Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §3

Скорость химических реакций

Стр. 19

Вопросы

1. Какие вещества называют катализаторами?

Катализаторами называют вещества, которые ускоряют химическую реакцию, но сами при этом не расходуются и не входят в состав конечных продуктов реакции. Они лишь участвуют во временных стадиях процесса, изменяя путь реакции и понижая её энергию активации, что приводит к увеличению скорости. Катализаторы могут быть как неорганическими (например, оксиды, соли металлов), так и органическими (например, ферменты в живых организмах).

2. Приведите примеры каталитических реакций.

Один из распространённых примеров каталитической реакции — разложение пероксида водорода (H₂O₂) в присутствии оксида марганца(IV):

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑) — реакция ускоряется при добавлении MnO₂.

Другой пример — получение аммиака из азота и водорода в промышленности (процесс Габера) с использованием железного катализатора:

(N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃)

Также в автомобильных катализаторах используются платина, родий и палладий для ускорения разложения вредных выхлопных газов.

3. Как осуществляются химические реакции в живых организмах?

В живых организмах химические реакции осуществляются с помощью особых белковых катализаторов — ферментов. Эти вещества значительно ускоряют биохимические процессы, которые при обычных условиях происходили бы слишком медленно. Ферменты работают избирательно, действуя только на определённые вещества (субстраты), и обеспечивают высокую эффективность реакций даже при низких температурах. Например, фермент каталаза в клетках разлагает перекись водорода:

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑), предотвращая тем самым повреждение клеток.

Стр. 22

Подумай, ответь, выполни

1. Что такое скорость химической реакции и как её определяют?

Скорость химической реакции — это физическая величина, показывающая, как быстро происходит превращение реагирующих веществ в продукты. Она определяется как изменение концентрации одного из веществ (реагента или продукта) за единицу времени. Концентрацию вещества чаще всего выражают в моль/л, а время — в секундах. Формула выглядит так:

v = (c₂ – c₁) / (t₂ – t₁),

где v — скорость реакции, c₁ и c₂ — начальная и конечная концентрации вещества, t₁ и t₂ — моменты времени.

Например, если в растворе было 0,5 моль/л вещества, а через 50 секунд стало 0,35 моль/л, то скорость реакции:

(0,5 – 0,35) / 50 = 0,003 моль/(л·с).

Скорость зависит от природы веществ, температуры, концентрации, площади соприкосновения и наличия катализатора.

2. Приведите примеры реакций, замедление или ускорение которых имеет положительное или отрицательное значение для производства либо в быту.

Ускорение химической реакции может иметь положительное значение, например, в промышленности при производстве пластмасс или удобрений — если повысить температуру или использовать катализатор, продукция будет образовываться быстрее. Ещё один пример — расщепление перекиси водорода с помощью фермента каталазы в живых организмах: ускорение этой реакции предотвращает отравление клеток.

Замедление реакции может быть полезным, например, при сохранении продуктов питания — охлаждение замедляет микробиологические процессы. В быту — покрытие железа краской предотвращает ржавление, то есть замедляет окислительные процессы.

3. В таблице 5 указаны условия, влияющие на скорость химических реакций, и даны примеры. Назовите для каждого условия один–два дополнительных примера, составьте уравнения реакций и дайте обоснование их осуществления.

1. Природа веществ:

Калий (K) и вода реагируют мгновенно:

(2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑)

Алюминий с водой почти не реагирует из-за оксидной плёнки. Это объясняет разницу в скорости — калий активнее.

2. Концентрация:

Соляная кислота высокой концентрации быстрее реагирует с цинком:

(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑)

Если кислота разбавлена, реакция идёт медленнее — меньше столкновений частиц.

3. Площадь поверхности:

Порошкообразное железо быстрее реагирует с серой:

(Fe + S → FeS)

Если взять крупные куски, то реакция будет медленной, так как площадь соприкосновения меньше.

4. Температура:

При нагревании реакция углерода с кислородом идёт интенсивно:

(C + O₂ → CO₂)

Без нагрева — практически не начинается.

5. Наличие катализатора:

Разложение пероксида водорода ускоряется в присутствии оксида марганца(IV): (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑)

Катализатор снижает энергию активации, ускоряя реакцию.

4. В сосуде ёмкостью 2 л газы A и B реагируют в соответствии с уравнением

A + B = 2C

В начале реакции газа A было 0,4 моль, а через 2 с было обнаружено 0,2 моль продукта. Определите скорость реакции.

Согласно уравнению, на каждые 2 моль C образуется по 1 моль A и 1 моль B.

Если образовалось 0,2 моль C, значит израсходовано 0,1 моль A.

Скорость реакции определяется по формуле:

v = Δc / Δt, где Δc — изменение концентрации, Δt — время.

Δc = 0,1 моль / 2 л = 0,05 моль/л

Δt = 2 с

v = 0,05 / 2 = 0,025 моль/(л·с)

Ответ: скорость реакции равна 0,025 моль/(л·с).

Стр. 22

Тестовые задания

1. С большей скоростью идёт взаимодействие соляной кислоты

1. с Hg

2. с Zn

3. с Mg

4. с Fe

Скорость реакции металла с кислотой зависит от активности металла: чем выше активность, тем быстрее идёт реакция.

В ряду активности металлов:

Mg > Zn > Fe > Hg.

Наиболее активный из представленных — магний (Mg), он легко вытесняет водород из кислоты:

(Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑)

Правильный ответ: 3) с Mg

2. Скорость реакции железа с соляной кислотой увеличится, если

1. добавить индикатор

2. повысить давление

3. измельчить кусок металла

4. понизить температуру раствора

Скорость реакции увеличивается, если увеличить площадь соприкосновения веществ. Измельчение куска металла увеличивает площадь поверхности и, следовательно, ускоряет реакцию.

Другие варианты:

1. добавление индикатора не влияет на скорость,

2. повышение давления влияет только на газы,

3. понижение температуры наоборот замедлит реакцию.

Правильный ответ: 3) измельчить кусок металла