{-3} - 5e^{-} \rightarrow N^{+2}$ — это процесс окисления. Азот в аммиаке является восстановителем.
$O_2^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2}$ — это процесс восстановления. Молекулярный кислород является окислителем.

3. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (5) и принятых (4) электронов, чтобы уравнять их. НОК(5, 4) = 20.
Найдем дополнительные множители для каждой полуреакции:
Для окисления: $20 \div 5 = 4$.
Для восстановления: $20 \div 4 = 5$.
$4 | N^{-3} - 5e^{-} \rightarrow N^{+2}$
$5 | O_2^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2}$

4. Полученные множители используем как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. Ставим 4 перед $NH_3$ и $NO$, а 5 — перед $O_2$.
$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt} 4NO + H_2O$

5. Теперь уравняем количество атомов водорода. В левой части $4 \times 3 = 12$ атомов H. Чтобы в правой части было также 12 атомов, ставим коэффициент 6 перед $H_2O$ ($6 \times 2 = 12$).
$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt} 4NO + 6H_2O$

6. Проверяем баланс по кислороду. В левой части $5 \times 2 = 10$ атомов O. В правой части $4 \times 1 + 6 \times 1 = 4 + 6 = 10$ атомов O. Все атомы уравновешены.

Ответ: Итоговое уравнение реакции: $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t^{\circ}} 4NO + 6H_2O$. В данной реакции аммиак ($NH_3$) является восстановителем, а кислород ($O_2$) — окислителем.

Укажите роль платины в химической реакции.

Платина ($Pt$) в данной реакции не расходуется и не входит в состав продуктов. Вещества, которые ускоряют химическую реакцию, но сами в ней не расходуются, называются катализаторами. Таким образом, платина выполняет роль катализатора.

Каталитическое окисление аммиака на платиновом (или платино-родиевом) катализаторе — это важнейшая стадия промышленного получения азотной кислоты. Катализатор не только значительно увеличивает скорость реакции, но и направляет ее по определенному пути, так как без катализатора горение аммиака приводит к образованию свободного азота ($N_2$) и воды.

Ответ: Платина ($Pt$) выполняет роль катализатора.

1. Выберите утверждение, справедливое для скорости химической реакции.

1) Увеличивается в случае повышения давления при взаимодействии твёрдых веществ.

2) Зависит от природы реагирующих веществ.

3) Не изменяется при повышении температуры.

4) Не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Решение

Для того чтобы выбрать верное утверждение, проанализируем каждый из предложенных вариантов, основываясь на фундаментальных законах химической кинетики.

1) Увеличивается в случае повышения давления при взаимодействии твёрдых веществ.
Данное утверждение является неверным. Изменение давления оказывает существенное влияние на скорость реакции, если в ней участвуют вещества в газообразном состоянии. При повышении давления увеличивается концентрация газов, что приводит к увеличению частоты столкновений молекул и, как следствие, к росту скорости реакции. Для твёрдых веществ изменение давления практически не влияет на их объём и концентрацию, поэтому скорость реакции между ними от давления почти не зависит.

2) Зависит от природы реагирующих веществ.
Это утверждение является верным. Природа реагентов — это один из определяющих факторов скорости реакции. Она включает в себя строение молекул, тип и прочность химических связей, которые необходимо разорвать в ходе реакции. Например, реакция натрия с водой протекает мгновенно и бурно, в то время как коррозия железа (его реакция с кислородом и водой) — очень медленный процесс. Это различие обусловлено именно разной химической природой натрия и железа, что определяет разную энергию активации соответствующих реакций.

3) Не изменяется при повышении температуры.
Данное утверждение является неверным. Скорость большинства химических реакций значительно увеличивается с ростом температуры. Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на каждые 10°C приводит к увеличению скорости реакции в 2–4 раза. Это связано с тем, что при повышении температуры возрастает средняя кинетическая энергия частиц, и, следовательно, увеличивается доля "активных" молекул, обладающих достаточной энергией для преодоления энергетического барьера реакции (энергии активации). Эта зависимость описывается уравнением Аррениуса: $k = A \cdot e^{-E_a/(RT)}$, где $k$ — константа скорости, $T$ — абсолютная температура, а $E_a$ — энергия активации.

4) Не зависит от концентрации реагирующих веществ.
Данное утверждение является неверным. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Увеличение концентрации реагентов приводит к тому, что их частицы (атомы, молекулы, ионы) сталкиваются друг с другом чаще, что увеличивает число эффективных столкновений в единицу времени и, соответственно, скорость реакции. Исключением являются реакции нулевого порядка по данному реагенту, но в общем случае зависимость существует.

Таким образом, единственное корректное утверждение из предложенных — второе.

Ответ: 2.