Страница 26 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. На скорость химической реакции $2CO + O_2 = 2CO_2$ не влияет

1) повышение концентрации кислорода

2) уменьшение давления

3) площадь соприкосновения реагирующих веществ

4) уменьшение концентрации оксида углерода(II)

Скорость химической реакции — это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. На скорость реакции влияют следующие основные факторы: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, давление (для газообразных систем), площадь поверхности соприкосновения (для гетерогенных систем) и наличие катализатора.

Рассмотрим реакцию, представленную в задании: $2CO_{(г)} + O_{2(г)} = 2CO_{2(г)}$. В данной реакции все реагенты ($CO$ и $O_2$) и продукт ($CO_2$) находятся в газообразном состоянии. Следовательно, это гомогенная реакция, протекающая во всем объеме.

Проанализируем влияние каждого из предложенных факторов на скорость этой реакции.

1) повышение концентрации кислорода
Кислород ($O_2$) является одним из исходных веществ. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагентов. Для данной реакции скорость выражается как $v = k \cdot [CO]^m \cdot [O_2]^n$. Повышение концентрации кислорода приведет к увеличению частоты столкновений молекул реагентов и, как следствие, к увеличению скорости реакции. Таким образом, этот фактор влияет на скорость.

2) уменьшение давления
Поскольку все реагенты являются газами, уменьшение давления в системе приведет к уменьшению их концентраций (согласно уравнению состояния идеального газа, концентрация $c = p/RT$). Снижение концентраций реагентов уменьшит частоту их столкновений, что приведет к замедлению реакции. Следовательно, этот фактор влияет на скорость.

3) площадь соприкосновения реагирующих веществ
Площадь соприкосновения является определяющим фактором для скорости гетерогенных реакций, где взаимодействие происходит на границе раздела фаз (например, твердое вещество – газ). В гомогенной газовой смеси, какой является реакционная система $CO + O_2$, реагенты перемешаны на молекулярном уровне, и реакция идет по всему объему. Понятие макроскопической "площади соприкосновения" здесь неприменимо. Поэтому этот фактор не влияет на скорость данной реакции.

4) уменьшение концентрации оксида углерода(II)
Оксид углерода(II), или угарный газ ($CO$), является вторым реагентом. По аналогии с кислородом, уменьшение его концентрации приведет к снижению скорости реакции из-за уменьшения вероятности столкновения молекул $CO$ и $O_2$. Этот фактор также влияет на скорость реакции.

Из анализа следует, что единственным фактором из перечисленных, который не влияет на скорость гомогенной реакции между угарным газом и кислородом, является площадь соприкосновения веществ.
Ответ: 3

3. С наибольшей скоростью при комнатной температуре взаимодействует с раствором серной кислоты порошок

1) цинка

2) железа

3) меди

4) свинца

Для того чтобы определить, какой из металлов будет взаимодействовать с раствором серной кислоты с наибольшей скоростью, необходимо учесть два основных фактора: химическую активность металла и свойства продуктов реакции.

Химическая активность металлов по отношению к кислотам определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности). Чем левее металл находится в этом ряду от водорода, тем он активнее и тем выше скорость его реакции с кислотами-неокислителями (такими как разбавленная серная кислота).

Рассмотрим расположение предложенных металлов и водорода (H) в ряду активности:
... Zn → Fe → Pb → H → Cu ...
Из этого ряда видно, что цинк (Zn) является самым активным из представленных металлов, за ним следуют железо (Fe) и свинец (Pb). Медь (Cu) находится правее водорода, что означает, что она с разбавленной серной кислотой не реагирует.

Теперь проанализируем каждый вариант:

1) цинка
Цинк ($Zn$) — самый активный металл в списке. Он энергично реагирует с серной кислотой с выделением водорода. Продукт реакции, сульфат цинка ($ZnSO_4$), хорошо растворим в воде, поэтому он не мешает дальнейшему протеканию реакции.
$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

2) железа
Железо ($Fe$) менее активно, чем цинк, поэтому его реакция с серной кислотой будет протекать с меньшей скоростью. Сульфат железа(II) ($FeSO_4$) также растворим.
$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

3) меди
Медь ($Cu$) стоит в ряду активности после водорода и не способна вытеснять его из растворов кислот. Следовательно, реакция не идет.

