Страница 27 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 4. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ на примере взаимодействия кислот с металлами

Поместите в одну пробирку гранулу цинка, а в другую — кусочек железа такого же размера и налейте в обе пробирки по 1—2 мл соляной кислоты. Природа какого реагента оказывает влияние на скорость взаимодействия кислоты с металлом? Почему? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите их с позиции окисления-восстановления.

Далее поместите в две другие пробирки по одинаковой грануле цинка и прилейте к ним растворы кислот одинаковой концентрации: в 1-ю — соляной кислоты, во 2-ю — уксусной. Природа какого реагента оказывает влияние на скорость взаимодействия кислоты с металлом? Почему? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите их с позиции окисления-восстановления.

Решение

Поместите в одну пробирку гранулу цинка, а в другую — кусочек железа такого же размера и налейте в обе пробирки по 1—2 мл соляной кислоты.

В ходе данного опыта сравнивается химическая активность двух разных металлов — цинка и железа — по отношению к соляной кислоте. При добавлении кислоты в обе пробирки наблюдается выделение газа (водорода). Однако в пробирке с цинком реакция протекает значительно более бурно и с большей скоростью, чем в пробирке с железом.

Природа какого реагента оказывает влияние на скорость взаимодействия кислоты с металлом? Почему?

На скорость реакции в данном случае оказывает влияние природа металла. Скорость химической реакции зависит от активности металла. Цинк ($Zn$) в электрохимическом ряду напряжений металлов расположен левее железа ($Fe$), что свидетельствует о его большей химической активности. Более активные металлы легче отдают электроны и, следовательно, быстрее реагируют с кислотами с вытеснением водорода.

Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите их с позиции окисления-восстановления.

1. Взаимодействие цинка с соляной кислотой ($HCl$):

Молекулярное уравнение:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | Цинк является восстановителем (окисляется).

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | Ион водорода является окислителем (восстанавливается).

2. Взаимодействие железа с соляной кислотой ($HCl$):

Молекулярное уравнение:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$Fe^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Fe^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Fe^0 + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:

$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ | 1 | Железо является восстановителем (окисляется).

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | Ион водорода является окислителем (восстанавливается).

Ответ: На скорость реакции влияет природа металла. Цинк химически активнее железа, поэтому он реагирует с соляной кислотой быстрее. В обеих реакциях металлы (цинк и железо) выступают в роли восстановителей, а ионы водорода ($H^+$) из кислоты — в роли окислителя.

Далее поместите в две другие пробирки по одинаковой грануле цинка и прилейте к ним растворы кислот одинаковой концентрации: в 1-ю — соляной кислоты, во 2-ю — уксусной.

В этом эксперименте сравнивается скорость реакции одного и того же металла (цинка) с двумя разными кислотами — соляной и уксусной, взятыми в одинаковой концентрации. Наблюдается, что в пробирке с соляной кислотой реакция идет значительно быстрее, чем в пробирке с уксусной кислотой.

Природа какого реагента оказывает влияние на скорость взаимодействия кислоты с металлом? Почему?

На скорость реакции в данном опыте влияет природа кислоты. Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой и в водном растворе практически полностью диссоциирует на ионы ($HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$). Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — слабая кислота, она диссоциирует лишь в незначительной степени, образуя равновесную систему ($CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$). Поэтому при равной молярной концентрации кислот, концентрация ионов водорода ($H^+$), которые непосредственно вступают в реакцию с металлом, в растворе соляной кислоты гораздо выше. Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ, поэтому реакция с соляной кислотой протекает быстрее.

Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите их с позиции окисления-восстановления.

1. Взаимодействие цинка с соляной кислотой ($HCl$):

Молекулярное уравнение:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | Восстановитель

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | Окислитель

2. Взаимодействие цинка с уксусной кислотой ($CH_3COOH$):

Молекулярное уравнение:

$Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение (слабую уксусную кислоту записываем в молекулярном виде):

$Zn^0 + 2CH_3COOH \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение в данном случае совпадает с полным.

Окислительно-восстановительный процесс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | Цинк является восстановителем (окисляется).

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | Ион водорода (из уксусной кислоты) является окислителем (восстанавливается).

Ответ: На скорость реакции влияет природа кислоты, а именно ее сила. Соляная кислота — сильная, а уксусная — слабая. В растворе сильной кислоты концентрация ионов водорода выше, поэтому реакция с цинком идет быстрее. В обеих реакциях цинк является восстановителем, а окислителем — ионы водорода.