Страница 25 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. От площади соприкосновения веществ не зависит скорость реакции между

1) фосфором и кислородом

2) кислородом и оксидом азота(II)

3) серой и водородом

4) магнием и азотной кислотой

5) водородом и азотом

Решение

Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагентов в случае гетерогенных реакций, то есть реакций, в которых вещества находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое вещество и газ, твердое вещество и жидкость). Чем больше площадь поверхности, тем больше частиц могут участвовать в реакции одновременно, и тем выше скорость реакции.

В гомогенных реакциях, где все реагенты находятся в одной фазе (например, все вещества — газы или все растворены в одной жидкости), они перемешаны на молекулярном уровне. В этом случае понятие "площадь соприкосновения" не является определяющим фактором, и скорость реакции зависит от концентрации реагентов, температуры, давления (для газов) и наличия катализатора.

Проанализируем каждый вариант:

1) фосфором и кислородом

Фосфор (P) — твердое вещество, а кислород ($O_2$) — газ. Это гетерогенная реакция: $4P_{(тв)} + 5O_{2(г)} \rightarrow 2P_2O_{5(тв)}$. Скорость горения фосфора будет значительно выше, если его измельчить в порошок, увеличив тем самым площадь соприкосновения с кислородом. Следовательно, скорость реакции зависит от площади соприкосновения.

2) кислородом и оксидом азота(II)

Кислород ($O_2$) и оксид азота(II) ($NO$) являются газами. Реакция между ними — гомогенная: $2NO_{(г)} + O_{2(г)} \rightarrow 2NO_{2(г)}$. Поскольку оба реагента находятся в газовой фазе и равномерно распределены по всему объему, скорость этой реакции не зависит от площади соприкосновения, а определяется их парциальными давлениями (концентрациями) и температурой.

3) серой и водородом

Сера (S) при обычных условиях — твердое вещество, а водород ($H_2$) — газ. Это гетерогенная реакция: $S_{(тв)} + H_{2(г)} \rightarrow H_2S_{(г)}$. Скорость реакции будет зависеть от площади поверхности серы.

4) магнием и азотной кислотой

Магний (Mg) — твердое вещество (металл), а азотная кислота ($HNO_3$) — водный раствор (жидкость). Это гетерогенная реакция: $Mg_{(тв)} + 4HNO_{3(раств)} \rightarrow Mg(NO_3)_{2(раств)} + 2NO_{2(г)} + 2H_2O_{(ж)}$. Скорость реакции зависит от площади поверхности магния. Например, магниевый порошок реагирует гораздо быстрее, чем магниевая лента.

5) водородом и азотом

Водород ($H_2$) и азот ($N_2$) — газы. Реакция синтеза аммиака (процесс Габера) является гомогенной: $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)}$. Однако эта реакция имеет очень высокую энергию активации и в отсутствие катализатора практически не идет. В промышленности ее проводят с использованием твердого гетерогенного катализатора (например, пористого железа). В таком случае общая скорость процесса зависит от площади поверхности катализатора. По сравнению с вариантом 2, который описывает спонтанную гомогенную реакцию, этот вариант менее однозначен. В контексте факторов, влияющих на скорость реакции, именно реакция между $NO$ и $O_2$ является классическим примером гомогенной реакции, скорость которой не зависит от площади поверхности.

Вывод: единственная представленная реакция, являющаяся чисто гомогенной и не требующей гетерогенного катализа, скорость которой не зависит от площади соприкосновения веществ, — это реакция между кислородом и оксидом азота(II).

Ответ: 2.

