Страница 29 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 6. Зависимость скорости химической реакции от площади соприкосновения реагирующих веществ

Поместите в одну пробирку гранулу цинка (или кусочек мрамора), а в другую — порошок цинка (или мраморную крошку) и налейте в обе пробирки по 1 мл соляной кислоты. В какой из пробирок скорость выделения газа выше? Почему?

Дано:

Пробирка 1: гранула цинка (или кусок мрамора) и 1 мл соляной кислоты ($HCl$).

Пробирка 2: порошок цинка (или мраморная крошка) и 1 мл соляной кислоты ($HCl$).

Найти:

В какой из пробирок скорость выделения газа выше? Почему?

Решение:

Данный опыт демонстрирует зависимость скорости гетерогенной реакции (реакции между веществами в разных агрегатных состояниях) от площади поверхности соприкосновения реагентов. В нашем случае твердое вещество (цинк или мрамор) реагирует с раствором кислоты.

Рассмотрим уравнения реакций:

1. Взаимодействие цинка с соляной кислотой с выделением водорода:

$Zn_{(тв)} + 2HCl_{(р-р)} \rightarrow ZnCl_{2(р-р)} + H_{2(г)}\uparrow$

2. Взаимодействие мрамора (карбоната кальция, $CaCO_3$) с соляной кислотой с выделением углекислого газа:

$CaCO_{3(тв)} + 2HCl_{(р-р)} \rightarrow CaCl_{2(р-р)} + H_2O_{(ж)} + CO_{2(г)}\uparrow$

В обеих реакциях взаимодействие происходит на границе раздела фаз, то есть на поверхности твердого вещества. Скорость химической реакции прямо пропорциональна площади этой поверхности.

В первой пробирке находится цельная гранула цинка (или кусок мрамора), которая имеет относительно небольшую площадь поверхности.

Во второй пробирке находится порошок (или крошка). При одинаковой массе, измельченное вещество имеет значительно большую суммарную площадь поверхности, так как для реакции доступны поверхности всех мелких частиц. Чем больше площадь соприкосновения реагентов, тем большее число частиц может одновременно вступить в реакцию. Это приводит к увеличению числа эффективных столкновений в единицу времени и, следовательно, к увеличению скорости реакции.

Поэтому в пробирке с порошком цинка (или мраморной крошкой) реакция будет протекать гораздо интенсивнее, что будет наблюдаться как более бурное выделение газа.

Ответ:

Скорость выделения газа выше во второй пробирке, где находится порошок цинка (или мраморная крошка). Причина в том, что у порошка значительно больше площадь соприкосновения с соляной кислотой по сравнению с цельной гранулой той же массы. Согласно кинетическим законам, увеличение площади поверхности реагентов в гетерогенной системе ведет к увеличению скорости химической реакции.

Лабораторный опыт № 7. Моделирование «кипящего слоя»

Смоделируйте «кипящий слой». Для этого на кольце лабораторного штатива закрепите кусочек сетчатой ткани. Насыпьте на неё 1—2 столовые ложки манной крупы. Снизу осторожно продувайте воздух с помощью резиновой груши или насоса. Что наблюдаете?

При выполнении данного лабораторного опыта можно наблюдать следующее.

В начальный момент манная крупа лежит на сетчатой ткани в виде неподвижного сыпучего слоя. Когда снизу через сетку начинает осторожно подаваться воздух (например, с помощью резиновой груши), при слабом потоке ничего существенного не происходит — воздух просто проходит сквозь поры между частицами крупы.

При увеличении скорости потока воздуха наступает критический момент. Сила, с которой восходящий поток воздуха действует на каждую частицу (сила аэродинамического сопротивления), становится равной силе тяжести, действующей на эту частицу. В этот момент слой крупы как бы «оживает»:

1. Слой сыпучего материала расширяется, его объём увеличивается.
2. Частицы манной крупы приходят в интенсивное хаотическое движение. Они поднимаются, перемешиваются, сталкиваются и опускаются, создавая картину, очень похожую на кипение жидкости.
3. Можно наблюдать, как через слой крупы проходят «пузыри» воздуха, что ещё больше усиливает сходство с кипением.

Это состояние системы, когда твёрдые частицы под действием потока газа или жидкости ведут себя подобно кипящей жидкости, и называется «кипящим слоем» (или псевдоожижением). Весь слой крупы приобретает свойства текучести. Если слишком сильно продувать воздух, то частицы манной крупы начнут уноситься потоком за пределы сетки.

Ответ: При продувании воздуха снизу через сетку с манной крупой наблюдается переход неподвижного слоя крупы в состояние, внешне напоминающее кипящую жидкость. Частицы крупы начинают интенсивно и хаотически двигаться, а весь слой расширяется. Это явление называется «кипящий слой».