Страница 16 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. В случае участия в реакции газообразных веществ увеличение давления приводит к

В случае участия в реакции газообразных веществ увеличение давления приводит к увеличению скорости химической реакции.

Решение

Данное утверждение можно объяснить с точки зрения химической кинетики и принципа химического равновесия.

1. Влияние на скорость реакции

Скорость химической реакции напрямую зависит от концентрации реагирующих веществ, что описывается законом действующих масс. Для газообразных веществ их концентрация $C$ (количество вещества $n$ в объеме $V$, $C = n/V$) прямо пропорциональна давлению $P$ при постоянной температуре. Это следует из уравнения состояния идеального газа: $P = (\frac{n}{V})RT = CRT$.

При увеличении давления (например, за счет уменьшения объема) молекулы газа оказываются ближе друг к другу, то есть их концентрация возрастает. В результате увеличивается частота столкновений между реагирующими частицами, что приводит к увеличению числа эффективных столкновений в единицу времени и, как следствие, к росту скорости реакции.

Для общей реакции вида $aA(г) + bB(г) \rightarrow \text{продукты}$ скорость реакции $v$ выражается уравнением:

$v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$

где $[A]$ и $[B]$ – молярные концентрации веществ, а $k$ – константа скорости. Так как при увеличении давления концентрации $[A]$ и $[B]$ растут, скорость реакции $v$ также увеличивается.

2. Влияние на химическое равновесие (Принцип Ле Шателье)

Если реакция является обратимой, увеличение давления также смещает химическое равновесие. Согласно принципу Ле Шателье, внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, в котором эффект произведенного воздействия ослабляется. Увеличение давления будет способствовать протеканию той реакции (прямой или обратной), которая ведет к уменьшению общего числа молей газообразных веществ, а следовательно, к уменьшению давления.

Например, в реакции синтеза аммиака:

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$

В левой части уравнения находится $1 + 3 = 4$ моль газа, а в правой — $2$ моль газа. Увеличение давления сместит равновесие вправо, в сторону образования аммиака, так как это уменьшает общее число молекул газа в системе.

Если же число молей газов в левой и правой частях уравнения одинаково (например, $H_2(г) + I_2(г) \rightleftharpoons 2HI(г)$), то изменение давления не приведет к смещению равновесия. Однако скорости и прямой, и обратной реакций все равно возрастут.

Таким образом, увеличение скорости реакции является фундаментальным и всеобщим следствием повышения давления для реакций с участием газов.

Ответ: увеличению скорости химической реакции.

реакции зависит от степени измельчения реагентов, т. е. от _______ их ________________.

6.

Решение:

В данном задании необходимо вставить пропущенные слова в утверждение, касающееся факторов, влияющих на скорость химической реакции. Утверждение гласит: «Скорость ___________ реакции зависит от степени измельчения реагентов, т. е. от ___________ их __________________».

1. Разберем первую часть утверждения: «Скорость ___________ реакции зависит от степени измельчения реагентов». Степень измельчения реагентов является важным фактором, когда реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (фазах), например, твердое вещество реагирует с жидкостью или газом. Такие реакции, протекающие на границе раздела фаз, называются гетерогенными. Для гомогенных реакций (где все реагенты в одной фазе, например, в растворе) понятие измельчения не применяется. Следовательно, в первом пропуске должно стоять слово «гетерогенной».

2. Вторая часть утверждения поясняет первую: «...т. е. от ___________ их __________________». Измельчение твердого вещества приводит к увеличению его общей поверхности. Чем больше поверхность, тем больше площадь, на которой реагенты могут контактировать друг с другом для протекания реакции. Таким образом, скорость реакции зависит от площади их соприкосновения.

Проверим соответствие предложенных слов количеству ячеек в задании:

• Слово «площади» состоит из 7 букв, что соответствует первому блоку из 7 ячеек после слов «т. е. от».
• Слово «соприкосновения» состоит из 15 букв, что соответствует второму блоку из 15 ячеек после слова «их».

Таким образом, полностью заполненное предложение будет звучать так: Скорость гетерогенной реакции зависит от степени измельчения реагентов, т. е. от площади их соприкосновения.

Ответ: гетерогенной, площади, соприкосновения.

