Страница 28 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. На скорость химической реакции $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2$ будет влиять

1) повышение давления

2) уменьшение концентрации соляной кислоты

3) понижение давления

4) увеличение концентрации хлорида цинка

Рассмотрим данную химическую реакцию: $Zn_{(тв)} + 2HCl_{(р-р)} \rightarrow ZnCl_{2(р-р)} + H_{2(г)}$

Это гетерогенная реакция, так как реагенты находятся в разных фазах: цинк (Zn) — твердое вещество, а соляная кислота (HCl) — водный раствор. Скорость химической реакции зависит от нескольких основных факторов: природы реагирующих веществ, концентрации реагентов, температуры, площади поверхности соприкосновения реагентов (для гетерогенных реакций), давления (для реакций с участием газов) и наличия катализатора.

Проанализируем предложенные варианты с точки зрения их влияния на скорость реакции.

1) повышение давления

Изменение давления оказывает существенное влияние на скорость реакций, в которых участвуют газообразные реагенты, так как при этом изменяется их концентрация. В данной реакции реагентами являются твердое вещество (Zn) и вещество в растворе (HCl). Газообразных реагентов нет. Газообразный водород ($H_2$) является продуктом реакции. Следовательно, повышение давления не окажет заметного влияния на скорость этой реакции.

2) уменьшение концентрации соляной кислоты

Соляная кислота (HCl) является одним из реагентов. Согласно закону действующих масс, скорость реакции напрямую зависит от концентрации реагентов. Уменьшение концентрации соляной кислоты приведет к уменьшению числа ионов водорода, сталкивающихся с поверхностью цинка в единицу времени. Это, в свою очередь, приведет к снижению скорости реакции. Таким образом, уменьшение концентрации соляной кислоты является фактором, который будет влиять на скорость реакции.

3) понижение давления

По той же причине, что и в пункте 1, понижение давления не повлияет на скорость реакции, так как в реакции не участвуют газообразные реагенты.

4) увеличение концентрации хлорида цинка

Хлорид цинка ($ZnCl_2$) является продуктом реакции. Концентрация продуктов не входит в уравнение скорости для прямой реакции. Увеличение концентрации продукта может повлиять на скорость обратной реакции и положение химического равновесия (если реакция обратима), но на скорость прямой реакции оно не влияет. Основными факторами, определяющими скорость, являются характеристики реагентов.

Таким образом, из всех перечисленных вариантов только изменение концентрации реагента — соляной кислоты — будет оказывать прямое и существенное влияние на скорость данной химической реакции.

Ответ: 2

3. При комнатной температуре с раствором хлорида меди(II) с наи-меньшей скоростью взаимодействует

1) цинк

2) железо

3) магний

4) свинец

Решение

Скорость химической реакции замещения, в которой один металл вытесняет другой из раствора соли, определяется их относительной активностью. Активность металлов описывается электрохимическим рядом напряжений металлов (рядом активности).

Общее правило гласит: чем активнее металл (т.е. чем левее он находится в ряду активности), тем с большей скоростью он будет вытеснять менее активные металлы (расположенные правее) из их солей. В данном случае все предложенные металлы — магний ($Mg$), цинк ($Zn$), железо ($Fe$) и свинец ($Pb$) — реагируют с раствором хлорида меди(II) ($CuCl_2$), так как все они активнее меди ($Cu$).

Расположим эти металлы в порядке убывания их химической активности согласно ряду напряжений: $Mg > Zn > Fe > Pb > Cu$.

Из этого соотношения видно, что магний ($Mg$) — самый активный, и реакция с ним будет протекать с наибольшей скоростью. Далее по убыванию активности и, соответственно, скорости реакции идут цинк ($Zn$) и железо ($Fe$). Свинец ($Pb$) является наименее активным из представленных металлов.

Вопрос требует найти металл, который взаимодействует с наименьшей скоростью. Это будет самый неактивный металл из списка, который все еще активнее меди. Таким металлом является свинец ($Pb$).

Ответ: 4) свинец

4. При комнатной температуре с наибольшей скоростью протекает реакция между

1) железом и серой

2) углеродом и кислородом

3) алюминием и соляной кислотой

4) серной кислотой (р-р) и хлоридом бария (р-р)

Для определения реакции, протекающей с наибольшей скоростью при комнатной температуре, необходимо проанализировать природу реагентов и условия протекания каждой из предложенных реакций. Скорость химической реакции зависит от нескольких факторов, включая агрегатное состояние веществ, температуру, наличие катализатора и, что особенно важно, энергию активации.

