Номер 1, страница 62, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Перечислите факторы, влияющие на скорость химических реакций, и объясните причины их влияния.

Скорость химической реакции — это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Существует несколько основных факторов, влияющих на скорость химических реакций.

1. Природа реагирующих веществ

Химическая активность веществ определяется их электронным строением, прочностью и полярностью химических связей, а также строением молекул. Эти свойства определяют величину энергии активации ($E_a$) — минимальной избыточной энергии, которую должны иметь частицы, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Чем ниже энергия активации, тем большее число столкновений будет эффективным и, следовательно, тем выше скорость реакции. Например, реакция цинка с соляной кислотой протекает гораздо быстрее, чем с уксусной кислотой той же концентрации, так как соляная кислота — более сильный электролит и ее активность выше.

Ответ: Природа реагентов определяет энергию активации реакции. Чем активнее вещества (чем ниже энергия активации), тем выше скорость реакции.

2. Концентрация реагирующих веществ

Согласно теории столкновений, для протекания реакции частицы реагентов должны столкнуться. Увеличение концентрации (количества частиц в единице объема) приводит к тому, что частицы находятся ближе друг к другу и сталкиваются чаще. Это увеличивает общее число столкновений в единицу времени и, как следствие, число эффективных столкновений, что и приводит к росту скорости реакции. Эта зависимость выражается законом действующих масс. Для элементарной реакции вида $aA + bB \rightarrow продукты$ скорость реакции ($\text{v}$) прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов: $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$, где $[A]$ и $[B]$ — молярные концентрации веществ, а $\text{k}$ — константа скорости.

Ответ: Увеличение концентрации реагентов ведет к увеличению частоты столкновений между их частицами, что, в свою очередь, повышает скорость реакции.

3. Температура

Повышение температуры увеличивает среднюю кинетическую энергию движущихся частиц (атомов, молекул, ионов). Это приводит к двум эффектам:

1. Частицы начинают двигаться быстрее, что увеличивает частоту их столкновений.

2. Увеличивается сила столкновений, и, что самое главное, резко возрастает доля «активных» частиц, обладающих энергией, равной или превышающей энергию активации. Именно второй фактор вносит основной вклад в увеличение скорости реакции. Эмпирическое правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.

Ответ: Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию частиц, что приводит к более частым и энергичным столкновениям и, главное, к значительному увеличению доли частиц, способных преодолеть активационный барьер, что и ускоряет реакцию.

4. Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Этот фактор имеет значение для гетерогенных реакций, в которых реагенты находятся в разных агрегатных состояниях (например, твердое вещество и жидкость, или твердое вещество и газ). Химическое взаимодействие происходит только на границе раздела фаз. Чем больше площадь этой поверхности, тем больше частиц может одновременно вступать в реакцию. Поэтому измельчение твердого реагента (например, использование металлического порошка вместо цельного куска) увеличивает общую площадь контакта и, как следствие, значительно повышает скорость реакции. Например, древесная пыль в воздухе сгорает со взрывом, в то время как полено горит медленно.

Ответ: Увеличение площади поверхности соприкосновения в гетерогенных реакциях увеличивает число активных центров, где может происходить взаимодействие, что приводит к росту скорости реакции.

5. Давление (для реакций с участием газов)

Изменение давления существенно влияет на скорость реакций, в которых участвует хотя бы одно газообразное вещество. Увеличение давления приводит к уменьшению объема системы, что равносильно увеличению концентрации газообразных реагентов. В большем количестве молекул газа на единицу объема увеличивается вероятность их столкновений, что, по аналогии с влиянием концентрации в растворах, приводит к увеличению скорости реакции.

Ответ: Увеличение давления для газовых реакций повышает концентрацию реагентов, что ведет к увеличению частоты столкновений их молекул и, как следствие, к росту скорости реакции.

6. Наличие катализатора или ингибитора

Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в итоге не расходуется. Механизм действия катализатора заключается в том, что он предоставляет альтернативный маршрут реакции с более низкой энергией активации. Катализатор вступает во временное химическое взаимодействие с реагентами, образуя промежуточные соединения, которые затем легче превращаются в продукты реакции.

Ингибитор — вещество, замедляющее химическую реакцию. Ингибиторы действуют противоположно катализаторам: они увеличивают энергию активации или блокируют активные центры реагентов, уменьшая число эффективных столкновений.

Ответ: Катализаторы ускоряют реакцию, предоставляя ей путь с более низкой энергией активации. Ингибиторы замедляют реакцию, повышая ее энергию активации или иным образом снижая эффективность столкновений реагентов.