Отношение изменения какой-либо величины ко времени, за которое произошло это изменение, называют скоростью. Какие величины используют для расчёта скорости химической реакции?
Для расчёта скорости химической реакции используются следующие величины:
Изменение концентрации реагентов или продуктов реакции. Обычно рассматривают изменение количества одного из веществ, участвующих в реакции, за единицу времени.
Время, за которое произошло это изменение концентрации. Таким образом, скорость реакции определяется как отношение изменения концентрации вещества к промежутку времени.
В 1811 г. русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф изучал возможность получения сахаров из крахмала под действием воды. В природе этот процесс происходит в растительных клетках при созревании плодов и про¬растании семян. В лабораторных условиях реакция протекала медленно, при длительном кипячении крахмального клейстера. Однажды Кирхгоф добавил в реакционную смесь несколько капель раствора серной кислоты и обнаружил, что реакция завершилась за несколько минут. При этом по окончании реакции количество серной кислоты в растворе не изменилось. Какое открытие совершил учёный? Как бы вы охарактеризовали роль серной кислоты в этой реакции? Предложите своё название наблюдаемому явлению.
Открытие Константина Кирхгофа: В 1811 году Кирхгоф обнаружил, что при добавлении серной кислоты в реакционную смесь крахмала с водой, реакция расщепления крахмала на сахара значительно ускоряется, и завершилась за несколько минут, хотя при обычных условиях она шла очень медленно. При этом количество серной кислоты в растворе не изменилось, что позволило Кирхгофу сделать важный вывод.
Роль серной кислоты в этой реакции — катализатор. Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но при этом не расходуется в процессе реакции. Таким образом, серная кислота выступила как катализатор в процессе гидролиза крахмала.
Предложенное название явления: Это открытие можно назвать катализом — процессом, при котором вещество (катализатор) ускоряет реакцию, не изменяясь после её завершения.
1. Что называют скоростью химической реакции? Приведите примеры реакций, протекающих с высокой и низкой скоростью.
Скорость химической реакции — это изменение концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Примеры реакций с высокой скоростью: взрыв (детонация тротила), горение газа. Примеры реакций с низкой скоростью: ржавление железа, процесс фотосинтеза.
2. Какие факторы влияют на скорость химической реакции? Кратко охарактеризуйте влияние каждого из них на скорость реакции.
Концентрация реагентов: с увеличением концентрации скорость реакции возрастает, так как чаще происходят столкновения частиц. Температура: при повышении температуры частицы движутся быстрее, что увеличивает вероятность их столкновений и, соответственно, скорость реакции. Катализатор: он ускоряет реакцию, снижая энергию активации, но сам при этом не расходуется. Площадь поверхности: увеличение площади поверхности твёрдого реагента (например, измельчение) увеличивает скорость реакции, так как увеличивается количество доступных для взаимодействия частиц. Давление (для газов): повышение давления приводит к увеличению концентрации газов, что также ускоряет реакцию.
3. Запишите уравнение реакции цинка с серной кислотой. Предложите способы увеличения скорости этой реакции.
Уравнение реакции цинка с серной кислотой: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑.
Способы увеличения скорости реакции:
Увеличение концентрации серной кислоты. Повышение температуры. Измельчение цинка (увеличение площади поверхности).
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.
Продукты хранят при низких температурах, чтобы замедлить скорость химических реакций, таких как окисление и разложение, которые приводят к порче продуктов. Примеры:
Замораживание продуктов замедляет разложение. Консервирование (соление) замедляет рост микроорганизмов. Сушка (например, сушка трав или фруктов) уменьшает количество влаги, снижая скорость реакций, связанных с разложением.
5. В химической реакции, протекающей по уравнению 2H2S + SO2 = 3S1 + 2Н2О, 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.
Скорость химической реакции: Уменьшение концентрации H₂S: 0,86 моль/л − 0,26 моль/л = 0,60 моль/л.
Время: 2 минуты.
Скорость реакции: v = ΔC / Δt = 0,60 моль/л / 2 мин = 0,30 моль/л·мин.
6. Найдите в Интернете видео опыта каталитической реакции. Запишите уравнение реакции, укажите, какой катализатор был использован для её проведения.
Каталитическая реакция — разложение пероксида водорода (H₂O₂) с помощью катализатора, например, иодида калия (KI): 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑.
Катализатор: иодид калия (KI).