1) железом и серой

Реакция между двумя твердыми веществами — железом $Fe$ (тв) и серой $S$ (тв). В твердом состоянии частицы (атомы) лишены подвижности и закреплены в узлах кристаллической решетки. Взаимодействие возможно только на поверхности соприкосновения реагентов, поэтому скорость таких реакций при комнатной температуре ничтожно мала. Для того чтобы эта реакция пошла со значительной скоростью, смесь необходимо нагреть.
$Fe(тв) + S(тв) \xrightarrow{t} FeS(тв)$

2) углеродом и кислородом

Реакция горения угля (углерода $C$) в кислороде $O_2$. Это реакция между твердым веществом и газом. Несмотря на то, что кислород окружает углерод, эта реакция имеет очень высокую энергию активации. Для ее начала требуется поджиг, то есть значительное повышение температуры. При комнатной температуре уголь может храниться на воздухе (в котором содержится кислород) неограниченно долго, не вступая в реакцию.
$C(тв) + O_2(г) \rightarrow CO_2(г)$

3) алюминием и соляной кислотой

Реакция между активным металлом (алюминием $Al$) и сильной кислотой (соляной $HCl$). Это гетерогенная реакция (твердое вещество + раствор). Алюминий является химически активным металлом, однако его поверхность обычно покрыта тонкой, но очень прочной оксидной пленкой $Al_2O_3$, которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия. Соляная кислота сначала растворяет эту пленку, и только потом начинается реакция с самим металлом. После удаления оксидного слоя реакция протекает довольно бурно с выделением водорода. Тем не менее, по сравнению с ионными реакциями в растворе, ее скорость ниже.
$2Al(тв) + 6HCl(р-р) \rightarrow 2AlCl_3(р-р) + 3H_2(г) \uparrow$

4) серной кислотой (р-р) и хлоридом бария (р-р)

Это реакция ионного обмена между растворами двух сильных электролитов. В водных растворах серная кислота $H_2SO_4$ и хлорид бария $BaCl_2$ полностью диссоциированы на ионы: $H^+$, $SO_4^{2-}$, $Ba^{2+}$, $Cl^-$. При смешивании растворов ионы $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$ сталкиваются и образуют нерастворимое вещество — сульфат бария $BaSO_4$, который выпадает в виде белого осадка. Реакции между ионами в растворах, как правило, протекают практически мгновенно, так как ионы свободно движутся и для их взаимодействия не требуется высокая энергия активации.
Молекулярное уравнение: $H_2SO_4(р-р) + BaCl_2(р-р) \rightarrow BaSO_4(тв) \downarrow + 2HCl(р-р)$
Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) \rightarrow BaSO_4(тв) \downarrow$
Из всех предложенных вариантов эта реакция будет самой быстрой.

Таким образом, реакции ионного обмена в растворах протекают с наибольшей скоростью при комнатной температуре, так как они происходят между подвижными ионами и имеют низкую энергию активации.

Ответ: 4) серной кислотой (р-р) и хлоридом бария (р-р)

5. Скорость химической реакции, схема которой

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$,

уменьшится, если

1) увеличить концентрацию кислоты

2) уменьшить концентрацию кислоты

3) нагреть кислоту

4) повысить давление

Для ответа на данный вопрос необходимо проанализировать, как каждый из предложенных факторов влияет на скорость химической реакции.

Решение:

Схема химической реакции: $CuO(тв) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow CuSO_4(р-р) + H_2O(ж)$

Скорость химической реакции зависит от нескольких ключевых факторов: концентрации реагирующих веществ, температуры, давления (для реакций с участием газов) и площади поверхности соприкосновения реагентов (для гетерогенных систем). Данная реакция является гетерогенной, так как в ней участвуют твердое вещество (оксид меди(II)) и раствор (серная кислота).

Рассмотрим влияние каждого предложенного изменения на скорость реакции:

1) увеличить концентрацию кислоты
Серная кислота ($H_2SO_4$) является одним из реагентов. Согласно закону действующих масс, увеличение концентрации реагента приводит к увеличению числа столкновений между частицами реагирующих веществ в единицу времени. Это, в свою очередь, увеличивает скорость реакции.

2) уменьшить концентрацию кислоты
Уменьшение концентрации серной кислоты приведет к обратному эффекту: число частиц кислоты в единице объема раствора снизится. Это вызовет уменьшение частоты столкновений молекул кислоты с поверхностью твердого оксида меди, что приведет к уменьшению скорости реакции.

3) нагреть кислоту
Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию частиц. В результате частицы движутся быстрее, сталкиваются чаще и с большей энергией. Это приводит к значительному увеличению доли эффективных столкновений и, как следствие, к увеличению скорости реакции (согласно правилу Вант-Гоффа и уравнению Аррениуса).

