Лабораторная работа №6, страница 65, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Влияние температуры, концентрации и размера частиц на скорость реакции

Реактивы: раствор серной кислоты, 5%, 10%-ные растворы соля-ной кислоты, таблетки цинка или алюминия, таблетки и порошок железа, раствор пероксида водорода, оксид марганца (IV).

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, пробиркодержатель, штатив для пробирок, спиртовка.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

1. Влияние температуры. В две пробирки налейте по 2 мл серной кислоты, опустите в них по 1 грануле алюминия или цинка. Содер-жимое одной из пробирок нагрейте. По интенсивности выделения пузырьков водорода сделайте вывод о влиянии температуры на скорость химической реакции.

2. Влияние концентрации реагирующих веществ. В две пробирки поместите по одной грануле цинка, в одну прилейте 2 мл 5%-ной, соляной кислоты, в другую — столько же 10%-ной соляной кислоты. Где более интенсивно проходит реакция? Почему? Сделайте вывод.

3. Влияние поверхности соприкосновения реагентов. В одну пробирку опустите гранулу железа, в другую насыпьте порошок железа. Налейте в пробирки по 2 мл соляной кислоты одинаковой концентрации. Наблюдайте, в какой пробирке реакция идет быстрее. Почему? Сделайте вывод.

1. Влияние температуры.

Решение:

В ходе эксперимента наблюдается реакция между металлом (алюминием или цинком) и серной кислотой. Уравнение реакции для цинка:

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Уравнение реакции для алюминия:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$

В обеих реакциях выделяется газообразный водород, что наблюдается как появление пузырьков. Скорость реакции оценивается по интенсивности выделения этих пузырьков.

В пробирке, которую нагревают, реакция протекает значительно быстрее, что проявляется в более бурном выделении водорода по сравнению с пробиркой при комнатной температуре. Это происходит потому, что при повышении температуры увеличивается кинетическая энергия частиц (ионов в растворе и атомов металла). В результате частицы начинают двигаться быстрее, что приводит к увеличению частоты их столкновений. Кроме того, что более важно, увеличивается доля "активных" столкновений, то есть столкновений, обладающих достаточной энергией (превышающей энергию активации) для того, чтобы привести к химическому превращению. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Таким образом, нагревание ускоряет химическую реакцию.

Ответ: При повышении температуры скорость химической реакции увеличивается, так как растет кинетическая энергия реагирующих частиц, что приводит к увеличению частоты и эффективности их столкновений.

2. Влияние концентрации реагирующих веществ.

Решение:

В этом эксперименте сравнивается скорость реакции цинка с соляной кислотой разной концентрации. Уравнение реакции:

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

В пробирке, где используется 10%-ный раствор соляной кислоты, реакция будет протекать более интенсивно, чем в пробирке с 5%-ным раствором. Это означает, что пузырьки водорода будут выделяться быстрее и в большем количестве за единицу времени.

Причина этого заключается в том, что концентрация — это количество вещества в единице объема. В 10%-ном растворе HCl содержится больше молекул соляной кислоты (и, следовательно, ионов водорода $H^+$) в том же объеме, чем в 5%-ном растворе. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Увеличение концентрации реагента (HCl) приводит к увеличению числа столкновений между частицами цинка и ионами водорода в единицу времени, что, в свою очередь, увеличивает скорость реакции.

Ответ: Реакция проходит более интенсивно в пробирке с 10%-ной соляной кислотой. Увеличение концентрации одного из реагентов приводит к увеличению скорости химической реакции, так как увеличивается частота столкновений между частицами реагирующих веществ.

3. Влияние поверхности соприкосновения реагентов.

Решение:

В данном опыте исследуется гетерогенная реакция между твердым железом и раствором соляной кислоты. Уравнение реакции:

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

Наблюдения показывают, что реакция в пробирке с порошком железа идет значительно быстрее, чем в пробирке с гранулой железа. Выделение пузырьков водорода в случае с порошком гораздо более бурное.

Это объясняется тем, что химическая реакция между твердым веществом и жидкостью (или газом) происходит на поверхности их соприкосновения. Порошок железа, состоящий из множества мелких частиц, при той же массе имеет гораздо большую суммарную площадь поверхности, чем одна цельная гранула. Большая площадь поверхности означает, что гораздо большее число атомов железа одновременно доступно для контакта с ионами водорода из раствора кислоты. Это приводит к увеличению числа эффективных столкновений в единицу времени и, как следствие, к резкому возрастанию скорости реакции.

Ответ: Реакция идет быстрее в пробирке с порошком железа. Увеличение площади поверхности соприкосновения реагентов (в данном случае, измельчение твердого вещества) увеличивает скорость гетерогенной реакции, так как увеличивается число мест, где могут происходить столкновения частиц.