7. Скорость реакции зависит от наличия _______ — так называют вещество, которое

Ферменты — это _______

Антоним слова «катализатор» — _______.

Скорость реакции зависит от наличия...

В пустые ячейки необходимо вписать слово «катализатора» (11 букв). Катализатор — это химическое вещество, которое изменяет скорость реакции (чаще всего ускоряет), но само в процессе не расходуется и не входит в состав конечных продуктов. Механизм действия катализатора заключается в предоставлении альтернативного пути реакции с более низкой энергией активации. Вторая часть предложения как раз и даёт определение катализатора. Полное предложение звучит так: Скорость реакции зависит от наличия катализатора — так называют вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, оставаясь химически неизменным по её завершении.

Ответ: катализатора.

Ферменты — это...

Ферменты, также известные как энзимы, являются биологическими катализаторами. По своей химической природе это, как правило, глобулярные белки (реже — молекулы РНК, которые называют рибозимами). Они играют ключевую роль во всех процессах жизнедеятельности, многократно ускоряя биохимические реакции в живых клетках. Ферменты обладают высокой специфичностью, то есть каждый фермент действует на определённое вещество (субстрат) и катализирует только один тип химического превращения.

Ответ: биологические катализаторы белковой природы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах.

Антоним слова «катализатор» — ...

Антонимом к слову «катализатор», обозначающему вещество, ускоряющее реакцию, является слово «ингибитор». Ингибиторы — это вещества, которые замедляют или предотвращают протекание химических реакций. Механизм их действия может быть различным, например, они могут дезактивировать катализатор или реагировать с одним из исходных веществ. Следует отметить, что в слове «ингибитор» 9 букв, в то время как в задании для ответа отведено 10 ячеек, что, по всей видимости, является опечаткой.

Ответ: ингибитор.

Часть II

1. С наибольшей скоростью с водой взаимодействует

а) калий б) натрий в) литий г) цезий

Ответ:

Почему?

Напишите уравнение реакции в общем виде, где M — щелочной металл.

$2M + 2H_2O \rightarrow 2MOH + H_2$

1. С наибольшей скоростью с водой взаимодействует

В данном списке представлены щелочные металлы: литий (Li), натрий (Na), калий (K), цезий (Cs). Их химическая активность возрастает в группе сверху вниз. Цезий (Cs) находится в периодической таблице ниже всех остальных представленных металлов, следовательно, он является самым активным и будет реагировать с водой с наибольшей скоростью.
Ответ: г) цезий

Почему?

Все перечисленные элементы являются щелочными металлами и находятся в первой группе главной подгруппы Периодической системы. Их химическая активность, в том числе и скорость реакции с водой, закономерно возрастает сверху вниз по группе (от лития к цезию). Это объясняется увеличением радиуса атомов и, как следствие, уменьшением энергии ионизации. Чем дальше от ядра находится валентный электрон, тем слабее он притягивается к ядру и тем легче атом его отдает, вступая в химическую реакцию. У цезия самый большой атомный радиус и самая низкая энергия ионизации среди представленных металлов, поэтому он реагирует наиболее бурно.
Ответ: Активность щелочных металлов возрастает сверху вниз по группе из-за увеличения атомного радиуса и уменьшения энергии ионизации, что облегчает отдачу валентного электрона.

Напишите уравнение реакции в общем виде, где М — щелочной металл.

Щелочные металлы (обозначим как M) энергично реагируют с водой ($H_2O$), образуя соответствующий гидроксид (щелочь, $MOH$) и выделяя газообразный водород ($H_2$). Сбалансированное уравнение реакции имеет следующий вид:
$2\text{M} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MOH} + \text{H}_2\uparrow$
Ответ: $2\text{M} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MOH} + \text{H}_2\uparrow$

2. Для замедления коррозии стальных изделий используют.

Решение

В пропуски в предложении "Для замедления коррозии стальных изделий используют ________." необходимо вписать слово из 11 букв. Наиболее подходящим по смыслу и количеству букв является слово "замедлители".

Коррозия стали — это самопроизвольный процесс её разрушения в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. В большинстве случаев это электрохимический процесс, в котором на поверхности металла образуются микроскопические гальванические пары. В присутствии влаги и кислорода железо (основной компонент стали) окисляется на анодных участках:

Анодный процесс: $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$

На катодных участках происходит восстановление кислорода:

Катодный процесс: $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Ионы железа $Fe^{2+}$ и гидроксид-ионы $OH^-$ взаимодействуют, образуя в конечном итоге ржавчину, состоящую в основном из гидратированного оксида железа(III) $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$.