4) повысить давление
Изменение давления оказывает существенное влияние на скорость реакций, в которых участвуют газообразные вещества, так как оно изменяет их концентрацию. В данной реакции газов нет: $CuO$ – твердое вещество, $H_2SO_4$ и $CuSO_4$ находятся в растворе, $H_2O$ – жидкость. Поэтому изменение давления практически не повлияет на скорость этой реакции.

Таким образом, единственное действие из предложенных, которое приведет к уменьшению скорости реакции, — это уменьшение концентрации серной кислоты.

Ответ: 2.

6. От площади соприкосновения реагентов не зависит скорость реакции между

1) азотом и кислородом

2) натрием и водой

3) серебром и озоном

4) оксидом меди(II) и серной кислотой

Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагентов в том случае, если реакция является гетерогенной. Гетерогенная реакция — это реакция, в которой реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (фазах), например: твердое вещество и газ, твердое вещество и жидкость, несмешивающиеся жидкости. В таких системах реакция протекает на границе раздела фаз, и увеличение этой границы (площади соприкосновения) приводит к увеличению скорости реакции.

Если же реакция является гомогенной, то есть все реагенты находятся в одной фазе (например, в газовой смеси или в растворе), то понятие "площадь соприкосновения" не применимо. Реагенты перемешаны на молекулярном уровне, и их частицы могут сталкиваться в любой точке объема. Поэтому скорость гомогенной реакции не зависит от площади соприкосновения.

Проанализируем предложенные варианты:

1) азотом и кислородом

Реакция между азотом и кислородом происходит в газовой фазе: $N_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2NO(г)$. Азот ($N_2$) и кислород ($O_2$) являются газами. Следовательно, это гомогенная реакция. Взаимодействие молекул происходит по всему объему газовой смеси, поэтому скорость данной реакции не зависит от площади соприкосновения.

2) натрием и водой

Реакция между натрием и водой: $2Na(тв) + 2H_2O(ж) \rightarrow 2NaOH(р-р) + H_2(г)$. Натрий ($Na$) — это твердое вещество, а вода ($H_2O$) — жидкость. Реакция является гетерогенной, так как протекает на границе раздела фаз "твердое тело – жидкость". Скорость этой реакции будет напрямую зависеть от площади поверхности куска натрия.

3) серебром и озоном

Реакция между серебром и озоном: $2Ag(тв) + O_3(г) \rightarrow Ag_2O(тв) + O_2(г)$. Серебро ($Ag$) — твердое вещество, а озон ($O_3$) — газ. Это гетерогенная реакция, протекающая на поверхности серебра. Следовательно, ее скорость зависит от площади поверхности серебра.

4) оксидом меди(II) и серной кислотой

Реакция между оксидом меди(II) и серной кислотой: $CuO(тв) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow CuSO_4(р-р) + H_2O(ж)$. Оксид меди(II) ($CuO$) — твердое вещество, а серная кислота находится в виде водного раствора (жидкость). Это гетерогенная реакция, и ее скорость зависит от площади поверхности твердого оксида меди(II), то есть от степени его измельчения.

Таким образом, единственной реакцией из списка, скорость которой не зависит от площади соприкосновения реагентов, является гомогенная реакция между азотом и кислородом.

Ответ: 1

7. Верны ли суждения о катализаторах химических реакций?

А. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но не входит в состав продуктов реакции.

Б. Катализатор может не только ускорять химическую реакцию, но и направлять её протекание по другому пути.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для того чтобы определить, верны ли суждения, необходимо проанализировать каждое из них с точки зрения химической кинетики.

А. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но не входит в состав продуктов реакции.

Это суждение является верным. Оно соответствует основному определению катализатора. Катализатор — это вещество, которое участвует в химической реакции и увеличивает её скорость, но по окончании реакции остается в неизменном химическом составе и количестве. Катализаторы могут образовывать промежуточные соединения с реагентами, но в конце цикла они регенерируются. Поэтому в итоговом уравнении реакции катализатор не указывается ни среди реагентов, ни среди продуктов.

Б. Катализатор может не только ускорять химическую реакцию, но и направлять её протекание по другому пути.

Это суждение также является верным. Ускоряющее действие катализатора как раз и заключается в том, что он изменяет механизм реакции, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации ($E_a$). Снижение энергетического барьера реакции приводит к значительному увеличению её скорости. Таким образом, катализатор не просто "помогает" реакции идти быстрее по тому же пути, а именно направляет её по новому, энергетически более выгодному маршруту. Кроме того, свойство селективности (избирательности) катализаторов позволяет направлять реакцию преимущественно в сторону образования одного из нескольких возможных продуктов.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным вариантом ответа будет тот, который утверждает, что оба суждения верны.

Ответ: 3