Номер 4, страница 32 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

4. Что такое скорость химической реакции? От каких факторов она зависит?

Что такое скорость химической реакции?

Скорость химической реакции — это физико-химическая величина, которая характеризует интенсивность протекания химического процесса во времени. Она определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ (реагента или продукта) за единицу времени.

Для корректного определения скорости важно различать гомогенные и гетерогенные реакции.

• В гомогенных реакциях, протекающих в одной фазе (например, в газовой смеси или в растворе), скорость определяется как изменение молярной концентрации ($C$) вещества в единицу времени ($\Delta t$) в единице объема системы. Средняя скорость реакции рассчитывается по формуле:

  $v_{гом} = \pm \frac{\Delta C}{\Delta t} = \pm \frac{C_2 - C_1}{t_2 - t_1}$

  где $C_1$ и $C_2$ — молярные концентрации вещества в моменты времени $t_1$ и $t_2$ соответственно. Знак «минус» используется при расчете по убыли концентрации исходного вещества (реагента), а «плюс» — по нарастанию концентрации продукта реакции. Это необходимо для того, чтобы значение скорости всегда было положительным. Единица измерения скорости — моль/(л·с).

• В гетерогенных реакциях, которые протекают на границе раздела фаз (например, твердое тело – газ, жидкость – твердое тело), реакция происходит только на поверхности. Поэтому скорость такой реакции определяют как изменение количества вещества ($\Delta n$) в единицу времени ($\Delta t$) на единице площади поверхности контакта ($S$).

  $v_{гет} = \pm \frac{\Delta n}{S \cdot \Delta t}$

  Единица измерения — моль/(м²·с).

Ответ: Скорость химической реакции — это изменение концентрации одного из реагентов или продуктов в единицу времени. Для реакций в однородной среде (гомогенных) она выражается как изменение молярной концентрации в единицу времени, а для реакций на границе раздела фаз (гетерогенных) — как изменение количества вещества в единицу времени на единице площади поверхности.

От каких факторов она зависит?

Скорость химической реакции является величиной, зависящей от условий ее проведения. Основные факторы, влияющие на скорость реакции, следующие:

1. Природа реагирующих веществ. Химическая активность веществ определяется строением их атомов и молекул, типом и прочностью химических связей. Например, реакция натрия с водой протекает со взрывом, в то время как магний реагирует с водой очень медленно при комнатной температуре. Это связано с различной активностью этих металлов.

2. Концентрация реагентов. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Для элементарной реакции $aA + bB \rightarrow \text{Продукты}$ это выражается уравнением $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$. Повышение концентрации реагентов приводит к увеличению числа частиц в единице объема, что увеличивает вероятность и частоту их эффективных столкновений.

3. Температура. Повышение температуры практически всегда приводит к увеличению скорости реакции. Это объясняется увеличением кинетической энергии молекул, что приводит к более частым и более сильным столкновениям. Важнее всего то, что растет доля молекул, обладающих энергией, достаточной для преодоления активационного барьера. Эмпирическое правило Вант-Гоффа гласит, что повышение температуры на каждые 10°C увеличивает скорость большинства реакций в 2–4 раза. Математически это можно выразить как: $v_{T_2} = v_{T_1} \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$, где $\gamma$ — температурный коэффициент.

4. Давление (для реакций с участием газов). Увеличение давления в системе, содержащей газообразные реагенты, равносильно увеличению их концентрации. Молекулы газа сближаются, частота их столкновений растет, что и приводит к увеличению скорости реакции.

5. Площадь поверхности соприкосновения реагентов. Этот фактор важен для гетерогенных реакций. Чем больше площадь поверхности контакта между реагентами (например, между твердым веществом и жидкостью), тем больше скорость реакции. Поэтому измельчение твердого реагента (например, использование порошка вместо цельного куска) значительно ускоряет реакцию.

6. Наличие катализатора или ингибитора.Катализаторы — вещества, которые ускоряют реакцию, предоставляя альтернативный механизм с более низкой энергией активации, при этом сами в реакции не расходуются. Ингибиторы — вещества, которые, наоборот, замедляют химическую реакцию.

Ответ: Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации (и давления для газов), температуры, площади поверхности контакта (в гетерогенных системах) и наличия катализаторов или ингибиторов.