Страница 29 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Скорость реакции $3\text{H}_2 + \text{N}_2 = 2\text{NH}_3$ увеличивается

1) при увеличении концентрации азота и снижении давления

2) при увеличении давления и повышении температуры

3) при увеличении концентрации аммиака $\text{NH}_3$ и повышении давления

4) при повышении температуры и повышении концентрации водорода $\text{H}_2$

5) при увеличении объёма реакционного сосуда и уменьшении температуры

Для определения условий, при которых скорость реакции синтеза аммиака $3H_2 + N_2 = 2NH_3$ увеличивается, необходимо рассмотреть факторы, влияющие на скорость химических реакций. Скорость прямой реакции определяется законом действующих масс:

$v = k \cdot [H_2]^3 \cdot [N_2]$

где $v$ – скорость реакции, $k$ – константа скорости, а $[H_2]$ и $[N_2]$ – молярные концентрации реагентов.

Скорость реакции увеличивается при:

• повышении температуры (увеличивается константа скорости $k$);
• увеличении концентрации реагентов ($H_2$ или $N_2$);
• повышении давления в системе с газообразными веществами (так как это приводит к увеличению их концентраций).

Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) при увеличении концентрации азота и снижении давления

Увеличение концентрации азота ($N_2$) повышает скорость реакции. Однако снижение давления уменьшает концентрацию обоих реагентов ($H_2$ и $N_2$), что замедляет реакцию. Поскольку факторы действуют в противоположных направлениях, общее изменение скорости неоднозначно.
Ответ: Неверно, так как один из факторов (снижение давления) уменьшает скорость реакции.

2) при увеличении давления и повышении температуры

Повышение температуры увеличивает константу скорости $k$, а повышение давления (за счёт сжатия) увеличивает концентрации реагентов. Оба фактора увеличивают скорость реакции. Однако формулировка "увеличение давления" может быть неоднозначной. Например, если давление увеличено за счёт добавления инертного газа при постоянном объёме, концентрации реагентов не изменятся, и скорость реакции останется прежней. Поэтому данный вариант не является абсолютно точным во всех случаях.
Ответ: Неверно, так как условие повышения давления не всегда приводит к увеличению скорости, что делает этот вариант менее точным, чем вариант 4.

3) при увеличении концентрации аммиака $NH_3$ и повышении давления

Аммиак ($NH_3$) является продуктом реакции. Увеличение концентрации продукта не увеличивает скорость прямой реакции, а увеличивает скорость обратной реакции, что снижает общую (чистую) скорость процесса. Повышение давления увеличивает скорость прямой реакции, но из-за первого фактора данный вариант не является правильным.
Ответ: Неверно, так как увеличение концентрации продукта не увеличивает скорость прямой реакции.

4) при повышении температуры и повышении концентрации водорода $H_2$

Повышение температуры приводит к увеличению константы скорости $k$. Увеличение концентрации реагента водорода ($H_2$) напрямую увеличивает скорость в соответствии с законом действующих масс. Оба фактора однозначно и всегда приводят к увеличению скорости прямой реакции. Эта формулировка не содержит неоднозначностей, в отличие от варианта 2.
Ответ: Верно, так как оба фактора однозначно увеличивают скорость реакции.

5) при увеличении объёма реакционного сосуда и уменьшении температуры

Увеличение объёма реакционного сосуда равносильно снижению давления, что ведёт к уменьшению концентраций реагентов и замедлению реакции. Уменьшение температуры также замедляет реакцию, уменьшая константу скорости $k$. Оба фактора приводят к снижению скорости реакции.
Ответ: Неверно, так как оба фактора уменьшают скорость реакции.

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

ФАКТОР

А) давление

Б) концентрация кислорода

В) температура

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

1) $CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$

2) $2NaNO_3 = 2NaNO_2 + O_2$

3) $CaCO_3 = CaO + CO_2$

4) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2$

5) $2SO_2 + O_2 = 2SO_3$

Решение

Для установления соответствия необходимо проанализировать каждый фактор и найти уравнение реакции, скорость которой в наибольшей степени зависит от этого фактора.

А) давление

Давление является важным фактором, влияющим на скорость химической реакции, если в реакции участвуют газообразные вещества. Изменение давления изменяет концентрацию газообразных реагентов, что напрямую влияет на скорость. В представленном списке уравнений есть две реакции с газообразными реагентами:
1) $CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$ (реагент - газ $CO_2$)
5) $2SO_2 + O_2 = 2SO_3$ (реагенты - газы $SO_2$ и $O_2$)
Поскольку для фактора "концентрация кислорода" подходит только реакция 5 (см. пункт Б), то для фактора "давление" мы выбираем реакцию 1. Скорость этой реакции зависит от давления (парциального давления) углекислого газа.

