Практическая работа 1, страница 16 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 1. Классификация химических реакций. Параграф 4. Практическая работа 1. Изучение влияния условий проведения химической реакции на её скорость - страница 16.

Условие.

● Какие правила техники безопасности нужно соблюдать при работе с кислотами и пероксидом водорода?

1. Влияние природы реагирующих веществ

1) В три пробирки налейте соляную кислоту. В первую пробирку положите кусочек магния, во вторую — кусочек цинка, в третью — кусочек меди. Что наблюдаете? Какая из реакций протекает быстрее?

2) Налейте в одну пробирку соляной кислоты, в другую — такое же количество уксусной кислоты (концентрация кислот должна быть одинаковой). Опустите в каждую пробирку по две гранулы цинка. Определите, какая реакция протекает быстрее.

2. Влияние концентрации реагирующих веществ

В две пробирки поместите по одной грануле цинка. В одну пробирку прилейте 1 мл 30%-ной соляной кислоты, в другую — 1 мл 10%-ной соляной кислоты. Где более интенсивно проходит реакция? Почему?

3. Влияние поверхности соприкосновения реагентов

В одну пробирку опустите кусочек мела, в другую насыпьте немного порошка мела. Налейте в пробирки по 1,5 мл соляной кислоты одинаковой концентрации. Есть ли разница в скорости выделения газа?

4. Влияние температуры

В две пробирки опустите по одной грануле цинка. Налейте в каждую пробирку по 1 мл соляной кислоты одинаковой концентрации. Одну пробирку опустите в стакан с горячей водой. Сравните интенсивность выделения пузырьков водорода в пробирках и сделайте вывод о влиянии температуры на скорость химической реакции.

5. Влияние катализатора

В пробирку налейте 1 мл пероксида водорода и внесите тлеющую лучинку, не прикасаясь к жидкости. Что наблюдаете? Добавьте к пероксиду водорода несколько кристалликов оксида марганца(IV) $MnO_2$ и снова внесите тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Какую роль играет $MnO_2$?

6. Отчёт о работе составьте в произвольной форме и сделайте общий вывод. Личный результат

Я знаю, какие факторы влияют на скорость химической реакции.

Решение.

Решение 2.

Какие правила техники безопасности нужно соблюдать при работе с кислотами и пероксидом водорода?

При работе с кислотами и пероксидом водорода необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

• Всегда надевать защитные очки для предотвращения попадания брызг в глаза.
• Использовать защитный халат и перчатки для защиты кожи и одежды.
• Работу с концентрированными кислотами и пероксидом водорода проводить в вытяжном шкафу.
• При разбавлении кислот, необходимо медленно приливать кислоту к воде, а не наоборот, чтобы избежать бурного вскипания и разбрызгивания.
• Избегать контакта химических веществ с кожей и слизистыми оболочками. В случае попадания, немедленно промыть пораженный участок большим количеством воды.
• Не допускать смешивания концентрированного пероксида водорода с горючими веществами, так как он является сильным окислителем и может вызвать воспламенение.
• Пробирки с реагирующими веществами нельзя закрывать пробкой, особенно если реакция идет с выделением газа. Отверстие пробирки следует направлять в сторону от себя и от других людей.

Ответ: Необходимо использовать средства индивидуальной защиты (очки, халат, перчатки), работать в проветриваемом помещении или под тягой, правильно разбавлять кислоты (кислоту в воду) и избегать контакта реагентов с кожей и слизистыми.

1. Влияние природы реагирующих веществ

1)

Наблюдения:

• В первой пробирке с магнием ($Mg$) наблюдается очень бурная реакция с соляной кислотой ($HCl$), происходит интенсивное выделение пузырьков газа (водорода). Пробирка заметно нагревается.
• Во второй пробирке с цинком ($Zn$) реакция протекает менее активно, чем с магнием, но также наблюдается равномерное выделение пузырьков газа.
• В третьей пробирке с медью ($Cu$) видимых признаков реакции не наблюдается.

Какая из реакций протекает быстрее?

Самая быстрая реакция — взаимодействие магния с соляной кислотой. Это объясняется тем, что скорость реакции зависит от химической активности металла. В ряду активности металлов магний стоит левее цинка, а цинк — левее водорода. Медь стоит правее водорода, поэтому она не вытесняет его из соляной кислоты.

Уравнения реакций:

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

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

$Cu + HCl \rightarrow \text{реакция не идет}$

Ответ: Быстрее всего протекает реакция магния с соляной кислотой. В пробирке с медью реакция не идет.

2)

Наблюдения:

В обеих пробирках с гранулами цинка наблюдается выделение газа, однако в пробирке с соляной кислотой ($HCl$) реакция протекает значительно быстрее и интенсивнее, чем в пробирке с уксусной кислотой ($CH_3COOH$).

Определение, какая реакция протекает быстрее:

Реакция цинка с соляной кислотой протекает быстрее. Соляная кислота является сильной кислотой и в водном растворе практически полностью диссоциирует на ионы $H^+$ и $Cl^-$. Уксусная кислота — слабая, она диссоциирует лишь частично. Следовательно, при одинаковой молярной концентрации кислот, концентрация ионов водорода $H^+$, непосредственно реагирующих с цинком, в растворе соляной кислоты намного выше. Чем выше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость реакции.

