Скорость химической реакции – изменение количества реагирующего вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. Гомогенная реакция проходит во всём объёме газа или…
Скорость химической реакции – изменение количества реагирующего вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. Гомогенная реакция проходит во всём объёме газа или жидкости, её скорость равна изменению концентрации вещества в единицу времени. Гетерогенная реакция проходит на границе соприкосновения реагирующих веществ, её скорость равна изменению количества вещества в единицу времени на единицу площади соприкосновения: где Δn – количество вещества; ΔC – изменение концентрации вещества; Δt – время реакции; V – объём реакционной смеси; S – площадь соприкосновения реагирующих веществ. Факторы, влияющие на скорость реакции: природа реагирующих веществ; концентрация реагирующих веществ: с увеличением концентрации скорость реакции возрастает; температура: при повышении температуры на 10° скорость химической реакции увеличивается в 2–4 раза; давление: при повышении давления в реакции с газообразными реагентами её скорость возрастает; степень измельчения реагентов: с увеличением площади соприкосновения реагирующих веществ скорость гетерогенной реакции возрастает; катализатор увеличивает скорость реакции, а ингибитор уменьшает её.
Кратко
Скорость реакции — это «сколько вещества исчезает (или образуется) за единицу времени». Всё задание сводится к трём вещам: выбрать верную формулу (гомогенная или гетерогенная система), правильно подставить Δc, Δn, Δt, V, S и объяснить влияние фактора через число столкновений частиц.
Шаг 1. Гомогенная реакция (вся смесь — газ или раствор)
\[ v = \frac{\Delta c}{\Delta t} = \frac{\Delta n}{V \cdot \Delta t} \]
Единицы: моль/(л·с) или моль/(л·мин). Если в условии уже даны концентрации, объём не нужен — он «спрятан» внутри концентрации: \(c = \frac{n}{V}\).
Пример. Концентрация вещества упала с 0,80 до 0,50 моль/л за 30 с. \[ \Delta c = 0{,}80 - 0{,}50 = 0{,}30\ \text{моль/л}, \qquad v = \frac{0{,}30}{30} = 0{,}01\ \text{моль/(л}\cdot\text{с)} \]
Шаг 2. Гетерогенная реакция (граница раздела, например Zn + кислота)
\[ v = \frac{\Delta n}{S \cdot \Delta t} \]
Единицы: моль/(м²·с). Концентрация здесь не годится — реакция идёт только на поверхности, поэтому в знаменателе площадь.
Пример. За 2 мин (120 с) прореагировало 0,06 моль вещества, площадь поверхности 20 см² = 0,002 м². \[ v = \frac{0{,}06}{0{,}002 \cdot 120} = 0{,}25\ \text{моль/(м}^2\cdot\text{с)} \]
Шаг 3. Почему работают факторы
| Фактор | Причина |
|---|---|
| Природа веществ | разная прочность связей → разная энергия активации |
| Концентрация | больше частиц в объёме → чаще столкновения |
| Температура | больше частиц с энергией выше активационной; правило Вант-Гоффа: \(v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\Delta T/10}\), где \(\gamma = 2\ldots4\) |
| Давление | сжимает газ → растёт концентрация (на твёрдые и жидкие не действует!) |
| Измельчение | больше площадь \(S\) → больше частиц на границе |
| Катализатор | снижает энергию активации; ингибитор — наоборот |
Пример на температуру. \(\gamma = 2\), нагрели на 30 °C: \(2^{30/10} = 2^3 = 8\) — скорость выросла в 8 раз.
Проверка результата
- Подставь единицы: моль/л ÷ с = моль/(л·с) — сходится.
- Δt всегда в тех же единицах, что и ответ (не смешивай минуты и секунды).
- Δc и Δn бери по модулю — скорость положительна.
- Если реакция газовая и меняют давление — пересчитывай концентрацию, а не подставляй давление в формулу скорости.
Обсуждение
12 сообщенийРеши
Ответ: в единицу времени.
Получается определение скорости гомогенной реакции:
\[ v = \frac{\Delta n}{V \cdot \Delta t} \]
то есть изменение количества вещества \(\Delta n\) в единице объёма \(V\) за единицу времени \(\Delta t\). Вся фраза целиком: «Скорость реакции — это изменение количества вещества в единице реакционного объёма в единицу времени».
Два других варианта — это не часть определения, а факторы, которые влияют на скорость (температура и катализатор). Их можно вставить только в другое предложение, например: «Скорость реакции возрастает при повышении температуры» или «…при добавлении катализатора». Поэтому слова «в единицу времени» — единственный вариант, который делает предложение определением.
Верный ответ — четвёртый вариант: «Вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется».
Почему остальные не подходят:
- 1-й — это определение индикатора (лакмус, фенолфталеин меняют окраску в кислоте и щёлочи), к скорости реакции отношения не имеет.
- 2-й — это ингибитор: он замедляет реакцию, а катализатор ускоряет. Кстати, это слово было в твоём конспекте рядом с катализатором.
- 3-й — ловушка: катализатор действительно ускоряет реакцию, но не расходуется. Он может участвовать в промежуточных стадиях, однако в конце регенерируется в прежнем количестве, поэтому его не считают израсходованным.
Главный признак для запоминания: ускоряет + остаётся. Пример — оксид марганца(IV) \(\mathrm{MnO_2}\) при разложении пероксида водорода: он ускоряет выделение кислорода, но после реакции его можно снова отделить и использовать.
Выбери какие факторы да какие нет
Ответ
| Фактор | Способствует? | Почему |
|---|---|---|
| Увеличение массы железа | Нет | железо — твёрдое вещество |
| Нагревание | Да | растёт доля частиц с энергией выше активационной |
| Действие катализаторов | Да | снижает энергию активации |
| Повышение общего давления в системе | Да | растёт концентрация газообразного хлора |
Разбор по пунктам
1. Увеличение массы железа — нет.
