Страница 15 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$

1. Скорость химической реакции $v$ — это _______

а) повышением давления

Б) увеличением концентрации продуктов реакции

в) уменьшением концентрации продуктов реакции

Ответ: [ ] и [ ]

5. С помощью метода электронного баланса

где _______ _______

_______ + _______ = _______ + NO

Размерность скорости химической реакции _______

1. Скорость химической реакции v — это изменение концентрации одного из реагирующих веществ (реагентов) или одного из продуктов реакции в единицу времени.

Для гомогенных реакций (протекающих в одном объеме, например, в растворе или газовой смеси) средняя скорость выражается отношением изменения молярной концентрации вещества к промежутку времени, за который это изменение произошло.

Математически это записывается формулой:

$v_{ср} = \pm \frac{\Delta C}{\Delta t} = \pm \frac{C_{2} - C_{1}}{t_{2} - t_{1}}$

где:

$\Delta C = C_{2} - C_{1}$ — изменение молярной концентрации вещества, (моль/л);

$\Delta t = t_{2} - t_{1}$ — промежуток времени, за который произошло изменение концентрации, (с).

Знак «+» в формуле используется, если скорость определяется по изменению концентрации продукта реакции (так как его концентрация со временем увеличивается, $C_{2} > C_{1}$). Знак «–» используется, если скорость определяется по изменению концентрации реагента (так как его концентрация со временем уменьшается, $C_{2} < C_{1}$), чтобы значение скорости реакции всегда было положительной величиной.

Размерность скорости химической реакции для гомогенных систем выражается в единицах концентрации, деленных на единицу времени.

Чаще всего используется: моль/(л·с) или моль·л⁻¹·с⁻¹.

Ответ: Скорость химической реакции — это величина, показывающая изменение концентрации вещества в единицу времени. Математически выражается формулой $v = \pm \frac{\Delta C}{\Delta t}$. Размерность скорости химической реакции — моль/(л·с).

2. Скорость реакции зависит от реагентов.

Пример — взаимодействие кислот с металлами:

a) $HCl + Zn = \underline{\hspace{3cm}} + \underline{\hspace{3cm}}$

$CH_3COOH + Zn = \underline{\hspace{3cm}} + \underline{\hspace{3cm}}$

б) $HCl + Fe = \underline{\hspace{3cm}} + \underline{\hspace{3cm}}$

$HCl + Mg = \underline{\hspace{3cm}} + \underline{\hspace{3cm}}$

Скорость реакции зависит от природы реагентов.

Пример — взаимодействие кислот с металлами:

a)

Решение:

В данном пункте рассматривается зависимость скорости реакции от природы кислоты. Соляная кислота ($HCl$) является сильной, а уксусная ($CH_3COOH$) — слабой. При одинаковых условиях (концентрация, температура) скорость реакции с сильной кислотой будет выше, так как концентрация ионов водорода ($H^+$), непосредственно участвующих в реакции, в ее растворе больше. Продуктами в обоих случаях являются соль соответствующей кислоты и водород.

Запишем и уравняем уравнения реакций:

1. Взаимодействие соляной кислоты с цинком. Образуются хлорид цинка и водород.

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

2. Взаимодействие уксусной кислоты с цинком. Образуются ацетат цинка и водород.

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

Ответ: $2HCl + Zn = ZnCl_2 + H_2\uparrow$; $2CH_3COOH + Zn = (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$.

б)

Решение:

В данном пункте рассматривается зависимость скорости реакции от природы металла. В ряду активности металлов магний ($Mg$) стоит значительно левее железа ($Fe$), что говорит о его большей химической активности. Следовательно, при взаимодействии с одной и той же кислотой (соляной) магний будет реагировать значительно быстрее железа.

Запишем и уравняем уравнения реакций:

1. Взаимодействие соляной кислоты с железом. Образуются хлорид железа(II) и водород.

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

2. Взаимодействие соляной кислоты с магнием. Образуются хлорид магния и водород.

$2HCl + Mg = MgCl_2 + H_2\uparrow$

Ответ: $2HCl + Fe = FeCl_2 + H_2\uparrow$; $2HCl + Mg = MgCl_2 + H_2\uparrow$.

3. Скорость реакции зависит от ____________.

Чем выше ____________________, тем ____________________ скорость химической реакции.

Скорость химической реакции, то есть изменение концентрации реагирующих веществ или продуктов в единицу времени, является фундаментальной характеристикой химического процесса. Она не является постоянной величиной и зависит от множества факторов, определяющих условия протекания реакции. Рассмотрим основные из них.

Природа реагирующих веществ
Различные вещества вступают в реакции с разной скоростью, что обусловлено их внутренним строением: типом и прочностью химических связей, сложностью молекул. Например, реакции между ионами в растворах, где не требуется разрыв прочных ковалентных связей, протекают практически мгновенно. Реакции же с участием молекулярных веществ, особенно органических, часто идут значительно медленнее.

Концентрация
Для того чтобы реакция произошла, частицы реагентов (молекулы, атомы, ионы) должны столкнуться. Увеличение концентрации реагентов приводит к увеличению числа частиц в единице объема, что повышает вероятность их столкновений в единицу времени. Как следствие, скорость реакции возрастает. Эта зависимость лежит в основе закона действующих масс, который для элементарной реакции $aA + bB \rightarrow \text{Продукты}$ имеет вид: $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$. Слово "концентрации" (в родительном падеже) состоит из 12 букв, что соответствует количеству пустых ячеек в первом предложении задания. Таким образом, чем выше концентрация, тем выше скорость химической реакции.

