Домашнє завдання. Швидкість хімічних реакцій. Залежність швидкості реакцій від різних чинників.
Завдання 1. Проведіть домашній експеримент. Для цього використайте шкарлуупу від яєць і оцет. Покладіть на два блюдця однакові порції шкаралупи. До порції долийте 6% оцту об'ємом 5 мл, а до другої такий самий об'єм наполовину розбавленого водою оцту. Опишіть ваші спостереження та поясніть причини швидкості реакції.
У першому випадку концентрація оцту є більшою, тому реакція відбувається швидше.
III рівень
Завдання 2. Напишіть рівняння реакцій: а) взаємодії цинку з розчином сульфатної кислоти; б) взаємодії міді з киснем; в) взаємодії заліза з розчином купрум(ІІ) хлориду. Поясніть, за яких умов можна збільшити швидкість кожної з цих реакцій.
а) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
Збільшити концентрацію сульфатної кислоти.
б) 2Cu + O2 = 2CuO;
Мідь подрібнити.
в) Fe + CuCl2 = Cu + FeCl2.
Збільшити температуру (нагріти).
Розгляньте ці реакції з погляду окисно-відновних процесів, назвіть окисник і відновник.
а) Zn0 + H2+1SO4 = Zn+2SO4 + H20↑
Zn0 (відновник) -2е =Zn+2
H2+1 (окисник) +2е = 2Н0
Як бачимо, Цинк підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Гідроген знизив ступінь окиснення від +1 до 0, виконав роль окисника і відновився.
б) 2Cu0 + O20 = 2Cu+2O-2↑
Cu0 (відновник) -2е =Cu+2
О20 (окисник) +4е = 2О-2
Як бачимо, Купрум підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Оксиген знизив ступінь окиснення від 0 до -2, виконав роль окисника і відновився.
в) Fe0 + Cu+2Cl2 = Cu0 + Fe+2Cl2.
Fe0 (відновник) -2е =Fe+2
Cu+2 (окисник) +2е = Cu0
Як бачимо, Ферум підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Купрум знизив ступінь окиснення від +2 до 0, виконав роль окисника і відновився.
Завдання 3. Обчисліть об'єми газів (н.у.): кисню, що витратиться, і карбон(ІУ) оксиду, що утвориться, якщо повністю згоріло вугілля масою 90 г.
Дано: m(С)=90 г. Знайти V(O2)-? V(CO2)-?
Розв'язання.
І спосіб.
Записуємо рівняння реакції:
90 г х л у л
С + О2 = СО2↑
12 г 22,4 л 22,4 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль вуглецю С з 1 моль кисню О2 з утворенням 1 моль вуглекислого газу СО2. (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л)
Обчислюємо молярну масу Карбону й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(С)= Ar(С)= 12. M(С)=12 г/моль. Маса 1 моль=12 г.
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо дві пропорції для обчислення об'єму речовин і розв'язуємо їх.
Пропорція для обчислення об'єму кисню.
90 г / 12 г = х л / 22,4 л, звідси х=90 г •22,4 / 12 г=168 л.
Пропорція для обчислення об'єму вуглекислого газу.
90 г / 12 г = у г / 22,4 л, звідси у=90 г •22,4 л / 12 г =168 л.
Відповідь: V(O2)=168 л; V(CО2)=168 л.
ІІ спосіб.
Записуємо рівняння реакції: С+О2=СО2↑
Обчислюємо кількість речовини вуглецю масою 90 г за формулою y=m/M, де М г/моль = Mr.
Mr(С)= Ar(С)= 12. M(С)=12 г/моль.
y(C)=90 г : 12 г/моль=7,5 моль.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 моль вуглецю С з 1 моль кисню О2 з утворенням 1 моль вуглекислого газу СО2, кількість речовини однакова, тому у(O2)=у(С)=7,5моль і у(CО2)=у(О2)=7,5 моль.
Обчислюємо об'єм за вказаною кількістю речовини за формулою V=Y•Vм, де Vм=22,4 л/моль за н.у.
V(O2)=7?5 моль•22,4 л/моль=168 л.
V(СO2)=7?5 моль•22,4 л/моль=168 л.
Відповідь: V(O2)=168 л; V(CО2)=168 л.
IV рівень
Завдання 4. Напишіть рівняння реакцій: а) магнію, цинку, алюмінію, заліза з розчином сульфатної кислоти однакового об'єму та концентрації. Поясніть, у якому випадку і чому швидкість реакції буде найбільшою і найменшою.
а) Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑ - швидкість реакції найбільша.
б) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
в) 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
г) Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑ - швидкість реакції найменша.
У випадку а) швидкість реакції буде найбільшою, а у випадку г) - найменшою. Тому, що метал Mg активніший за запропоновані і розміщений лівіше від них у ряді активності металів, а залізо Fe є менш активніший за запропоновані і розміщений правіше від них.
Розгляньте реакції з погляду окисно-відновних процесів, укажіть окисник і відновник.
а) Mg0 + H2+1SO4 = Mg+2SO4 + H20↑
Mg0 (відновник) -2е = Mg+2
H2+1 (окисник) +2е = 2Н0
Як бачимо, Магній підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Гідроген знизив ступінь окиснення від +1 до 0, виконав роль окисника і відновився.
б) Zn0 + H2+1SO4 = Zn+2SO4 + H20↑
Zn0 (відновник) -2е =Zn+2
H2+1 (окисник) +2е = 2Н0
Як бачимо, Цинк підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Гідроген знизив ступінь окиснення від +1 до 0, виконав роль окисника і відновився.
в) 2Al0 + 3H2+1SO4 = Al2+3(SO4)3 + 3H20↑
Al0 (відновник) -3е =Zn+3
H2+1 (окисник) +2е = 2Н0
Як бачимо, Алюміній підвищив ступінь окиснення від 0 до +3, виступив відновником і окиснився, а Гідроген знизив ступінь окиснення від +1 до 0, виконав роль окисника і відновився.
г) Fe0 + H2+1SO4 = Fe+2SO4 + H20↑
Fe0 (відновник) -2е = Fe+2
H2+1 (окисник) +2е = 2Н0
Як бачимо, Ферум підвищив ступінь окиснення від 0 до +2, виступив відновником і окиснився, а Гідроген знизив ступінь окиснення від +1 до 0, виконав роль окисника і відновився.
Завдання 5. Складіть задачу та розв'яжіть її на основі рівняння реакції взаємодії алюмінію з розчином сульфатної кислоти.
На алюміній кількістю речовин 3 моль подіяли надлишком розчину сульфатної кислоти. Яка маса солі? Який об’єм газу виділився?
Дано: y(Al)=2 моль. Знайти: m(Al2(SO4)3)-? V(H2)-?
Розв'язання.
І спосіб.
Записуємо рівняння реакції:
3 моль x г у л
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
2 моль 342 г 67,2 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 3 моль магнію Al з утворенням 1 моль алюміній сульфату Al2(SO4)3 і виділенням 3 моль водню H2 (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, а 3 моль займає об'єм у три рази більший 67,2 л).
Обчислюємо молярну масу (M г/моль = Mr) алюміній сульфату й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(Al2(SO4)3)=2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342,
M(Al2(SO4)3)=342 г/моль. Маса 1 моль=342 г.
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо дві пропорції і розв'язуємо їх.
Пропорція для обчислення маси алюміній сульфату:
3 моль / 2 моль = х г / 342 г, звідси х=3 моль • 342 г / 2 моль=513 г.
Пропорція для обчислення об'єму водню Н2:
3 моль / 2 моль = х л / 67,2 л, звідси х=3 моль • 67,2 л / 2 моль=100,8 л.
Відповідь: m(Al2(SO4)3)=513 г; V(H2)=100,8 л.
ІІ спосіб.
Записуємо рівняння реакції: 2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль магнію Al з утворенням 1 моль алюміній сульфату Al2(SO4)3 і виділенням 3 моль водню H2, кількість речовини алюміній сульфату у 2 рази менша, а водню у 1,5 рази (3:2=1,5) більша, ніж кількість речовини алюмінію, тому y(Al2(SO4)3)=y(Al):2=3 моль:2=1,5 моль, а y(H2)= y(Al)•1,5= 3 моль•1,5 = 4,5 моль.
Обчислюємо масу алюміній сульфату кількістю речовини 1,5 моль
З формули y=m/M, де М г/моль=Мr, знаходимо масу m=y•M.
Mr(Al2(SO4)3)=2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342.
M(Al2(SO4)3)=342 г/моль.
m(Al2(SO4)3)=1,5 моль•342 г/моль=513 г.
Обчислюємо об'єм водню кількістю речовини 4,5 моль за формулою V=Y•Vм, де Vм=22,4 л/моль за н.у.
V(H2)=4,5 моль•22,4 л/моль=100,8 л.
Відповідь: m(Al2(SO4)3)=513 г; V(H2)=100,8 л.