Задание 20. Скорость реакции, её зависимость от различных факторов. ЕГЭ 2021 по химии
Средний процент выполнения: 78%
Ответом к заданию 20 по химии может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Задачи для практики
Задача 1
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость химической реакции
$2CuS_{(тв.)} + 3O_{2(г)} = 2CuO_{(тв.)} + 2SO_{2(г)} + 2920 кДж$
- увеличение концентрации $SО_2$
- уменьшение концентрации $SО_2$
- понижение температуры
- увеличение степени измельчения CuS
- повышение давления
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
4) Реакция является гетерогенной, поэтому при измельчении компонентов с увеличением площади реагирующей поверхности увеличивается скорость реакции.
5) Так как количество вещества газа в реагентах больше, повышение давления увеличивает скорость реакции.
Задача 2
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость химической реакции
$Zn_{(тв.)} + 2H^{+} = Zn ^{2+} + H_{2(г)} + Q$
- уменьшение концентрации ионов цинка
- увеличение концентрации ионов водорода
- понижение температуры
- увеличение концентрации ионов цинка
- уменьшение размеров кусочков цинка
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
1) Изменение концентрации продуктов (ионов цинка) не влияет на скорость реакции.
2) Увеличение концентрации исходных веществ ускоряет реакцию.
3) Понижение температуры замедляет все химические реакции.
4) Изменение концентрации продуктов (ионов цинка) не влияет на скорость реакции.
5) Уменьшение размеров частиц твёрдого реагента увеличивает скорость данной реакции, так как она гетерогенная.
Задача 3
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые приводят к увеличению скорости химической реакции
$4FeS_{2(тв.)} + 11O_{2(г)} = 2Fe_2O_{3(тв.)} + 8SO_{2(г)}$
- измельчение пирита
- уменьшение концентрации оксида серы(IV)
- уменьшение температуры
- использование обогащённого воздуха
- увеличение количества пирита
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Характеристика реакции — гетерогенная (участвуют твёрдое вещество и газ), окислительно-восстановительная, экзотермическая.
Скорость гетерогенной реакции будет увеличиваться при увеличении поверхности соприкосновения реагентов (ответ 1, измельчение пирита — правильный), при увеличении давления газа, при повышении температуры (ответ 3 — неправильный), при увеличении концентрации кислорода (ответ 4 — правильный).
Задача 4
Из предложенного перечня внешних воздействий выберите два воздействия, которые приводят к увеличению скорости химической реакции
$Zn_{(тв.)} + _2H^{+} = Zn^{2+} + H_{2(г)}$
- увеличение концентрации ионов цинка
- добавление нескольких кусочков цинка
- уменьшение температуры
- увеличение концентрации кислоты
- использование порошкообразного цинка
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Скорость химической реакции зависит от природы и концентрации исходных веществ, от температуры (при повышении температуры на каждые 10 °C скорость химической реакции возрастает в 2–4 раза), от присутствия катализаторов или ингибиторов. Для гетерогенных реакций скорость зависит от степени измельчения веществ, для газов — от давления.
Характеристика реакции
$Zn_{(тв.)} + 2H^{+} = Zn^{2+} + H_{2(г)}$
— реакция замещения, окислительно-восстановительная, гетерогенная, экзотермическая.
1) Ионы $Zn^{2+}$ не являются исходными реагирующими веществами, поэтому изменение концентрации этих ионов не будет влиять на скорость реакции (ответ 1 — неправильный).
2) Изменение количества твёрдого вещества (добавление кусочков цинка) не будет влиять на скорость реакции (ответ 2 — неправильный); если бы речь шла об измельчении твёрдого вещества, то есть увеличении площади соприкосновения, то в этом случае скорость реакции возрастала бы (ответ 5 — правильный).
3) При уменьшении температуры скорость любой химической реакции уменьшается (ответ 3 — неправильный).
4) При увеличении концентрации кислоты будет увеличиваться концентрация ионов $H^+$ и скорость реакции будет увеличиваться (ответ 4 — правильный).
Задача 5
Из предложенного перечня выберите две реакции, скорость которых не зависит от повышения давления.
- фосфор и магний
- кислород и сероводород
- цинк и хлороводород
- алюминий и сера
- сернистый ангидрид и кислород
Запишите в поле ответа номера выбранных реакций.
Решение
Изменение давления влияет на скорость только тех реакций, в которых участвуют газы.
1) $2P_{(тв.)} + 3Mg_{(тв.)} = Mg_3P_2$
Вывод: давление не влияет на скорость реакции, потому что оба вещества не являются газами. Ответ правильный.
2) $3O_{2(г)} + 2H_2S_{(г)} = 2SO_2 + 2H_2O$
Вывод: давление влияет на скорость реакции. Ответ неверный.