Ответ: 1

Б) концентрация кислорода

Скорость реакции зависит от концентрации кислорода только в том случае, если кислород ($O_2$) является одним из исходных веществ (реагентом). Проанализируем все реакции:
1) $CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$ - кислород не участвует.
2) $2NaNO_3 = 2NaNO_2 + O_2$ - кислород является продуктом.
3) $CaCO_3 = CaO + CO_2$ - кислород не участвует.
4) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2$ - кислород не участвует.
5) $2SO_2 + O_2 = 2SO_3$ - кислород является реагентом.
Таким образом, только скорость реакции 5 зависит от концентрации кислорода.

Ответ: 5

В) температура

Температура влияет на скорость любой химической реакции (согласно правилу Вант-Гоффа и уравнению Аррениуса). Однако в заданиях на соответствие обычно ищут реакцию, для которой температура является ключевым, инициирующим фактором. Такими реакциями являются реакции термического разложения, которые требуют нагревания для их протекания. В списке присутствуют две такие реакции:
2) $2NaNO_3 = 2NaNO_2 + O_2$
3) $CaCO_3 = CaO + CO_2$
Обе реакции являются классическими примерами термического разложения. Реакция разложения карбоната кальция - широко известный эндотермический процесс, скорость которого сильно возрастает с повышением температуры. Это делает ее наилучшим примером из оставшихся вариантов.

Ответ: 3

10. В растворе протекала реакция, уравнение которой $A + B = C$.

Определите среднюю скорость этой реакции, если известно, что за 10 с концентрация вещества А уменьшилась с 0,22 до 0,21 моль/л.

Дано:

Уравнение реакции: $A + B = C$
Начальная концентрация вещества А, $C_1(\text{A}) = 0,22 \text{ моль/л}$
Конечная концентрация вещества А, $C_2(\text{A}) = 0,21 \text{ моль/л}$
Промежуток времени, $\Delta t = 10 \text{ с}$

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. Поскольку вещество А является реагентом, его концентрация в ходе реакции уменьшается. Формула для расчета средней скорости по изменению концентрации реагента имеет вид:

$v_{ср} = -\frac{\Delta C}{\Delta t} = -\frac{C_2 - C_1}{\Delta t}$

где $C_1$ — начальная молярная концентрация вещества, $C_2$ — конечная молярная концентрация вещества, а $\Delta t$ — промежуток времени, за который произошло это изменение. Знак "минус" в формуле необходим для того, чтобы скорость реакции была положительной величиной, так как для реагента изменение концентрации $\Delta C = C_2 - C_1$ всегда отрицательно.

В уравнении реакции $A + B = C$ стехиометрический коэффициент перед веществом А равен 1. Это означает, что скорость реакции равна скорости расходования вещества А.

Рассчитаем изменение концентрации вещества А:

$\Delta C(\text{A}) = C_2(\text{A}) - C_1(\text{A}) = 0,21 \text{ моль/л} - 0,22 \text{ моль/л} = -0,01 \text{ моль/л}$

Теперь подставим найденное значение и промежуток времени в формулу для средней скорости реакции:

$v_{ср} = -\frac{-0,01 \text{ моль/л}}{10 \text{ с}} = \frac{0,01 \text{ моль/л}}{10 \text{ с}} = 0,001 \text{ моль/(л}\cdot\text{с)}$

Ответ: средняя скорость этой реакции составляет $0,001 \text{ моль/(л}\cdot\text{с)}$.

11. В раствор пероксида водорода добавили порошок чёрного цвета, и началось бурное выделение газа. В атмосфере этого газа фосфор сгорел ослепительно ярким пламенем. Напишите уравнения соответствующих химических реакций. Приведите название вещества чёрного цвета и укажите его роль в химической реакции.

Решение

В задаче описаны два последовательных химических процесса.

1. Первый процесс — это разложение раствора пероксида водорода ($H_2O_2$) под действием порошка чёрного цвета. Этим веществом, ускоряющим реакцию, является катализатор. В школьном курсе химии в качестве классического катализатора разложения пероксида водорода используется оксид марганца(IV) ($MnO_2$) — порошок чёрного цвета. В результате реакции разложения пероксида водорода образуются вода ($H_2O$) и выделяется газ — кислород ($O_2$).

Уравнение реакции разложения пероксида водорода:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$

Данная реакция является каталитической реакцией разложения.

2. Второй процесс — это горение фосфора ($P$) в атмосфере выделившегося газа, то есть в кислороде. Горение фосфора в чистом кислороде происходит очень энергично, с ослепительно ярким пламенем, как и указано в условии. Продуктом этой реакции является оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — твёрдое вещество белого цвета, которое образуется в виде густого дыма.

Уравнение реакции горения фосфора:

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

Данная реакция является реакцией соединения.

Таким образом, вещество чёрного цвета — это оксид марганца(IV). Его роль в химической реакции — катализатор. Катализаторы — это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются.

Ответ:

Уравнения соответствующих химических реакций:
$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$
Название вещества чёрного цвета: оксид марганца(IV).
Его роль в химической реакции: катализатор.