ГДЗ по химии, 11 класс, Габриелян, номер 11.2: Скорость химических реакций

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить теоретические основы кинетики химических реакций. Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и внешних условий (концентрация, температура, давление, катализатор). Однако механизмы влияния этих факторов различаются для гомогенных систем (одна фаза) и гетерогенных систем (разные фазы). Мы выделим ключевые закономерности для каждого типа отдельно.

Вычисление и обоснование:

Закономерности для гомогенных реакций:

• Зависимость от концентрации: Скорость реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам (закон действующих масс). Для реакции aA+bB→cC скорость описывается уравнением: v=k·[A]^a·[B]^b где k — константа скорости.
• Влияние температуры: Повышение температуры увеличивает скорость реакции согласно правилу Вант-Гоффа (при повышении температуры на каждые 10^°C скорость возрастает в 2-4 раза) или более точно по уравнению Аррениуса.
• Отсутствие зависимости от площади поверхности: Так как реагенты находятся в одной фазе и перемешаны на молекулярном уровне, площадь межфазной границы не является определяющим фактором.

Закономерности для гетерогенных реакций:

• Зависимость от площади поверхности раздела фаз: Реакция протекает только на границе соприкосновения фаз. Поэтому скорость реакции прямо пропорциональна площади поверхности твердого реагента. Измельчение твердых веществ значительно ускоряет процесс.
• Концентрация твердых веществ постоянна: В законе действующих масс для гетерогенных реакций концентрацию твердых веществ не учитывают (она входит в константу скорости), так как она неизменна. Скорость зависит от концентрации газообразных или растворенных компонентов.
• Диффузия как лимитирующая стадия: Часто скорость процесса определяется не химическим актом, а скоростью подвода реагентов к поверхности и отвода продуктов с поверхности (внешняя и внутренняя диффузия).
• Влияние перемешивания: Интенсивное перемешивание снижает толщину диффузионного слоя, что повышает скорость доставки реагентов к поверхности раздела фаз.

Проверка:

Сравним полученные выводы с общими принципами физической химии. Для гомогенных систем основным параметром является объемная концентрация, так как столкновения происходят во всем объеме. Для гетерогенных систем «узким местом» является поверхность контакта, поэтому изменение дисперсности твердой фазы критически важно. Закономерности логичны и соответствуют учебному материалу § 11.