Решебник по химии 9 класс Габриелян §3

Для расчёта скорости химической реакции используют изменение концентрации вещества (реагента или продукта) и промежуток времени, за который произошло это изменение. Формула для расчёта скорости выглядит так:

где:

v — скорость реакции,

Δc — изменение концентрации вещества (в моль/л),

Δt — время, за которое произошло изменение (в секундах).

Таким образом, чтобы определить скорость химической реакции, нужно знать, насколько изменилась концентрация вещества за определённый промежуток времени.

В первой пробирке (Na₂S₂O₃ + BaCl₂) реакция идёт мгновенно. Сразу после добавления хлорида бария появляется белый осадок — сульфат бария (BaSO₄), что указывает на быстрое протекание химической реакции по уравнению обмена:

(Na₂S₂O₃ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl + SO₂ + S↓ + H₂O)

Во второй пробирке, где добавлена соляная кислота, осадок появляется не сразу. Раствор сначала остаётся прозрачным, но через некоторое время начинает мутнеть, появляется белесый осадок серы и запах сернистого газа. Это говорит о медленной реакции, происходящей с образованием нестойких промежуточных веществ.

Различие процессов:

– В первой пробирке реакция идёт быстро, сразу появляется осадок.

– Во второй пробирке реакция идет медленно, продукты (сера, SO₂) образуются не сразу.

Таким образом, основное отличие — это скорость протекания реакции: быстрая в первой пробирке (реакция ионного обмена) и медленная во второй (сложная реакция с участием кислоты).

Это связано с тем, что магний (Mg) — более активный металл, чем железо (Fe). В ряду активности металлов магний находится выше железа, поэтому он быстрее и энергичнее реагирует с кислотой, вытесняя водород.

(Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑)

(Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑)

Обе реакции являются реакциями замещения, в которых металл вытесняет водород из кислоты. Однако скорость реакции зависит от активности металла, поэтому магний даёт более бурное выделение газа (водорода).

Интенсивнее образование пузырьков газа будет в пробирке с соляной кислотой.

Это связано с тем, что соляная кислота (HCl) — это сильная кислота, она полностью диссоциирует в воде и отдаёт больше ионов H⁺, которые участвуют в реакции.

Уксусная кислота (CH₃COOH) — слабая кислота, она диссоциирует неполностью, а значит, даёт меньше ионов водорода.

Поэтому при взаимодействии с цинком в соляной кислоте реакция идёт быстрее, выделяется больше пузырьков водорода:

(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑)

(Zn + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Zn + H₂↑)

Таким образом, разница в интенсивности выделения газа объясняется силой кислот: сильная кислота вызывает более быструю реакцию и интенсивное выделение водорода.

Сразу после того как в пробирку с серной кислотой опускают стальную кнопку (железо), реакция идёт медленно — можно наблюдать слабое или незаметное выделение пузырьков газа (водорода), потому что железо реагирует с кислотой с небольшой скоростью при комнатной температуре.

После нагревания пробирки на пламени спиртовки реакция резко ускоряется: появляется интенсивное выделение пузырьков газа, раствор начинает «кипеть» — это водород, выделяющийся в ходе реакции.

Скорость реакции увеличилась, потому что при повышении температуры частицы начинают двигаться быстрее, чаще сталкиваются, и это ускоряет ход реакции.

(Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑)

Таким образом, опыт показывает, что температура — один из факторов, влияющих на скорость химической реакции: при её повышении скорость возрастает.

Объём раствора в каждой пробирке — 5 мл, но количество вещества (тиосульфата натрия) разное:

• В первой пробирке: 1 мл Na₂S₂O₃ + 4 мл воды → самая низкая концентрация

• Во второй пробирке: 3 мл Na₂S₂O₃ + 2 мл воды → средняя концентрация

• В третьей пробирке: 5 мл Na₂S₂O₃, без разбавления → максимальная концентрация

После добавления в каждую пробирку 2 мл соляной кислоты, начинается реакция:

Во всех пробирках происходит помутнение раствора и образование осадка серы, а также выделение сернистого газа с характерным запахом.

Но скорость появления помутнения и осадка разная:

• В третьей пробирке (максимальная концентрация) осадок появляется быстрее всего.

• Во второй пробирке — позже.

• В первой пробирке (минимальная концентрация) — самое медленное помутнение.

Вывод: Чем выше концентрация реагирующего вещества (тиосульфата натрия), тем быстрее протекает реакция. Это связано с тем, что при высокой концентрации больше частиц взаимодействуют между собой, и скорость химической реакции возрастает.

В результате взаимодействия мрамора (CaCO₃) с соляной кислотой (HCl) происходит химическая реакция с выделением углекислого газа:

(CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O)

• В первом стакане, где кусочек мрамора целый, реакция идёт медленно, выделяется небольшое количество пузырьков газа.

