§2. Скорость химической реакции. Химическое равновесие.

1. Что такое скорость химической реакции и в каких единицах она измеряется?

Ответ:

Скорость химической реакции - изменение концентраций реагирующих веществ в единицу времени. Измеряется в молях на 1 л за 1 с (моль/л·с).

2. Назовите факторы, изменяющие скорость химической реакции, приведите примеры, показывающие их влияние на скорость реакций.

Ответ:

Скорость химических реакций зависит от многих факторов, важнейшие из них:

• природа реагирующих веществ (магний реагирует быстрее с соляной кислотой, чем цинк);
• степень измельчения твёрдых веществ (порошок серы реагирует быстрее с порошком железа, чем с цельным куском железа);
• концентрация реагентов (концентрированная соляная кислота реагирует быстрее с карбонатом кальция, чем разбавленная кислота);
• температура (при нагревании соляная кислота реагирует быстрее железом, чем без нагревания);
• катализаторы (разложение пероксида водорода бурно протекает в присутствии катализатора оксида марганца (IV)).

3. Какие вещества называют катализаторами, что такое катализ и какие виды катализа вам известны?

Ответ:

Катализаторы – вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но сами в этом процессе не расходуются и не входят в состав продуктов реакции.

Виды катализа по влиянию на скорость реакции: ускоряющий и замедляющий.

4. Приведите примеры каталитических реакций и объясните процесс изменения скорости реакций под их влиянием.

Ответ:

Например, диоксид марганца MnO₂ ускоряет реакции разложения хлората калия и пероксида водорода:
2KClO₃   ^t, MnO₂ ⟶ 2KCl + 3O₂↑
2H₂O₂   ^MnO₂ ⟶ 2H₂O + O₂↑

Роль катализатора, вызывающего ускорение реакции, в том, что он снижает энергию активации, а следовательно, и энергетический барьер.

5. Приведите примеры каталитических реакций, используемых в быту и в технике, происходящих в живом организме, и дайте их описание. Назовите вещества, выполняющие в них роль катализаторов (ингибиторов).

Ответ:

Каталитическая реакция разложения перекиси водорода используется для обеззараживания ран или порезов. В крови присутствует фермент каталаза, который выступает в качестве катализатора данной реакции.

Платиновые катализаторы используются для обезвреживания автомобильных выхлопов.

Пищевые ферменты ускоряют разложение белков.

Лабораторные опыты

1. В две пробирки налейте (не более половины пробирки) раствор HCl (1:2). Осторожно опустите в них по кусочку металлов разной природы: цинка и магния. Что наблюдаете?

2. В две пробирки, наклонив их, опустите по кусочку одного и того же металла – цинка и осторожно прилейте растворы серной кислоты: в первую пробирку раствор 1:5, а во вторую – 1:10. В какой из них реакция идёт быстрее?

3. Возьмите две пробирки с одинаковыми растворами соляной кислоты (1:2). В первую пробирку добавьте гранулу цинка, а во вторую пробирку осторожно поместите цинковую пыль. Что наблюдаете?

4. В две пробирки с одинаковым раствором серной кислоты (1:10) добавьте по грануле цинка. Одну из пробирок нагрейте. Различаются ли их скорости реакций?

5. На дно небольшого стакана налейте 3%-й раствор перекиси водорода. Что наблюдаете? Добавьте в раствор H₂O₂ немного чёрного порошка MnO₂, а в стакан внесите тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Сделайте выводы на основании наблюдений.

Ответ:

1. При добавлении кусочка магния в соляную кислоту, выделяется газ:
Mg + 2HCl ⟶ MgCl₂ + H₂↑

При добавлении кусочка цинка в соляную кислоту, выделяется газ:
Zn + 2HCl ⟶ ZnCl₂ + H₂↑

Быстрее протекает реакция с магнием, чем с цинком. Магний более активный металл, чем цинк.

Вывод: реакционная способность веществ характеризуется их природой.

2. Цинк быстрее реагирует с раствором серной кислоты 1:5, чем с 1:10.
Zn + H₂SO₄ ⟶ ZnSO₄ + H₂↑

Вывод: чем больше концентрация вступающих в реакцию веществ, тем больше скорость реакции.

3. Быстрее выделения газа протекает при реакции соляной кислоты с цинковой пылью, чем с гранулой цинка.
Zn + 2HCl ⟶ ZnCl₂ + H₂↑

Вывод: твёрдые вещества быстрее реагируют в мелкораздробленном состоянии.

4. Реакция цинка с соляной кислотой сопровождается выделением водорода, в нагретой пробирке процесс выделения газа протекает более интенсивно, чем не в нагретой.
Zn + 2HCl ⟶ ZnCl₂ + H₂↑

Вывод: при повышении температуры скорость химической реакции растёт.

5. При внесении тлеющей лучинки в пробирку с перекисью водорода видимых изменений не наблюдается. После добавления оксида марганца (IV) в пероксид водорода наблюдается бурное выделение газа.
2H₂O₂   ^MnO₂ ⟶ 2H₂O + O₂

При повторном внесении тлеющей лучины лучина воспламеняется.

Во время реакции чёрный порошок оксид марганца (IV) не расходуется, значит оксид марганца (IV) в данной реакции является катализатором.

Вывод: катализатор многократно ускоряет скорость реакции.