Температура
Повышение температуры практически всегда приводит к увеличению скорости реакции. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается кинетическая энергия частиц. В результате, во-первых, возрастает общая частота их столкновений, а во-вторых, что более важно, резко увеличивается доля "активных" частиц, обладающих энергией, достаточной для преодоления активационного барьера реакции ($E_a$). Зависимость константы скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса: $k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}$. Таким образом, чем выше температура, тем выше скорость химической реакции.

Наличие катализатора
Катализатор — это вещество, изменяющее скорость реакции (как правило, увеличивающее ее) путем участия в промежуточных стадиях, но остающееся неизменным по окончании процесса. Катализаторы действуют, изменяя механизм реакции и снижая ее энергию активации.

Площадь поверхности соприкосновения
Этот фактор критичен для гетерогенных реакций (между веществами в разных фазах). Реакция происходит на границе раздела фаз, и чем больше площадь этой поверхности, тем интенсивнее идет взаимодействие. Поэтому измельчение твердых реагентов (например, распиливание дров на щепки) значительно ускоряет их горение.

Давление (для газообразных реагентов)
Для реакций с участием газов увеличение давления равносильно увеличению их концентрации, что приводит к росту частоты столкновений молекул и, соответственно, к увеличению скорости реакции.

Исходя из перечисленных факторов, можно заполнить пропуски в задании. Для первого предложения, учитывая количество ячеек (12), наиболее подходящим термином является "концентрация" (в форме родительного падежа "концентрации"). Второе предложение устанавливает прямую зависимость, которая справедлива и для концентрации, и для температуры. Для логической связности и однозначности ответа следует использовать один и тот же фактор в обоих предложениях.

Ответ: Скорость реакции зависит от концентрации. Чем выше концентрация, тем выше скорость химической реакции.

4. Скорость реакции зависит от концентрации реагентов. Пример — взаимодействие тиосульфата натрия с соля-ной кислотой:

$Na_2S_2O_3 + HCl = \text{____} + \text{____} + \text{____}$

Укажите, в каком случае скорость данной реакции выше, при условии, что молярная концентрация раствора тиосульфата натрия постоянна:

а) молярная концентрация $HCl$ $0,5 \text{ моль/л}$

б) молярная концентрация $HCl$ $0,25 \text{ моль/л}$

в) молярная концентрация $HCl$ $0,1 \text{ моль/л}$

Ответ: ____

Сделайте вывод: чем выше концентрация реагирующих веществ, тем выше

Скорость реакции зависит от концентрации реагентов. Пример — взаимодействие тиосульфата натрия с соляной кислотой. Уравнение этой реакции с расставленными коэффициентами:

$Na_2S_2O_3 + 2HCl = 2NaCl + SO_2 \uparrow + S \downarrow + H_2O$

Ниже представлено решение вопроса о влиянии концентрации соляной кислоты на скорость данной реакции.

Дано:

Реакция: $Na_2S_2O_3(р-р) + 2HCl(р-р) \rightarrow 2NaCl(р-р) + SO_2(г) + S(тв) + H_2O(ж)$

Молярная концентрация раствора тиосульфата натрия постоянна: $C_M(Na_2S_2O_3) = const$

Варианты молярной концентрации раствора соляной кислоты:

а) $C_{M1}(HCl) = 0,5$ моль/л

б) $C_{M2}(HCl) = 0,25$ моль/л

в) $C_{M3}(HCl) = 0,1$ моль/л

Найти:

В каком случае скорость данной реакции выше?

Решение:

Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Кинетическое уравнение для данной реакции имеет общий вид:

$v = k \cdot [Na_2S_2O_3]^m \cdot [HCl]^n$

где $v$ — скорость реакции, $k$ — константа скорости, $[Na_2S_2O_3]$ и $[HCl]$ — молярные концентрации реагентов.

По условию задачи, концентрация тиосульфата натрия $[Na_2S_2O_3]$ является постоянной величиной. Следовательно, скорость реакции в данном случае зависит только от концентрации второго реагента — соляной кислоты $[HCl]$.

$v \sim [HCl]^n$

Это означает, что чем выше концентрация соляной кислоты, тем больше число ее частиц в единице объема раствора, что ведет к увеличению частоты эффективных столкновений между реагентами и, как следствие, к увеличению скорости реакции.

Рассмотрим предложенные варианты:

а) молярная концентрация HCl 0,5 моль/л

Это самая высокая концентрация HCl из предложенных. Следовательно, при этом условии скорость реакции будет максимальной.

б) молярная концентрация HCl 0,25 моль/л

Данная концентрация ниже, чем в варианте а), поэтому скорость реакции будет меньше.

в) молярная концентрация HCl 0,1 моль/л

Это самая низкая из предложенных концентраций, поэтому при данном условии скорость реакции будет минимальной.

Таким образом, наибольшая скорость реакции наблюдается при наибольшей концентрации одного из реагентов (при условии, что концентрация второго постоянна).

Ответ: а

Сделайте вывод: чем выше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость реакции.