Номер 550, страница 89 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

550. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции. Для каждого из них укажите, как он влияет на скорость.

Скорость химической реакции — это величина, показывающая, как быстро изменяются концентрации реагентов или продуктов с течением времени. На эту скорость влияет несколько основных факторов.

1. Природа реагирующих веществ

Состав, строение и тип химических связей в веществах-реагентах напрямую определяют их химическую активность и, следовательно, скорость реакции. Реакции, в которых не происходит разрыва прочных ковалентных связей, например, реакции ионного обмена в растворах, обычно протекают очень быстро. Напротив, реакции с участием сложных органических или неорганических молекул, требующие перестройки и разрыва множества связей, идут значительно медленнее.

Пример: реакция между растворами хлорида натрия и нитрата серебра с образованием осадка хлорида серебра происходит практически мгновенно. В то же время, процесс коррозии железа на воздухе может длиться годами.

Ответ: Скорость реакции зависит от химической активности реагентов; более активные вещества реагируют быстрее.

2. Концентрация реагентов

Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. С увеличением концентрации в единице объема оказывается больше частиц реагентов. Это приводит к увеличению частоты их столкновений, а значит, и к увеличению числа эффективных столкновений, которые приводят к образованию продуктов.

Для элементарной реакции вида $aA + bB \rightarrow продукты$ скорость ($v$) выражается уравнением: $v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$, где $[A]$ и $[B]$ — концентрации веществ A и B.

Ответ: Увеличение концентрации реагентов приводит к увеличению скорости реакции.

3. Температура

Повышение температуры, как правило, значительно увеличивает скорость химической реакции. Это связано с тем, что при нагревании возрастает средняя кинетическая энергия молекул. В результате, во-первых, молекулы движутся быстрее и сталкиваются чаще. Во-вторых, что более существенно, увеличивается доля так называемых "активных молекул" — частиц, обладающих энергией, достаточной для преодоления энергетического барьера реакции (энергии активации $E_a$).

Эмпирическое правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10°C скорость многих реакций удваивается или утраивается. Математически это выражается формулой: $v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$, где $\gamma$ — температурный коэффициент скорости реакции (обычно от 2 до 4).

Ответ: Увеличение температуры приводит к увеличению скорости реакции.

4. Наличие катализатора или ингибитора

Катализаторы — это вещества, которые ускоряют реакцию, участвуя в ней, но оставаясь в неизменном количестве после ее завершения. Механизм их действия заключается в предоставлении альтернативного пути реакции с более низкой энергией активации. Снижение этого энергетического барьера позволяет большему числу частиц успешно прореагировать за единицу времени.

Ингибиторы, напротив, являются веществами, замедляющими скорость реакции. Они могут дезактивировать катализатор или увеличивать энергию активации.

Ответ: Катализаторы увеличивают скорость реакции, а ингибиторы — уменьшают.

5. Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Этот фактор критически важен для гетерогенных реакций, где реагенты находятся в разных фазах (например, твердое-жидкость, твердое-газ). Химическое взаимодействие происходит только на границе раздела фаз. Чем больше площадь этой поверхности, тем интенсивнее идет реакция. Поэтому измельчение твердого реагента (перевод в порошок) или его растворение значительно увеличивает скорость.

Пример: древесные опилки сгорают гораздо быстрее, чем цельное полено той же массы.

Ответ: В гетерогенных реакциях увеличение площади поверхности контакта реагентов увеличивает скорость реакции.

6. Давление (для реакций с участием газов)

Для реакций, в которых участвует хотя бы один газообразный реагент, давление является важным фактором. Увеличение давления (обычно путем уменьшения объема) приводит к росту концентрации газов. Молекулы газа сближаются, частота их столкновений возрастает, и, как следствие, скорость реакции увеличивается. Для реакций в конденсированных фазах (жидкой, твердой) влияние давления незначительно.

Ответ: Для реакций с участием газов увеличение давления приводит к увеличению скорости реакции.