4) свинца
Свинец ($Pb$) активнее водорода, но при его реакции с серной кислотой на поверхности металла образуется слой нерастворимого сульфата свинца(II) ($PbSO_4$). Эта пленка изолирует металл от кислоты и практически останавливает реакцию. Этот эффект называется пассивацией.
$Pb + H_2SO_4 \rightarrow PbSO_4 \downarrow + H_2 \uparrow$

Сравнивая все варианты, мы видим, что медь не реагирует, а реакция со свинцом очень быстро затухает. Между цинком и железом, цинк является более активным металлом и не пассивируется, поэтому его порошок будет реагировать с серной кислотой с наибольшей скоростью.

Ответ: 1

4. С наименьшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция с участием

1) магния и 5%-ной соляной кислоты

2) железа и 5%-ной соляной кислоты

3) магния и 10%-ной соляной кислоты

4) железа и 10%-ной соляной кислоты

Решение

Скорость химической реакции зависит от нескольких факторов. В данном случае, при постоянной комнатной температуре, ключевыми факторами, определяющими скорость, являются природа реагирующих веществ (активность металла) и их концентрация (концентрация соляной кислоты).

1. Природа металла. Активность металла определяет, насколько быстро он будет реагировать с кислотой. Для этого используется электрохимический ряд активности металлов. В этом ряду магний ($Mg$) находится значительно левее железа ($Fe$), что указывает на его более высокую химическую активность. Следовательно, магний реагирует с соляной кислотой быстрее, чем железо. Для нахождения реакции с наименьшей скоростью нам следует выбрать менее активный металл — железо.

2. Концентрация кислоты. Скорость реакции напрямую зависит от концентрации реагентов. Чем выше концентрация реагента (в данном случае, соляной кислоты $HCl$), тем больше частиц находится в единице объема, что приводит к увеличению частоты эффективных столкновений и, как следствие, к увеличению скорости реакции. Таким образом, реакция с 10%-ной соляной кислотой будет протекать быстрее, чем с 5%-ной. Для нахождения реакции с наименьшей скоростью нам следует выбрать кислоту с наименьшей концентрацией — 5%.

Исходя из этих двух факторов, реакция будет протекать с наименьшей скоростью при использовании наименее активного металла и наименее концентрированной кислоты. Проанализируем предложенные варианты:

1) магния и 5%-ной соляной кислоты

Реакция активного металла с кислотой низкой концентрации.

2) железа и 5%-ной соляной кислоты

Реакция менее активного металла с кислотой низкой концентрации. Оба фактора (низкая активность металла и низкая концентрация кислоты) способствуют замедлению реакции.

3) магния и 10%-ной соляной кислоты

Реакция активного металла с кислотой высокой концентрации. Оба фактора способствуют максимальному ускорению реакции, поэтому эта реакция будет самой быстрой.

4) железа и 10%-ной соляной кислоты

Реакция менее активного металла с кислотой высокой концентрации. Скорость этой реакции будет выше, чем в случае 2, из-за более высокой концентрации кислоты.

Следовательно, самая медленная реакция — это реакция между железом и 5%-ной соляной кислотой.

Ответ: 2

5. Скорость химической реакции, схема которой $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$,

увеличится, если

1) охладить кислоту

2) уменьшить концентрацию кислоты

3) измельчить цинк

4) повысить давление

Решение

Для определения условия, при котором скорость химической реакции $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$ увеличится, необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов с точки зрения факторов, влияющих на скорость химических реакций. Данная реакция является гетерогенной, так как в ней участвуют реагенты в разных фазовых состояниях: твердый цинк и раствор серной кислоты.

1) охладить кислоту

Понижение температуры приводит к уменьшению кинетической энергии реагирующих частиц (в данном случае, ионов $H^+$ в растворе кислоты). В результате частицы движутся медленнее, что ведет к снижению частоты и энергии их столкновений с поверхностью цинка. Согласно общему правилу, понижение температуры всегда замедляет химическую реакцию. Следовательно, этот вариант приведет к уменьшению скорости реакции.

2) уменьшить концентрацию кислоты

Скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Уменьшение концентрации серной кислоты означает, что в единице объема раствора будет содержаться меньшее количество ионов водорода ($H^+$), которые вступают в реакцию с цинком. Это приведет к уменьшению частоты столкновений между реагентами и, как следствие, к уменьшению скорости реакции.

