Страница 24 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. На скорость химической реакции $CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2$ будет влиять

1) уменьшение концентрации углекислого газа

2) повышение давления

3) увеличение концентрации хлорида кальция

4) повышение температуры

Решение

Рассмотрим факторы, влияющие на скорость химической реакции, представленной уравнением: $CaCO_3(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)$

Скорость химической реакции зависит от природы реагентов, их концентрации, температуры, давления (для газообразных реагентов) и наличия катализатора. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) уменьшение концентрации углекислого газа
Углекислый газ ($CO_2$) является продуктом реакции. Уменьшение концентрации продукта смещает химическое равновесие в сторону продуктов (согласно принципу Ле Шателье), но не влияет на скорость прямой реакции, которая определяется концентрацией исходных веществ (реагентов).

2) повышение давления
Давление оказывает существенное влияние на скорость реакции, если в ней участвуют газообразные реагенты. В данной реакции реагенты — твердое вещество ($CaCO_3$) и вещество в растворе ($HCl$). Изменение давления практически не влияет на скорость реакции в конденсированных фазах (твердой и жидкой).

3) увеличение концентрации хлорида кальция
Хлорид кальция ($CaCl_2$) — это продукт реакции. Увеличение концентрации продукта не увеличивает скорость прямой реакции, а, наоборот, может увеличить скорость обратной реакции и сместить равновесие в сторону реагентов.

4) повышение температуры
Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию реагирующих частиц. Это приводит к увеличению частоты и силы их столкновений. В результате возрастает доля "эффективных" столкновений, которые приводят к химическому превращению. Согласно правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на каждые 10°C увеличивает скорость большинства реакций в 2–4 раза. Таким образом, повышение температуры является универсальным способом увеличения скорости реакции.

Ответ: 4

3. При комнатной температуре с раствором нитрата серебра с наименьшей скоростью взаимодействует

1) магний

2) медь

3) цинк

4) алюминий

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать химическую активность предложенных металлов и учесть особые свойства их поверхностей. Реакция металла с раствором нитрата серебра ($AgNO_3$) является реакцией замещения, где более активный металл вытесняет менее активное серебро из его соли.

Скорость таких реакций в общем случае зависит от положения металлов в электрохимическом ряду активности:

• Ряд активности: ... $Mg$ ... $Al$ ... $Zn$ ... (H) ... $Cu$ ... $Ag$ ...

Согласно этому ряду, все четыре металла (магний, медь, цинк, алюминий) активнее серебра и могут вытеснять его из раствора нитрата. Уравнения реакций выглядят следующим образом:

• $Mg + 2AgNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2Ag$
• $Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag$
• $Zn + 2AgNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2Ag$
• $Al + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3Ag$

Чем больше разница в активности между металлами, тем выше скорость реакции. Исходя только из положения в ряду активности, можно было бы ожидать, что наименее активная из представленной группы металлов — медь ($Cu$) — будет реагировать медленнее всего.

Однако решающую роль в данном случае играет явление пассивации. Алюминий ($Al$), будучи очень активным металлом, на воздухе мгновенно покрывается тонкой, но очень прочной и химически инертной оксидной пленкой ($Al_2O_3$). Эта пленка защищает металл от дальнейших химических реакций.

Рассмотрим поведение каждого металла в растворе нитрата серебра:

• Магний ($Mg$) и цинк ($Zn$) — активные металлы, которые будут реагировать с раствором нитрата серебра быстро и энергично, с выделением металлического серебра.
• Медь ($Cu$) — менее активный металл, поэтому реакция будет идти медленнее, чем с магнием и цинком, но она начнется сразу после погружения металла в раствор, так как медь не имеет такой прочной защитной пленки.
• Алюминий ($Al$) — несмотря на свою высокую химическую активность (он активнее цинка), из-за защитной оксидной пленки на его поверхности реакция с раствором нитрата серебра при комнатной температуре будет протекать крайне медленно. Для того чтобы реакция началась, необходимо разрушить эту пленку, что в данных условиях затруднительно. Поэтому наблюдаемая скорость взаимодействия алюминия будет самой низкой.

