Глава I. Обобщение знаний по курсу 8 класса. Химические реакции. § 3. Скорость химических реакций. Катализ — с. 23
§ 3. Лабораторный опыт 12. В химический стакан налейте 10 мл раствора пероксида водорода. При комнатной температуре разложение этого вещества происходит очень медленно. Добавьте в стакан на кончике шпателя оксид марганца(IV). Что наблюдаете?
Исчез ли чёрный порошок оксид марганца(IV) по окончании реакции?
Наблюдения. До добавления катализатора пузырьки газа почти не видны. После добавления чёрного порошка MnO₂ раствор бурно «вспенивается»: выделяется много пузырьков кислорода, стакан слегка нагревается. Тлеющая лучинка, внесённая в стакан, ярко вспыхивает (доказательство кислорода).
2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂)
По окончании реакции чёрный порошок оксида марганца(IV) не исчез: его можно отфильтровать, высушить и взвесить — масса и химический состав не изменились.
Вывод. MnO₂ — катализатор разложения пероксида водорода: он ускоряет реакцию, но сам в ней не расходуется и в состав продуктов не входит.
2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂)
По окончании реакции чёрный порошок оксида марганца(IV) не исчез: его можно отфильтровать, высушить и взвесить — масса и химический состав не изменились.
Вывод. MnO₂ — катализатор разложения пероксида водорода: он ускоряет реакцию, но сам в ней не расходуется и в состав продуктов не входит.
§ 3. Проверьте свои знания.
1. Что называют скоростью химической реакции? Приведите примеры реакций, протекающих с высокой и низкой скоростью.
1. Что называют скоростью химической реакции? Приведите примеры реакций, протекающих с высокой и низкой скоростью.
Скоростью химической реакции называют изменение концентрации вещества (реагента или продукта) в единицу времени: v = Δc / Δt, единица — моль/(л·с).
Примеры реакций с высокой скоростью: нейтрализация HCl + NaOH = NaCl + H₂O; взрыв смеси водорода с кислородом 2H₂ + O₂ = 2H₂O; осаждение BaSO₄ при сливании растворов BaCl₂ и Na₂SO₄.
Примеры реакций с низкой скоростью: ржавление железа, брожение виноградного сока, разложение пероксида водорода без катализатора, образование известняка в природе.
Примеры реакций с высокой скоростью: нейтрализация HCl + NaOH = NaCl + H₂O; взрыв смеси водорода с кислородом 2H₂ + O₂ = 2H₂O; осаждение BaSO₄ при сливании растворов BaCl₂ и Na₂SO₄.
Примеры реакций с низкой скоростью: ржавление железа, брожение виноградного сока, разложение пероксида водорода без катализатора, образование известняка в природе.
§ 3. Проверьте свои знания.
2. Какие факторы влияют на скорость химической реакции?
Кратко охарактеризуйте влияние каждого из них на скорость реакции.
1) Природа реагирующих веществ: более активные вещества реагируют быстрее (Mg с HCl быстрее, чем Fe; сильные кислоты быстрее слабых).
2) Температура: с её повышением скорость реакции увеличивается.
3) Концентрация реагирующих веществ: чем она выше, тем больше скорость (для газов — то же при увеличении давления).
4) Площадь соприкосновения реагирующих веществ (для гетерогенных реакций): чем мельче измельчено твёрдое вещество, тем быстрее реакция.
5) Наличие катализатора: катализатор существенно ускоряет реакцию (при ингибиторе — замедляет), сам при этом не расходуется.
2) Температура: с её повышением скорость реакции увеличивается.
3) Концентрация реагирующих веществ: чем она выше, тем больше скорость (для газов — то же при увеличении давления).
4) Площадь соприкосновения реагирующих веществ (для гетерогенных реакций): чем мельче измельчено твёрдое вещество, тем быстрее реакция.
5) Наличие катализатора: катализатор существенно ускоряет реакцию (при ингибиторе — замедляет), сам при этом не расходуется.
§ 3. Примените свои знания.
3. Запишите уравнение реакции цинка с серной кислотой. Предложите способы увеличения скорости этой реакции.
Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ (реакция с разбавленной серной кислотой).
Способы увеличения скорости:
1) нагреть реакционную смесь (повысить температуру);
2) взять более концентрированный раствор кислоты (но не концентрированную H₂SO₄, которая с цинком реагирует иначе) — увеличить концентрацию;
3) взять цинк в виде порошка или мелких гранул, а не крупного куска — увеличить площадь соприкосновения;
4) перемешивать смесь;
5) добавить в раствор немного сульфата меди(II): на цинке выделяется медь, образуется гальваническая пара Zn–Cu, и водород выделяется быстрее.
