Номер 3, страница 23 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Уравнение реакции: Запишите уравнение реакции цинка с серной кислотой. Предложите способы увеличения скорости этой реакции.

Уравнение реакции цинка с серной кислотой

Взаимодействие цинка с серной кислотой является окислительно-восстановительной реакцией. Характер продуктов реакции зависит от концентрации кислоты. В общем случае, рассматривается реакция с разбавленной серной кислотой.

Цинк является металлом средней активности и в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит до водорода. Поэтому он способен вытеснять водород из разбавленных кислот. Реакция является реакцией замещения, в ходе которой образуется соль (сульфат цинка) и выделяется газообразный водород:

$Zn (тв.) + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow ZnSO_4 (р-р) + H_2 \uparrow$

Стоит отметить, что при взаимодействии цинка с концентрированной серной кислотой, которая проявляет сильные окислительные свойства, водород не выделяется. Вместо него образуются продукты восстановления серы, например, диоксид серы $SO_2$:

$Zn + 2H_2SO_4 (конц.) \rightarrow ZnSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Способы увеличения скорости этой реакции

Скорость химической реакции, в данном случае гетерогенной (между твердым веществом и раствором), можно увеличить несколькими способами, влияя на ключевые факторы:

• Повысить температуру. С ростом температуры увеличивается кинетическая энергия реагирующих частиц (ионов в растворе). Это приводит к увеличению частоты и, что более важно, энергии их столкновений с поверхностью цинка. В результате большее число столкновений становится эффективным (приводящим к реакции), и общая скорость процесса возрастает.
• Увеличить концентрацию серной кислоты. Повышение концентрации $H_2SO_4$ увеличивает число ионов водорода $H^+$ (в виде ионов гидроксония $H_3O^+$) в единице объема раствора. Это ведет к увеличению частоты столкновений ионов с поверхностью цинка, что ускоряет реакцию.
• Увеличить площадь поверхности соприкосновения реагентов. Реакция протекает на поверхности твердого цинка. Увеличение этой поверхности при той же массе металла значительно ускорит реакцию. Этого можно достичь путем измельчения цинка, например, используя цинковый порошок или мелкие гранулы вместо цельной пластины.
• Использовать катализатор. Эффективным способом ускорения этой реакции является добавление в раствор нескольких капель соли менее активного металла, чем цинк, например, сульфата меди(II) ($CuSO_4$). Цинк будет вытеснять медь из раствора: $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$. Осевшая на поверхности цинка металлическая медь образует с ним множество микроскопических гальванических пар. На участках меди (катодах) процесс восстановления ионов водорода до газообразного $H_2$ протекает значительно легче (из-за более низкого перенапряжения выделения водорода на меди по сравнению с цинком), что и вызывает резкое ускорение всей реакции.

Ответ:

Уравнение реакции цинка с разбавленной серной кислотой: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$.

Способы увеличения скорости этой реакции:
1. Повышение температуры реакционной смеси.
2. Увеличение концентрации серной кислоты.
3. Измельчение цинка для увеличения площади его поверхности.
4. Добавление катализатора, например, раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$).