Лабораторный опыт №5, страница 28 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 5. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ на примере взаимодействия цинка с соляной кислотой различной концентрации

Налейте в три пробирки соляную кислоту: в 1-ю пробирку 3 мл, во 2-ю — 2 мл, в 3-ю — 1 мл. Затем добавьте во 2-ю пробирку 1 мл воды, а в 3-ю — 2 мл. Следовательно, в пробирках одинаковые объёмы раствора кислоты, которые, однако, будут отличаться концентрацией. В какой из пробирок концентрация кислоты выше, а в какой — ниже? Поместите в каждую пробирку по грануле цинка. В какой из пробирок выделение водорода происходит интенсивнее? Почему?

Дано:

Найти:

Решение:

В какой из пробирок концентрация кислоты выше, а в какой — ниже?

Сначала определим итоговый объём раствора в каждой пробирке. Он оказывается одинаковым для всех трех пробирок:

• Пробирка 1: $V_{общ,1} = V_{HCl,1} = 3 \text{ мл}$
• Пробирка 2: $V_{общ,2} = V_{HCl,2} + V_{H_2O,2} = 2 \text{ мл} + 1 \text{ мл} = 3 \text{ мл}$
• Пробирка 3: $V_{общ,3} = V_{HCl,3} + V_{H_2O,3} = 1 \text{ мл} + 2 \text{ мл} = 3 \text{ мл}$

Теперь рассчитаем конечную концентрацию ($C_{кон}$) кислоты в каждой пробирке. Концентрация раствора определяется отношением объёма исходной кислоты к общему объёму раствора. Пусть исходная концентрация кислоты равна $C_{исх}$.

• Концентрация в пробирке 1: $C_1 = C_{исх} \cdot \frac{V_{HCl,1}}{V_{общ,1}} = C_{исх} \cdot \frac{3 \text{ мл}}{3 \text{ мл}} = C_{исх}$
• Концентрация в пробирке 2: $C_2 = C_{исх} \cdot \frac{V_{HCl,2}}{V_{общ,2}} = C_{исх} \cdot \frac{2 \text{ мл}}{3 \text{ мл}} = \frac{2}{3}C_{исх}$
• Концентрация в пробирке 3: $C_3 = C_{исх} \cdot \frac{V_{HCl,3}}{V_{общ,3}} = C_{исх} \cdot \frac{1 \text{ мл}}{3 \text{ мл}} = \frac{1}{3}C_{исх}$

Сравнивая полученные концентрации, мы видим, что $C_1 > C_2 > C_3$. Следовательно, самая высокая концентрация кислоты находится в первой пробирке (так как кислоту не разбавляли), а самая низкая — в третьей (где кислоту разбавили в наибольшей степени).

Ответ: Концентрация кислоты выше в пробирке №1, а ниже — в пробирке №3.

В какой из пробирок выделение водорода происходит интенсивнее?

Интенсивность выделения водорода напрямую связана со скоростью химической реакции между цинком и соляной кислотой. Эта реакция описывается уравнением:

$Zn(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow ZnCl_2(р-р) + H_2(г) \uparrow$

Скорость химической реакции зависит от концентрации реагентов. Так как в пробирке №1 концентрация соляной кислоты самая высокая, реакция в ней будет протекать с максимальной скоростью, что будет выражаться в самом интенсивном выделении пузырьков водорода.

Ответ: Выделение водорода происходит интенсивнее в пробирке №1.

Почему?

Зависимость скорости реакции от концентрации объясняется с точки зрения кинетической теории. Скорость химической реакции определяется числом эффективных столкновений (приводящих к реакции) между частицами реагирующих веществ в единицу времени в единице объёма.

1. В пробирке №1, где концентрация соляной кислоты ($HCl$) максимальна, в растворе на единицу объёма приходится наибольшее количество ионов водорода ($H^+$), которые непосредственно реагируют с цинком.
2. Из-за высокой концентрации ионы водорода сталкиваются с поверхностью гранулы цинка значительно чаще, чем в пробирках №2 и №3, где растворы более разбавленные.
3. Увеличение частоты столкновений приводит к росту числа успешных, результативных столкновений, что и увеличивает общую скорость реакции. Визуально мы наблюдаем это как бурное выделение газа.

Таким образом, чем выше концентрация кислоты, тем быстрее идет реакция и тем интенсивнее выделяется водород.

Ответ: Скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. В пробирке с более концентрированной кислотой происходит больше столкновений между частицами кислоты и цинка в единицу времени, что приводит к увеличению скорости реакции и более интенсивному выделению водорода.