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

ФАКТОР

А) давление

Б) концентрация хлорида
бария

В) катализатор

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

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

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

3) $\text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{BaSO}_4 + 2\text{HCl}$

4) $\text{Zn} + 2\text{HCl} = \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$

5) $\text{BaO} + 2\text{HCl} = \text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$

А) давление
Скорость химической реакции зависит от давления в том случае, если в реакции участвуют газообразные вещества. Согласно закону действующих масс, скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Для газов концентрация прямо пропорциональна давлению. Рассмотрим предложенные уравнения:
1) $4\text{Li} + \text{O}_2 = 2\text{Li}_2\text{O}$ — в реакции участвует газообразный кислород ($O_2$). Изменение давления будет изменять его концентрацию и, следовательно, скорость реакции.
2) $2\text{H}_2\text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ — газ ($O_2$) является продуктом, а не реагентом.
3) $\text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{BaSO}_4 + 2\text{HCl}$ — реакция протекает в растворе, газы не участвуют.
4) $\text{Zn} + 2\text{HCl} = \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ — газ ($H_2$) является продуктом, а не реагентом.
5) $\text{BaO} + 2\text{HCl} = \text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$ — реакция протекает в растворе, газы не участвуют.
Таким образом, давление является фактором, влияющим на скорость реакции 1.
Ответ: 1.

Б) концентрация хлорида бария
Скорость реакции зависит от концентрации реагентов. Чтобы концентрация хлорида бария ($\text{BaCl}_2$) влияла на скорость реакции, он должен быть одним из исходных веществ. Проанализируем уравнения:
1) $4\text{Li} + \text{O}_2 = 2\text{Li}_2\text{O}$ — хлорид бария не участвует.
2) $2\text{H}_2\text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ — хлорид бария не участвует.
3) $\text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{BaSO}_4 + 2\text{HCl}$ — хлорид бария является реагентом.
4) $\text{Zn} + 2\text{HCl} = \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ — хлорид бария не участвует.
5) $\text{BaO} + 2\text{HCl} = \text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$ — хлорид бария является продуктом реакции.
Следовательно, изменение концентрации хлорида бария повлияет на скорость реакции 3.
Ответ: 3.

В) катализатор
Катализатор — это вещество, которое ускоряет реакцию, но само при этом не расходуется. Необходимо выбрать реакцию, для которой характерно применение катализаторов.
Реакция разложения пероксида водорода (2) $2\text{H}_2\text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ является классическим примером каталитической реакции. В лабораторных условиях и в быту ее часто ускоряют с помощью катализаторов, таких как оксид марганца(IV) ($MnO_2$), иодид калия ($KI$) или фермент каталаза (в живых организмах). Без катализатора эта реакция протекает крайне медленно. Остальные реакции (взаимодействие металла с кислотой, ионный обмен, горение) обычно не требуют катализатора или данный фактор не является для них определяющим в школьном курсе химии.
Ответ: 2.

10. В растворе протекала реакция, уравнение которой $A + B = C$. Определите среднюю скорость этой реакции, если известно, что через 10 с от начала реакции концентрация вещества А снизилась с 0,82 до 0,76 моль/л.

Дано:

Уравнение реакции: $A + B = C$

Промежуток времени, $\Delta t = 10 \text{ с}$

Начальная концентрация вещества А, $C_1(A) = 0,82 \text{ моль/л}$

Конечная концентрация вещества А, $C_2(A) = 0,76 \text{ моль/л}$

Найти:

Среднюю скорость реакции, $\bar{v}$ - ?

Решение:

Средняя скорость гомогенной химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ (реагента или продукта) за единицу времени. Для реагента А, концентрация которого со временем уменьшается, формула для расчета средней скорости реакции выглядит следующим образом:

$\bar{v} = -\frac{\Delta C(A)}{\Delta t} = -\frac{C_2(A) - C_1(A)}{\Delta t}$

где $\Delta C(A)$ - это изменение молярной концентрации вещества А, а $\Delta t$ - это промежуток времени, за который это изменение произошло. Знак "минус" в формуле используется потому, что концентрация реагента уменьшается ($\Delta C < 0$), а скорость реакции является величиной положительной.