3) $Zn_{(тв.)} + 2HCl_{(г)} = ZnCl_{2(тв.)} + Н_{2(г)}$
Хлороводород — газообразное вещество, поэтому давление будет влиять на скорость реакции.
Вывод: ответ неверный.
4) $2Al_{(тв.)} + 3S_{(тв.)} = Al_2S_{3(тв.)}$
Вывод: давление не влияет на скорость реакции. Ответ правильный; оставшиеся варианты рассматривать не будем.
Задача 6
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые оказывают влияние на скорость протекающей в открытой колбе химической реакции между медью и азотной кислотой.
- внешнее давление
- температура
- объём колбы
- концентрация кислоты
- количество меди
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
$Cu + 4HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$
Увеличение концентраций реагентов увеличивает скорость реакции, следовательно, увеличение концентрации азотной кислоты ускорит данную реакцию. Повышение температуры, ускоряя движение частиц, также ускоряет реакцию.
Задача 7
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые оказывают влияние на скорость реакции железа с серной кислотой.
- измельчение железа
- добавление сульфата железа(II)
- понижение температуры
- увеличение концентрации водорода
- повышение давления
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
$Fe + H_2SO_4 = FeSO_4 + H_2$
1) Измельчение железа ускоряет реакцию, так как она гетерогенная.
2) Добавление продукта (сульфата железа(II)) не влияет на скорость реакции.
3) Понижение температуры замедляет скорость всех химических реакций.
4) Увеличение концентрации продукта (водорода) не влияет на скорость реакции.
5) Повышение давления не влияет на скорость реакции, так как среди реагентов нет газов.
Задача 8
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые приводят к уменьшению скорости реакции железа с хлором.
- добавление хлорида железа(II)
- повышение давления
- уменьшение температуры
- увеличение концентрации железа
- понижение давления
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Как и в любой реакции, понижение температуры приведет к снижению скорости. Также в реакцию вступает газ, а в продуктах газа нет, поэтому при повышении давления скорость увеличится.
Задача 9
Из предложенного перечня внешних воздействий выберите те, которые увеличивают скорость следующей реакции.
$Fe_{(тв.)} + 2H^{+} = Fe^{2+} + H_{2(г)}$
- увеличение концентрации ионов железа
- добавление нескольких кусочков железа
- уменьшение температуры
- увеличение концентрации кислоты
- использование порошкообразного железа
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
1) Увеличение концентрации продуктов реакции не влияет на её скорость.
2) Добавление железа не влияет на скорость реакции, так как она гетерогенная и происходит только в месте соприкосновения железа с раствором, содержащим ионы водорода.
3) Понижение температуры замедляет все химические реакции.
4) Увеличение концентрации реагентов (кислоты) увеличивает скорость реакции.
5) Измельчение железа увеличивает скорость данной реакции, так как она гетерогенная. Таким образом, скорость данной реакции увеличивает воздействия под номерами 4 и 5.
Задача 10
Из предложенного перечня выберите две реакции, которые при обычных условиях имеют меньшие скорости.
- $Fe$ и $O_2$
- $Cu$ и $O_2$
- $Mg$ и $HCl$ (10 %-ный р-р)
- $Zn$ и $HCl$ (10 %-ный р-р)
- $Ca(OH)_2$ и $H_3PO_4$
Запишите в поле ответа номера выбранных реакций.
Решение
В нормальных условиях меньшую скорость имеют реакции окисления железа и меди кислородом. Для ускорения данных реакции требуется нагревание.
Задача 11
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые не оказывают влияния на скорость химической реакции
$Zn + CuCl_2 = ZnCl_2 + Cu$
- измельчение цинка
- повышение температуры
- увеличение концентрации $CuCl_2$ в растворе
- уменьшение давления
- уменьшение объёма раствора $CuCl_2$
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
1) Измельчение цинка ускоряет реакцию, так как она гетерогенная.
2) Повышение температуры увеличивает скорость всех химических реакций.
3) Увеличение концентрации $CuCl_2$ увеличивает скорость реакции, так как это вещество - реагент.
4) Изменение давления не оказывает влияния на скорость реакций без участия газов.
5) Изменение объёма раствора $CuCl_2$ без изменения концентрации не оказывает влияния на скорость реакции.
Задача 12
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, от которых не зависит скорость реакции железа с азотной кислотой.
- количество взятого железа
- концентрация азотной кислоты
- температура
- степень измельчения железа
- концентрация ионов железа
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Помочь может концентрация исходных веществ, их измельчение, если это твердые вещества, катализаторы, а также температура. Но количество исходных веществ и концентрация ионов твердого вещество в не ионной реакции не повлияют на скорость реакции.