Таким образом, с наименьшей скоростью с раствором нитрата серебра будет взаимодействовать алюминий.

Ответ: 4) алюминий

4. С наибольшей скоростью протекает реакция

1) нейтрализации

2) горения серы в воздухе

3) растворения магния в кислоте

4) восстановления оксида меди(II) водородом

Для определения реакции, протекающей с наибольшей скоростью, необходимо проанализировать природу каждой из предложенных реакций. Скорость химической реакции зависит от множества факторов, ключевыми из которых в данном случае являются агрегатное состояние реагентов (гомогенная или гетерогенная система) и природа химических связей в них.

1) нейтрализации
Реакция нейтрализации в водном растворе, например, между сильной кислотой и сильным основанием, является реакцией ионного обмена: $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}$. Она протекает в гомогенной среде (растворе) между уже существующими, свободно движущимися ионами. Такие реакции имеют очень низкую энергию активации и происходят практически мгновенно. Их скорость обычно лимитируется только скоростью смешивания растворов.

2) горения серы в воздухе
Это гетерогенная реакция между твердым веществом (сера, $S$) и газом (кислород, $O_2$): $S_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow SO_{2(g)}$. Реакция происходит только на поверхности серы, поэтому её скорость ограничена площадью этой поверхности. Кроме того, для начала горения требуется подвести энергию (нагреть серу до температуры воспламенения). Эти факторы делают реакцию значительно медленнее, чем ионный обмен в растворе.

3) растворения магния в кислоте
Это также гетерогенная реакция между твердым металлом (магний, $Mg$) и раствором кислоты (например, $HCl$): $Mg_{(s)} + 2H^+_{(aq)} \rightarrow Mg^{2+}_{(aq)} + H_{2(g)}$. Взаимодействие протекает на границе раздела фаз (поверхности металла), поэтому скорость зависит от площади этой поверхности, а также от концентрации кислоты. Хотя реакция может быть бурной, она все равно ограничена поверхностью и протекает медленнее, чем гомогенная реакция нейтрализации.

4) восстановления оксида меди(II) водородом
Это гетерогенная реакция между твердым веществом ($CuO$) и газом ($H_2$): $CuO_{(s)} + H_{2(g)} \xrightarrow{t} Cu_{(s)} + H_2O_{(g)}$. Данная реакция требует не только контакта между реагентами на поверхности, но и значительного нагревания для преодоления высокой энергии активации (разрыва связей в кристалле $CuO$ и молекуле $H_2$). Это, как правило, медленный процесс.

Сравнивая все варианты, можно сделать вывод, что реакции ионного обмена в растворах (к которым относится нейтрализация) являются самыми быстрыми. Они протекают в гомогенной системе и не требуют разрыва прочных связей, так как реагенты уже находятся в виде ионов. Все остальные предложенные реакции — гетерогенные, и их скорость ограничена поверхностью контакта реагентов, что делает их заведомо более медленными.
Ответ: 1

5. При увеличении давления в реакционном сосуде не изменится скорость реакции

1) $2NO + O_2 = 2NO_2$

2) $H_2 + Cl_2 = 2HCl$

3) $CaO + H_2O = Ca(OH)_2$

4) $2CO + O_2 = 2CO_2$

Скорость химической реакции зависит от многих факторов, одним из которых является давление (для реакций с участием газов). Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для газообразных веществ увеличение давления приводит к увеличению их концентрации (при постоянном объеме и температуре в сосуд добавляют газ, либо при постоянном количестве газа уменьшают объем сосуда). Это, в свою очередь, увеличивает частоту столкновений между молекулами реагентов и, как следствие, скорость реакции.

Для веществ в конденсированном состоянии (твердых и жидких) их концентрация (или активность) практически не зависит от изменений внешнего давления. Поэтому, если в реакции не участвуют газообразные вещества, изменение давления не окажет существенного влияния на ее скорость.

Проанализируем каждую из предложенных реакций:

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

В данной реакции все реагенты – оксид азота(II) ($\text{NO}$) и кислород ($\text{O}_2$) – являются газами. Увеличение давления приведет к росту их концентраций, что повлечет за собой увеличение скорости реакции.