Ответ: Реакция с соляной кислотой протекает быстрее, так как соляная кислота — сильная, и концентрация ионов водорода в ней выше, чем в слабой уксусной кислоте той же концентрации.

2. Влияние концентрации реагирующих веществ

Где более интенсивно проходит реакция? Почему?

Реакция более интенсивно проходит в пробирке с 30%-ной соляной кислотой. Скорость химической реакции напрямую зависит от концентрации реагирующих веществ. В 30%-ном растворе концентрация молекул $HCl$ (и, соответственно, ионов $H^+$) выше, чем в 10%-ном. Это приводит к увеличению числа столкновений частиц цинка и ионов водорода в единицу времени, что и вызывает более высокую скорость реакции.

Ответ: Реакция интенсивнее в пробирке с 30%-ной соляной кислотой, так как скорость реакции возрастает с увеличением концентрации реагентов.

3. Влияние поверхности соприкосновения реагентов

Есть ли разница в скорости выделения газа?

Да, разница есть. В пробирке, куда насыпали порошок мела ($CaCO_3$), реакция с соляной кислотой ($HCl$) протекает гораздо быстрее и бурнее, чем в пробирке с кусочком мела. Это проявляется в более интенсивном выделении углекислого газа ($CO_2$).

Это объясняется тем, что у порошка значительно больше площадь поверхности соприкосновения с кислотой по сравнению с целым куском. Чем больше площадь поверхности твердого реагента, тем больше частиц могут одновременно вступать в реакцию, что и увеличивает её скорость.

Уравнение реакции: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: Да, есть. Порошок мела реагирует значительно быстрее, чем кусок, так как у порошка больше площадь поверхности соприкосновения.

4. Влияние температуры

Сравнение интенсивности и вывод:

В пробирке, помещенной в стакан с горячей водой, выделение пузырьков водорода происходит значительно интенсивнее, чем в пробирке, находящейся при комнатной температуре. Это свидетельствует о том, что скорость реакции цинка с соляной кислотой в горячей воде выше.

Вывод: Повышение температуры приводит к увеличению скорости химической реакции. Это происходит потому, что при нагревании увеличивается кинетическая энергия частиц. Они начинают двигаться быстрее, что приводит к увеличению частоты их столкновений. Кроме того, возрастает доля "эффективных" столкновений, то есть тех, которые обладают достаточной энергией для преодоления энергетического барьера реакции (активационной энергии).

Ответ: В горячей воде реакция идет быстрее. Вывод: скорость химической реакции увеличивается с повышением температуры.

5. Влияние катализатора

Наблюдения и роль $MnO_2$:

• При внесении тлеющей лучинки в пробирку с пероксидом водорода ($H_2O_2$) ничего не происходит. Это говорит о том, что без катализатора разложение пероксида водорода при комнатной температуре протекает очень медленно, и кислород практически не выделяется.
• После добавления кристалликов оксида марганца(IV) ($MnO_2$) начинается бурное выделение газа (вспенивание). Если в этот момент снова внести тлеющую лучинку, она ярко вспыхивает. Это доказывает, что выделяющийся газ — кислород.

Роль $MnO_2$: Оксид марганца(IV) играет роль катализатора. Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется. $MnO_2$ предоставляет альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации, что и приводит к резкому увеличению скорости разложения пероксида водорода.

Уравнение реакции: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$

Ответ: Без $MnO_2$ реакция не идет, с $MnO_2$ — бурно выделяется газ, зажигающий тлеющую лучинку. $MnO_2$ является катализатором реакции разложения пероксида водорода.

6. Отчёт о работе составьте в произвольной форме и сделайте общий вывод.

В ходе проделанной работы было экспериментально исследовано влияние различных факторов на скорость химических реакций.

1. Было установлено, что скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Активные металлы (магний) реагируют с кислотами быстрее, чем менее активные (цинк), а сильные кислоты (соляная) реагируют быстрее, чем слабые (уксусная).
2. Было показано, что скорость реакции зависит от концентрации: 30%-ная соляная кислота реагирует с цинком быстрее, чем 10%-ная.
3. Было определено, что для гетерогенных реакций важна площадь поверхности соприкосновения реагентов. Порошок мела реагирует с кислотой значительно быстрее, чем кусок мела.
4. Было продемонстрировано влияние температуры: при нагревании реакция цинка с кислотой значительно ускоряется.
5. Была изучена роль катализатора: оксид марганца(IV) резко ускоряет реакцию разложения пероксида водорода, сам при этом не расходуясь.

Общий вывод:

Скорость химической реакции является величиной, которая зависит от множества факторов, включая природу и концентрацию реагентов, температуру, площадь поверхности соприкосновения (для гетерогенных систем) и наличие катализаторов. Управляя этими факторами, можно изменять скорость протекания химических процессов в желаемую сторону.

Ответ: Скорость химической реакции зависит от природы и концентрации реагентов, температуры, площади их соприкосновения и наличия катализатора.