3) измельчить цинк

Реакция происходит на поверхности твердого цинка. Измельчение твердого вещества увеличивает его общую площадь поверхности, доступную для контакта с другим реагентом. Чем больше площадь поверхности соприкосновения цинка с кислотой, тем большее число атомов цинка может одновременно реагировать. Это приводит к увеличению частоты эффективных столкновений и, следовательно, к значительному увеличению скорости реакции.

4) повысить давление

Изменение давления существенно влияет на скорость реакций, в которых хотя бы один из реагентов находится в газообразном состоянии, так как это изменяет их концентрацию. В данной реакции реагентами являются твердое вещество ($Zn$) и вещество в растворе ($H_2SO_4$). Давление практически не влияет на их концентрацию и объем. Газообразный водород ($H_2$) является продуктом реакции, а не реагентом, поэтому изменение давления не окажет заметного влияния на скорость прямой реакции.

Вывод: единственным из предложенных действий, которое увеличит скорость реакции, является измельчение цинка.

Ответ: 3) измельчить цинк.

6. Площадь соприкосновения реагирующих веществ влияет на скорость реакции

1) $FeCl_2$ + $2KOH$ = $Fe(OH)_2 \downarrow$ + $2KCl$

2) $3H_2$ + $N_2$ = $2NH_3$

3) $Fe$ + $2AgNO_3$ = $2Ag$ + $Fe(NO_3)_2$

4) $HCl$ + $NaOH$ = $NaCl$ + $H_2O$

Решение

Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ только в случае гетерогенных реакций, то есть реакций, в которых реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (фазах), например, твердое вещество и жидкость, твердое вещество и газ. Для гомогенных реакций, где все реагенты находятся в одной фазе (например, в растворе или в газовой смеси), понятие площади соприкосновения не применимо, так как вещества перемешаны на молекулярном уровне.

Рассмотрим каждую из предложенных реакций:

1) $FeCl_2 + 2KOH = Fe(OH)_2 \downarrow + 2KCl$
Эта реакция протекает в водном растворе. Хлорид железа(II) ($FeCl_2$) и гидроксид калия ($KOH$) являются растворимыми веществами и находятся в одной фазе (жидкой). Следовательно, это гомогенная реакция, и ее скорость не зависит от площади соприкосновения.

2) $3H_2 + N_2 = 2NH_3$
В этой реакции все участвующие вещества — водород ($H_2$), азот ($N_2$) и аммиак ($NH_3$) — являются газами. Реакция протекает в газовой фазе, то есть является гомогенной. Ее скорость не зависит от площади соприкосновения.

3) $Fe + 2AgNO_3 = 2Ag + Fe(NO_3)_2$
Эта реакция протекает между твердым веществом — железом ($Fe$) — и раствором нитрата серебра ($AgNO_3$). Реагенты находятся в разных фазах (твердой и жидкой), следовательно, это гетерогенная реакция. Реакция происходит на поверхности твердого железа, поэтому увеличение его площади поверхности (например, использование железных опилок вместо цельного куска) приведет к увеличению скорости реакции.

4) $HCl + NaOH = NaCl + H_2O$
Это реакция нейтрализации между соляной кислотой ($HCl$) и гидроксидом натрия ($NaOH$), которые оба находятся в водном растворе. Это гомогенная реакция, и ее скорость не зависит от площади соприкосновения.

Таким образом, единственная реакция из представленных, скорость которой зависит от площади соприкосновения реагентов, — это реакция под номером 3.

Ответ: 3.

7. Верны ли суждения о катализаторах химических реакций?

А. Катализатор — это вещество, увеличивающее или уменьшающее скорость химической реакции.

Б. В случае обратимых реакций катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию.

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. Катализатор — это вещество, увеличивающее или уменьшающее скорость химической реакции.

Это суждение не является точным. Согласно общепринятому определению, катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации ($E_a$). Вещества же, которые уменьшают (замедляют) скорость реакции, называются ингибиторами. Хотя ингибиторы иногда называют отрицательными катализаторами, в строгой химической терминологии термин «катализатор» применяется к веществам, ускоряющим реакцию. Следовательно, данное утверждение некорректно.

Б. В случае обратимых реакций катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию.

Это суждение является верным. Катализатор снижает энергию активации как для прямой, так и для обратной реакции на одну и ту же величину. Это приводит к пропорциональному увеличению скоростей обеих реакций. В результате химическое равновесие достигается быстрее, но положение самого равновесия не смещается, и константа равновесия ($K_{eq}$) не изменяется.

Таким образом, верным является только суждение Б.

Ответ: 2