1. Сначала вычислим изменение концентрации вещества А:

$\Delta C(A) = C_2(A) - C_1(A) = 0,76 \text{ моль/л} - 0,82 \text{ моль/л} = -0,06 \text{ моль/л}$

2. Теперь подставим полученное значение и промежуток времени в формулу для средней скорости реакции:

$\bar{v} = -\frac{-0,06 \text{ моль/л}}{10 \text{ с}}$

$\bar{v} = \frac{0,06 \text{ моль/л}}{10 \text{ с}} = 0,006 \text{ моль/(л·с)}$

Ответ: средняя скорость этой реакции равна $0,006 \text{ моль/(л·с)}$.

11. Продукт сжигания серы в кислороде пропустили вместе с кислородом над разогретым оксидом ванадия(V). Полученное при этом вещество растворили в воде, в результате образовалась серная кислота. Напишите уравнения соответствующих химических реакций. Укажите роль оксида ванадия(V) в химической реакции.

Решение

Описанный в задаче процесс представляет собой классический трехстадийный метод получения серной кислоты, известный как контактный способ.

Уравнения соответствующих химических реакций

1. Первая стадия — сжигание серы в кислороде. В результате этой реакции образуется оксид серы(IV), также известный как сернистый газ.
$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2. Вторая стадия — каталитическое окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI). Газовую смесь, состоящую из оксида серы(IV) и кислорода, пропускают над твердым катализатором — оксидом ванадия(V) ($V_2O_5$) — при повышенной температуре (около 450-500 °C).
$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$

3. Третья стадия — гидратация оксида серы(VI). Полученный серный ангидрид растворяют в воде, в результате чего образуется серная кислота.
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Роль оксида ванадия(V) в химической реакции

В реакции окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI) (вторая стадия) оксид ванадия(V) ($V_2O_5$) выполняет роль катализатора. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но само при этом не расходуется и не входит в состав конечных продуктов. Использование катализатора позволяет проводить процесс с достаточной скоростью при более низких температурах, что делает его экономически выгодным.

Ответ:

Уравнения реакций:
$S + O_2 \rightarrow SO_2$
$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Роль оксида ванадия(V) в химической реакции — катализатор.

1. Скоростью гомогенной химической реакции называют изменение

1) состава веществ в ходе реакции

2) температуры веществ в единицу времени

3) концентрации веществ в единицу времени

4) агрегатного состояния веществ за некоторый промежуток времени

Решение:

Скорость химической реакции — это величина, показывающая, как быстро изменяется количество одного из реагирующих веществ или продуктов реакции. Для гомогенных реакций, то есть реакций, протекающих в одной фазе (например, в растворе или газовой смеси), эту величину удобнее всего выражать через изменение молярной концентрации вещества в единицу времени.

Математически средняя скорость гомогенной реакции выражается формулой:
$v = \pm \frac{\Delta C}{\Delta t} = \pm \frac{C_2 - C_1}{t_2 - t_1}$
где $\Delta C$ — изменение молярной концентрации одного из веществ (в моль/л), а $\Delta t$ — промежуток времени, за который это изменение произошло (в секундах). Знак «-» ставится, если речь идет о расходе реагента (его концентрация уменьшается), а знак «+» — если речь идет об образовании продукта (его концентрация увеличивается).

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

1) Изменение состава веществ в ходе реакции — это качественное описание самого процесса химической реакции, а не её скорости. Скорость — это количественная характеристика, показывающая, насколько быстро происходит это изменение.

2) Изменение температуры веществ в единицу времени — это неверное определение. Температура является одним из ключевых факторов, влияющих на скорость реакции (согласно правилу Вант-Гоффа и уравнению Аррениуса), но сама скорость реакции определяется изменением количества вещества, а не температуры.

3) Изменение концентрации веществ в единицу времени — это точное и общепринятое определение скорости гомогенной химической реакции.

4) Изменение агрегатного состояния веществ за некоторый промежуток времени — это описание фазового перехода (физического процесса), а не скорости химической реакции. Более того, в гомогенных реакциях все участники находятся в одном агрегатном состоянии, и оно не меняется.

Таким образом, правильным определением скорости гомогенной химической реакции является изменение концентрации веществ в единицу времени.

Ответ: 3