2) $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 = 2\text{HCl}$

Реагенты водород ($\text{H}_2$) и хлор ($\text{Cl}_2$) – газы. Увеличение давления увеличит их концентрации и, следовательно, скорость реакции.

3) $\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} = \text{Ca(OH)}_2$

В этой реакции один из реагентов – оксид кальция ($\text{CaO}$) – твердое вещество, а другой – вода ($\text{H}_2\text{O}$) – жидкость. В левой части уравнения отсутствуют газообразные реагенты. Концентрации твердых и жидких веществ практически не изменяются при увеличении давления. Следовательно, скорость этой реакции не изменится.

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

Реагенты – угарный газ ($\text{CO}$) и кислород ($\text{O}_2$) – являются газами. Повышение давления приведет к увеличению их концентраций и, соответственно, к увеличению скорости реакции.

Таким образом, единственная реакция, скорость которой не изменится при увеличении давления, – это реакция, в которой не участвуют газообразные реагенты.

Ответ: 3.

6. От площади соприкосновения реагентов не зависит скорость ре- акции между

1) серой и железом

2) кремнием и кислородом

3) водородом и кислородом

4) цинком и соляной кислотой

Решение

Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагентов только в случае гетерогенных реакций. Гетерогенными называют реакции, в которых вещества находятся в разных агрегатных состояниях (фазах), например, «твердое-жидкость» или «твердое-газ». В таких реакциях взаимодействие происходит на границе раздела фаз, и увеличение этой площади (например, путем измельчения твердого вещества) ускоряет реакцию.

В гомогенных реакциях, где все реагенты находятся в одной фазе (например, в газовой смеси или в растворе), частицы реагентов перемешаны друг с другом на молекулярном уровне. В этом случае понятие «площадь соприкосновения» не применимо, и скорость от нее не зависит.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) серой и железом
Это реакция между двумя твердыми веществами: железом ($Fe_{(тв)}$) и серой ($S_{(тв)}$). Реакция является гетерогенной. Ее скорость напрямую зависит от площади поверхности, на которой контактируют частицы железа и серы.

2) кремнием и кислородом
Это реакция между твердым веществом кремнием ($Si_{(тв)}$) и газом кислородом ($O_{2(г)}$). Реакция является гетерогенной (система «твердое-газ»). Скорость зависит от площади поверхности кремния.

3) водородом и кислородом
Это реакция между двумя газами: водородом ($H_{2(г)}$) и кислородом ($O_{2(г)}$). Реакция является гомогенной, так как оба реагента находятся в одной (газовой) фазе. Молекулы газов равномерно перемешаны во всем объеме. Следовательно, скорость этой реакции не зависит от площади соприкосновения.

4) цинком и соляной кислотой
Это реакция между твердым металлом цинком ($Zn_{(тв)}$) и раствором соляной кислоты ($HCl_{(р-р)}$). Реакция является гетерогенной (система «твердое-жидкость»). Скорость зависит от площади поверхности цинка, погруженного в кислоту.

Ответ: 3

7. Верны ли суждения о катализаторах химических реакций?

А. Катализаторы ускоряют скорость химической реакции или направляют её по другому пути.

Б. Катализаторы органической природы называют ферментами.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, при этом сами не расходуются. Механизм их действия заключается в предоставлении альтернативного пути реакции, который характеризуется более низкой энергией активации ($E_a$). Таким образом, катализатор не просто ускоряет реакцию, он делает это, направляя ее по новому, энергетически более выгодному маршруту. Следовательно, обе части суждения верны и взаимосвязаны: катализаторы ускоряют реакцию, потому что направляют ее по другому пути. Суждение А является верным.

Б. Ферменты (или энзимы) — это биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах. По своей химической природе подавляющее большинство ферментов являются белками, а белки — это сложные высокомолекулярные органические соединения. Следовательно, утверждение, что катализаторы органической природы называют ферментами, является верным.

Поскольку оба суждения, А и Б, верны, необходимо выбрать вариант ответа, который это отражает.

Ответ: 3