Задача 13
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые приводят к уменьшению скорости реакции сернистого ангидрида с кислородом.
- увеличение концентрации $SO_2$
- понижение температуры
- увеличение концентрации $SO_3$
- понижение давления
- использование катализатора
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
$SO_2 +O_2 = SO_3$
1) Увеличение концентрации реагентов увеличивает скорость реакции.
2) Понижение температуры снижает скорость всех химических реакций.
3) Изменение концентраций продуктов не влияет на скорость реакции.
4) Понижение деления для реакций с участием газов равносильно уменьшению концентрации реагентов и потому понижает скорость реакции.
5) Катализаторы увеличивают скорость химических реакций.
Таким образом, данную реакцию замедляют воздействия под номером 2 и 4.
Задача 14
Из приведённого перечня выберите те реакции, на скорость которых влияет измельчение реагирующих веществ.
- $CO + 2H_2 → CH_3OH$
- $MgCO_3 + H_2SO_4 → MgSO_4 + H_2O + CO_2$
- $CH_2=CH_2 + H_2 → CH_3–CH_3$
- $4NH_3 + 5O_2 → 4NO + 6H_2O$
- $Fe + 2HCl → FeCl_2 + H_2$
Запишите в поле ответа номера выбранных реакций.
Решение
Измельчение веществ может повлиять на скорость только если хотя бы одно вещество твердое, твердые соединения есть только в строчке 2 и 5.
Задача 15
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость химической реакции
$CH_{4(г)} + 2O_{2(г)} = CO_{2(г)} + 2H_2O_{(г)} + Q$
- увеличение концентрации кислорода
- понижение температуры
- увеличение концентрации углекислого газа
- повышение давления
- увеличение объёма
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
1) Увеличение концентрации реагентов увеличивает скорость реакции.
2) понижение температуры снижает скорость всех химических реакций.
3) Изменение концентраций продуктов не влияет на скорость реакции.
4) Повышение давления для реакций с участием газов равносильно увеличению концентрации этих газов - оно ускоряет реакцию.
5) Увеличение объёма означает понижение давления, следовательно, снижает скорость реакции.
Задача 16
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость химической реакции
$Са_{(тв.)} + 2H^{+} = Са^{2+} + H_{2(г)} + Q$
- уменьшение концентрации ионов кальция
- увеличение концентрации ионов водорода
- повышение температуры
- повышение давления
- увеличение количества металла
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Как и для любой реакции, увеличение концентрации реагентов увеличивает её скорость. Следовательно, увеличение концентрации водорода ускорит данную реакцию. Повышение температуры ускоряет движение частиц, что также способствует увеличению скорости реакции.
Задача 17
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость реакции
$FeO_{(тв.)} + CO_{(г)} = Fe_{(тв.)} + СО_{2(г)} – Q$
- увеличение количества оксида углерода(II)
- уменьшение концентрации углекислого газа
- уменьшение температуры
- измельчение оксида железа(II)
- увеличение количества оксида железа(II)
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
На скорость химической реакции влияют изменение концентрации только реагирующих веществ, но не продуктов. Увеличение концентрации исходного угарного газа увеличит скорость реакции. Уменьшение температуры уменьшает ее скорость. Концентрация и количество твердых веществ не влияет на скорость, но влияет их измельчение.
Задача 18
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые увеличивают скорость реакции
$N_2 + O_2 = 2NO – 180 кДж$
- увеличение концентрации кислорода
- уменьшение концентрации азота
- увеличение концентрации оксида азота(II)
- понижение температуры
- повышение давления
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Скорость реакции увеличивает повышение концентрации исходных веществ, а если исходные вещества газы, то и повышение давления
Задача 19
Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, от которых не зависит скорость химической реакции между железом и уксусной кислотой.
- уменьшение концентрации уксусной кислоты
- повышение температуры
- увеличение концентрации водорода
- измельчение железа
- добавление индикатора
Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.
Решение
Реакция железа с уксусной кислотой протекает по следующему уравнению: $Fe + 2CH_3COOH = (CH_3COOH)_2Fe + H_2↑$
Как и для любой реакции, увеличение концентрации реагентов увеличивает её скорость. Повышение температуры, ускоряя движение частиц, тоже ускоряет реакцию.
Скорость реакции не зависит от концентрации продуктов, поэтому увеличение концентрации водорода не окажет на неё влияния.
Данная реакция гетерогенна, так как взаимодействуют жидкое и твёрдое вещество, поэтому увеличение площади соприкосновения реагентов, достигаемое путём измельчения железа, увеличивает её скорость.
Индикаторы не влияют на скорость реакций.