• Во втором стакане, где мрамор измельчён, реакция проходит намного быстрее, наблюдается бурное выделение пузырьков газа.

При измельчении увеличивается площадь соприкосновения мрамора с кислотой. Чем больше площадь поверхности твердого вещества, тем быстрее идёт химическая реакция, так как большее количество частиц может одновременно вступать в взаимодействие.

Вывод: Скорость химической реакции увеличивается при увеличении площади соприкосновения реагирующих веществ. Измельчение твердого вещества ускоряет реакцию.

Учёный Константин Сигизмундович Кирхгоф совершил открытие катализаторов — веществ, которые ускоряют химическую реакцию, но не расходуются в ходе самой реакции. Он установил, что разложение крахмала на сахара (гидролиз) в присутствии серной кислоты идёт гораздо быстрее.

Роль серной кислоты в этой реакции — каталитическая: она выступает в роли катализатора, ускоряя процесс гидролиза, но при этом не входит в состав продуктов реакции и не изменяется.

Это наблюдаемое явление можно назвать катализом, а конкретно — кислотным катализом, так как ускорение реакции происходит за счёт присутствия кислоты.

При добавлении оксида марганца(IV) (MnO₂) в раствор пероксида водорода (H₂O₂) наблюдается бурное выделение пузырьков газа — это кислород, который образуется в ходе разложения пероксида водорода. Реакция становится значительно быстрее, чем без добавления оксида марганца.

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑)

Оксид марганца(IV) в этом процессе не расходуется и остаётся в растворе даже после завершения реакции. Он только ускоряет её, но сам в реакцию не вступает.

Вывод: Оксид марганца(IV) играет роль катализатора — вещества, которое ускоряет химическую реакцию, но не изменяется в процессе. Это классический пример катализа. Таким образом, чёрный порошок оксида марганца(IV) не исчезает после завершения реакции.

Скоростью химической реакции называют изменение концентрации вещества (реагента или продукта) в единицу времени. Скорость показывает, как быстро протекает реакция — насколько быстро расходуются исходные вещества или образуются продукты.

(2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O) — нейтрализация щёлочи кислотой происходит почти мгновенно.

(Fe + O₂ → Fe₂O₃) — ржавление железа на воздухе занимает много времени (дни, недели).

Скорость химической реакции зависит от следующих факторов:

• Природа веществ. Реакции между более активными веществами протекают быстрее. Например, Mg реагирует с кислотой быстрее, чем Fe.

• Температура. При повышении температуры скорость реакции увеличивается, так как частицы движутся быстрее, чаще сталкиваются.

• Концентрация веществ. Чем выше концентрация, тем больше частиц, чаще столкновения, быстрее реакция.

• Площадь соприкосновения. Твёрдые вещества реагируют быстрее, если измельчены (например, порошок мела реагирует быстрее, чем кусок).

• Катализатор. Вещества, ускоряющие реакцию, не расходуясь при этом. Например, MnO₂ ускоряет разложение H₂O₂.

(Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑)

1. Измельчение цинка (увеличение площади соприкосновения реагентов).

2. Повышение температуры раствора.

3. Повышение концентрации серной кислоты.

4. Использование катализатора (например, медь ускоряет некоторые реакции водорода с металлами, но в этом случае обычно не применяется).

Все эти меры способствуют увеличению частоты столкновений частиц, а значит, ускоряют реакцию.

Продукты хранят при низких температурах, потому что при понижении температуры скорость химических реакций уменьшается. Это замедляет процессы гниения, брожения, разложения и размножения микроорганизмов, из-за чего продукты дольше сохраняются свежими.

• Увеличение скорости реакции: подогревание уксуса с содой для усиленного выделения углекислого газа при выпечке.

• Уменьшение скорости реакции: хранение лекарств в холодильнике — это замедляет их разложение.

• Увеличение скорости реакции: добавление дрожжей и тёплой воды в тесто для ускорения брожения.

• Уменьшение скорости: покрытие железа краской для замедления реакции с кислородом (защита от коррозии).

Скорость химической реакции (v) рассчитывается по формуле:

v = Δc / Δt

Где:

Δc = 0,86 − 0,26 = 0,60 моль/л

Δt = 2 мин = 120 с

v = 0,60 моль/л / 120 с = 0,005 моль/(л·с)

Ответ: Скорость химической реакции составляет 0,005 моль/(л·с).

Я нашёл видео опыта, в котором проводится разложение пероксида водорода с использованием оксида марганца(IV) в качестве катализатора.

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑)

Оксид марганца(IV) — MnO₂

Катализатор ускоряет разложение пероксида водорода на воду и кислород. Без катализатора реакция идёт очень медленно, но при его добавлении начинается быстрое выделение пузырьков газа (кислорода). Катализатор при этом не расходуется, остаётся в реакции в неизменном виде.