Реакция гетерогенная: \(2\mathrm{Fe_{(тв)}} + 3\mathrm{Cl_{2(г)}} \to 2\mathrm{FeCl_{3(тв)}}\). Концентрация твёрдого вещества постоянна и в кинетическое уравнение не входит, поэтому просто «добавить железа» — значит не изменить скорость. Ускорило бы измельчение железа (рост площади поверхности \(S\)), но это другой фактор.
2. Нагревание — да.
Универсальный фактор: по правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на каждые 10 °C скорость растёт в 2–4 раза.
3. Действие катализаторов — да.
Катализатор даёт путь реакции с меньшей энергией активации, поэтому скорость увеличивается.
4. Повышение общего давления — да.
В системе есть газ — хлор. При сжатии его концентрация растёт: \(c = \dfrac{n}{V}\), объём уменьшается — частиц в единице объёма больше, столкновений больше, скорость выше.
Проверка
Ключ к таким заданиям: смотри, в каком агрегатном состоянии реагент.
- газ → работают давление и концентрация;
- твёрдое → работает только площадь поверхности (измельчение), но не масса;
- температура и катализатор — работают всегда.
Это продолжение текущей темы — та же кинетика и тот же температурный фактор (правило Вант-Гоффа), которое уже разбирали. Решаю здесь же.
Ответ
\[ v \approx 0{,}28\ \text{моль/(л}\cdot\text{мин)} \]
Решение
Температура понижается с 70 °C до 50 °C, значит скорость не растёт, а падает. Считаем, сколько «шагов» по 10 °C:
\[ \frac{\Delta T}{10} = \frac{70 - 50}{10} = 2 \]
По правилу Вант-Гоффа:
\[ v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}, \qquad \gamma = 2{,}38 \]
\[ v_2 = 1{,}56 \cdot 2{,}38^{-2} = \frac{1{,}56}{2{,}38^2} \]
\[ 2{,}38^2 = 5{,}6644 \]
\[ v_2 = \frac{1{,}56}{5{,}6644} \approx 0{,}2754\ \text{моль/(л}\cdot\text{мин)} \]
Округляем до сотых: 0,28.
Проверка
Обратный ход: \(0{,}2754 \cdot 2{,}38^2 \approx 0{,}2754 \cdot 5{,}6644 \approx 1{,}56\) — вернулись к исходной скорости. Направление тоже логично: охладили на 20 °C → примерно в 5,7 раза медленнее, то есть \(1{,}56 \to 0{,}28\).
В поле впиши 0,28 (запятая или точка — как требует форма).
Это продолжение той же темы — кинетика и влияние концентрации на скорость. Решаю здесь же.
Ответ
\[ \boxed{9} \]
Скорость реакции увеличится в 9 раз.
Решение
Реакция гомогенная, все вещества — газы, поэтому в выражение скорости входят концентрации реагентов, взятые в степенях их коэффициентов:
\[ v = k \cdot c^2(\mathrm{NO}) \cdot c(\mathrm{O_2}) \]
Коэффициент 2 перед NO означает, что по NO реакция второго порядка. Пусть начальная концентрация NO равна \(c\), тогда после увеличения в 3 раза она стала \(3c\). Сравниваем скорости:
\[ \frac{v_2}{v_1} = \frac{(3c)^2 \cdot c(\mathrm{O_2})}{c^2 \cdot c(\mathrm{O_2})} = \frac{9c^2}{c^2} = 9 \]
Концентрация кислорода не менялась, поэтому она сократилась.
Проверка
Простой ориентир: показатель степени равен коэффициенту перед веществом в уравнении, а не самому коэффициенту как множителю. Частая ошибка — написать 3 (взяли \(3^1\)) или 6 (умножили \(3 \cdot 2\)). Правильно: \(3^2 = 9\).
В поле впиши 9.
Реши
Это продолжение той же темы — факторы, влияющие на скорость реакции. Решаю здесь же.
Ответ (что с чем соединить)
| Фактор | Изображение |
|---|---|
| Химическая активность металлов | четыре стакана с \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{Pb}\), \(\mathrm{Al}\), \(\mathrm{Cu}\) в кислоте |
| Изменение давления | два цилиндра с поршнем, где газ сжат (молекул в объёме больше) |
| Действие катализатора | кубик сахара с золой, который загорается |
Сейчас на экране картинки стоят не на своих местах — их нужно поменять местами.
Почему так
1. Четыре стакана — это химическая активность металлов. Все металлы в одном растворе кислоты, но ведут себя по-разному: алюминий реагирует бурно, железо умеренно, свинец слабо, а медь вообще не вытесняет водород (стоит после него в ряду активности). Меняется только природа реагента, всё остальное одинаково — значит, показана именно природа (активность) вещества.
2. Поршни с газом — это изменение давления. В правом сосуде поршень опущен: тот же газ сжат в меньшем объёме. Концентрация растёт, частицы сталкиваются чаще, скорость реакции увеличивается.
3. Горящий кубик сахара — это катализатор. Сам по себе сахар не горит. Но если нанести на него золу (в ней есть соединения, работающие как катализатор), он загорается. Катализатор ускоряет реакцию, а сам в итоге не расходуется.
Проверка
Проверь себя по ключевому слову в каждом изображении:
- разные металлы → природа вещества;
- поршень и «теснота» молекул → давление;
- «не горело, а с добавкой загорелось» → катализатор.
Если справа есть ещё одна карточка (про измельчение или площадь поверхности), она соединяется с картинкой горящего порошка: порошок горит быстрее куска, потому что площадь соприкосновения больше. Скинь её — подтвержу.