Скорость химических реакций
Различные химические реакции идут с разной скорость – уксус мгновенно реагирует с пищевой содой, а серебряное кольцо очень медленно на воздухе покрывается темным налетом сульфида серебра.
Скорость химической реакции – это изменение концентрации исходных веществ или продуктов реакции в единицу времени.
Скорость химической реакции зависит от агрегатного состояния веществ, вступающих во взаимодействие. Если все реагенты находятся в одной фазе (нет границы раздела фаз), то реакция гомогенная. В этом случае реакция идет в объеме веществ.
Гомогенные реакции – это реакции между газами или между взаимно растворимыми жидкостями (растворами). К гомогенным относят реакции, в ходе которых нельзя заметить границы раздела фаз (вещества находятся в одном и том же агрегатном состоянии и растворимы друг в друге), например раствор кислоты + раствор щелочи, газообразный водород + газообразный азот и др.
В гетерогенных реакциях наоборот, граница раздела фаз есть, и как раз на ее поверхности и протекает химическая реакция. Примеры гетерогенных процессов: Zn + HCl, C + $O_2$. В случае таких реакций на скорость оказывает сильное влияние площадь поверхности твердых веществ. Чем она больше, тем быстрее будет идти процесс.
Вы скажете, что гомогенная реакция удобнее, круче. И будете правы.
Что нужно, чтобы реакция пошла быстрее? Чем больше частиц встретится между собой и чем выше будет их энергия, тем быстрее пойдет реакция. Поэтому, в целом, все факторы, влияющие на скорость реакции, так или иначе влияют на количество встреч частиц (например, молекул) между собой и на их энергию.
Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
1) Природа реагирующих веществ
Реакционная активность соединений зависит от характера химических связей в веществах и их строения. Ионные соединения и соединения с ковалентными полярными связями намного быстрее превращаются, чем соединения со слабополярными или неполярными химическими связями. Например, какой-нибудь металл или оксид будет быстрее реагировать с сильной кислотой, чем со слабой.
2) Концентрация исходных веществ
При увеличении концентрации газа или жидкости скорость химической реакции увеличивается и наоборот. Помни, что концентрации твердых веществ на скорость не влияют!
В случае газообразных веществ давление влияет на скорость реакции так же, как и концентрация. При увеличении давления скорость реакции будет возрастать. При этом не учитываются твердые вещества.
3) Температура
Cкорость химической реакции увеличивается с ростом температуры.
Правило Вант-Гоффа
Повышение температуры на каждые 10 градусов приводит к увеличению скорости большинства реакций в 2 – 4 раза.
Скорость реакции зависит от энергии реагирующих частиц. Если бы все молекулы водорода и молекулы кислорода имели достаточную для реакции энергию, то реакция между ними с образованием воды протекала бы мгновенно при комнатной температуре. Но реакция идет бурно и со взрывом только при нагревании до 700С.
Частицы, которые имеют достаточную для реакции энергию называют активными. А повышение температуры увеличивает количество активных частиц, переводит неактивную частицу в активную, значит, повышает скорость реакции. Понижение температуры действует в обратную сторону.
Количество активных частиц можно повысить и другим способом – катализатором.
4) Использование катализатора или ингибитора
Энергия, необходимая для перевода 1 моль неактивных частиц в активные называется энергией активации реакции. Эта энергия зависит и от природы реагирующих веществ (возвращаемся в п. 1). Чем она меньше, тем быстрее идет реакция.
Вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но сами не затрачиваются в процессе ее протекания, называют катализаторами.
Вещества, обратные по действию катализаторам, называют ингибиторами.
Реакции, которые протекают только в присутствии катализаторов, называют каталитическими реакциями.
По сути, действие катализатора заключается в снижении энергии активации реакции, а значит больше частиц попадают в диапазон активных, и скорость реакции увеличивается.
Основные каталитические реакции в неорганической химии:
| 2Al + 3$I_2$ = 2$AlI_3$ | kt = $H_2O$ |
| 2$KClO_3$ = 2KCl + 3$O_2$ | kt = $MnO_2$ |
| 2$H_2O_2$ = 2$H_2O$ + $O_2$ | kt = $MnO_2$ |
| 2$SO_2$ + $O_2$ = 2$SO_3$ | kt = $V_2O_5$ |
| 4$NH_3$ + 5$O_2$ = 4NO + 6$H_2O$ | kt = Pt |
| С + 2$H_2$ = $CH_4$ | kt = hν (свет) |
| $N_2$ + 3$H_2$ = 2$NH_3$ | kt = Fe |
5) Измельчение твердых исходных реагентов
Чем больше площадь твердого вещества, тем быстрее будет идти гетерогенная реакция на границе раздела фаз.