Подробное решение §2 для учащихся 9 класса, Учебник по химии, авторы: Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, издательский центр «Вентана-Граф».
? Опишите, как осуществляются такие реакции, как: ржавления железа, взаимодействие цинка с соляной кислотой, скисание молока. Назовите признаки этих реакций.
Ржавление железа — это электрохимический процесс окисления железа под воздействием кислорода и воды, сопровождающийся образованием ржавчины. Признаки: Изменение цвета поверхности железа на красно-бурый. Образование рыхлого слоя ржавчины на поверхности. Постепенное разрушение металлической структуры.
Взаимодействие цинка с соляной кислотой — это химическая реакция замещения, при которой цинк вытесняет водород, образуя хлорид цинка и газообразный водород. Признаки: Выделение пузырьков газа (водорода). Растворение цинка. Образование раствора хлорида цинка.
Скисание молока — это биохимический процесс, при котором бактерии, в частности молочнокислые, ферментируют молочный сахар (лактозу) с образованием молочной кислоты, что приводит к изменению вкуса и сгущению молока. Признаки: Появление кислого вкуса. Сгущение молока, изменение его консистенции. Изменение запаха.
? Приведите примеры реакций, протекающих с разной скоростью.
Примеры реакций с разной скоростью включают быстрое горение спички и медленное ржавление железа, быстрое разложение пероксида водорода при добавлении диоксида марганца (катализатора) и его медленное самопроизвольное разложение, а также бурную реакцию цинка с соляной кислотой и медленную реакцию железа с той же кислотой.
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, наблюдается её воспламенение. Так как по окончании реакции чёрный порошок оксид марганца (IV) не израсходовался, то значит оксид марганца (IV) в данной реакции является катализатором. Вывод: катализатор многократно ускоряет скорость реакции.
Вопросы и задания
1. Что такое скорость химической реакции и в каких единицах она измеряется?
Ответ:
Скорость химической реакции измеряется изменением концентраций реагирующих веществ в единицу времени. Скорость реакции 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 – это вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но сами в этом процессе не расходуются и не входят в состав продуктов реакции. По влиянию на скорость реакции катализ делят на 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:
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.