Способы увеличения скорости:
1) нагреть реакционную смесь (повысить температуру);
2) взять более концентрированный раствор кислоты (но не концентрированную H₂SO₄, которая с цинком реагирует иначе) — увеличить концентрацию;
3) взять цинк в виде порошка или мелких гранул, а не крупного куска — увеличить площадь соприкосновения;
4) перемешивать смесь;
5) добавить в раствор немного сульфата меди(II): на цинке выделяется медь, образуется гальваническая пара Zn–Cu, и водород выделяется быстрее.
§ 3. Примените свои знания.
4. Некоторые продукты питания хранят при низких температурах: в холодильниках, погребах, овощехранилищах. Почему?
Приведите ещё несколько примеров увеличения или уменьшения скоростей химических реакций из повседневной жизни.
При понижении температуры скорость химических и биохимических реакций (окисления, брожения, гниения, жизнедеятельности микроорганизмов) резко уменьшается, поэтому продукты дольше не портятся.
Примеры увеличения скорости: пища быстрее готовится на сильном огне и в скороварке (повышенные температура и давление); в горячей воде сахар растворяется быстрее; мелко нарезанные продукты проваривают быстрее; стиральный порошок с ферментами лучше отстирывает в тёплой воде; тесто быстрее поднимается в тепле.
Примеры уменьшения скорости: консервирование и заморозка продуктов, добавление консервантов (ингибиторов), хранение в закрытой таре без доступа воздуха, покрытие железных изделий краской против ржавчины.
Примеры увеличения скорости: пища быстрее готовится на сильном огне и в скороварке (повышенные температура и давление); в горячей воде сахар растворяется быстрее; мелко нарезанные продукты проваривают быстрее; стиральный порошок с ферментами лучше отстирывает в тёплой воде; тесто быстрее поднимается в тепле.
Примеры уменьшения скорости: консервирование и заморозка продуктов, добавление консервантов (ингибиторов), хранение в закрытой таре без доступа воздуха, покрытие железных изделий краской против ржавчины.
§ 3. Примените свои знания.
5. В химической реакции, протекающей по уравнению
2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O,
концентрация газообразного сероводорода за 2 мин уменьшилась с 0,86 моль/л до 0,26 моль/л. Рассчитайте скорость химической реакции за указанный промежуток времени.
2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O,
концентрация газообразного сероводорода за 2 мин уменьшилась с 0,86 моль/л до 0,26 моль/л. Рассчитайте скорость химической реакции за указанный промежуток времени.
Дано: c₁(H₂S) = 0,86 моль/л; c₂(H₂S) = 0,26 моль/л; Δt = 2 мин.
Найти: v — ?
Решение: v = Δc / Δt = |c₂ − c₁| / Δt = (0,86 − 0,26) моль/л / 2 мин = 0,60 моль/л / 2 мин = 0,3 моль/(л·мин).
Ответ: v = 0,3 моль/(л·мин).
Найти: v — ?
Решение: v = Δc / Δt = |c₂ − c₁| / Δt = (0,86 − 0,26) моль/л / 2 мин = 0,60 моль/л / 2 мин = 0,3 моль/(л·мин).
Ответ: v = 0,3 моль/(л·мин).
§ 3. Используйте дополнительную информацию.
6. Найдите в Интернете видео опыта каталитической реакции. Запишите уравнение реакции, укажите, какой катализатор был использован для её проведения.
Наиболее наглядный опыт — «слоновья зубная паста» (разложение пероксида водорода). В цилиндр наливают раствор пероксида водорода с моющим средством и добавляют катализатор — оксид марганца(IV) MnO₂ (или иодид калия KI, или дрожжи с ферментом каталазой); выделяющийся кислород создаёт обильную пену.
Уравнение: 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂).
Другой пример опыта — «каталитическое окисление аммиака» на раскалённой платиновой проволоке: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (катализатор Pt).
Оговорка: конкретное видео зависит от найденного ресурса, поэтому в ответе приведён наиболее распространённый опыт.
Уравнение: 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂).
Другой пример опыта — «каталитическое окисление аммиака» на раскалённой платиновой проволоке: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (катализатор Pt).
Оговорка: конкретное видео зависит от найденного ресурса, поэтому в ответе приведён наиболее распространённый опыт.