Для борьбы с коррозией, то есть для её замедления, применяют различные методы. Одним из эффективных химических методов является использование специальных веществ, которые, будучи введенными в коррозионную среду в небольших количествах, значительно снижают скорость коррозии. Такие вещества называются ингибиторами или замедлителями коррозии.

Слово "замедлители" идеально подходит для ответа на поставленный вопрос по нескольким причинам:

1. Оно состоит ровно из 11 букв, что соответствует количеству пустых ячеек в задании.
2. Оно является синонимом термина "ингибиторы" и напрямую отражает функцию этих веществ — замедлять процесс коррозии.
3. В тексте вопроса используется глагол "замедления", а в ответе — однокоренное существительное "замедлители". Такая тавтологическая структура ("для замедления используют замедлители") часто встречается в учебных заданиях и тестах.

Замедлители (ингибиторы) действуют по-разному: одни создают на поверхности металла защитную пленку (такие вещества называют пассиваторами - это слово также состоит из 11 букв и является хорошим, хотя и более частным, вариантом ответа), другие замедляют анодный или катодный процессы.

Таким образом, наиболее вероятным и точным ответом является слово "замедлители".

Ответ: замедлители.

3. Скорость любой реакции зависит от

а) температуры

б) площади соприкосновения реагирующих веществ

в) концентрации реагентов

г) давления

Ответ: ☐ и ☐

Решение

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагентов или продуктов в единицу времени и зависит от ряда факторов. Чтобы определить, какие из предложенных факторов влияют на скорость *любой* реакции, необходимо проанализировать универсальность каждого из них.

а) температуры. Температура является одним из наиболее универсальных факторов, влияющих на скорость реакции. Согласно теории столкновений, для протекания реакции частицы реагентов должны столкнуться, обладая достаточной энергией, называемой энергией активации ($E_a$). Повышение температуры увеличивает среднюю кинетическую энергию частиц. В результате они движутся быстрее, сталкиваются чаще, и, что самое главное, значительно увеличивается доля частиц, энергия которых достаточна для преодоления активационного барьера. Это приводит к увеличению скорости практически любой химической реакции.

б) площади соприкосновения реагирующих веществ. Этот фактор является определяющим только для гетерогенных реакций, в которых реагенты находятся в разных фазах (например, твердое вещество с жидкостью или газом). Увеличение площади поверхности контакта, например, путем измельчения твердого реагента, увеличивает количество мест, где может произойти реакция, и тем самым ускоряет ее. Для гомогенных реакций, где все вещества находятся в одной фазе (газовой смеси или растворе), частицы уже перемешаны на молекулярном уровне, и понятие площади соприкосновения к ним неприменимо. Следовательно, этот фактор не является универсальным.

в) концентрации реагентов. Скорость реакции напрямую зависит от частоты столкновений между частицами реагентов. Увеличение концентрации означает увеличение числа частиц в единице объема, что приводит к более частым столкновениям и, соответственно, к росту скорости реакции. Эта зависимость описывается законом действующих масс и является фундаментальной для реакций, протекающих в растворах и в газовой фазе. Хотя существуют реакции нулевого порядка (скорость которых не зависит от концентрации конкретного вещества), в целом скорость реакции определяется концентрацией хотя бы одного из реагентов.

г) давления. Давление существенно влияет на скорость реакций с участием газообразных веществ. Для газов повышение давления эквивалентно увеличению их концентрации, что, как описано выше, ускоряет реакцию. Однако на реакции, протекающие в конденсированных фазах (жидкостях и твердых телах), изменение внешнего давления практически не оказывает влияния, так как они малосжимаемы. Таким образом, давление не является фактором, влияющим на скорость *любой* реакции.

Исходя из анализа, наиболее общими и фундаментальными факторами, от которых зависит скорость подавляющего большинства химических реакций, являются температура и концентрация реагентов. Остальные факторы применимы лишь к определенным типам реакционных систем. В задании требуется выбрать два варианта, поэтому наиболее корректным выбором будут (а) и (в).

Ответ: а и в.