Скоростью химической реакции называется изменение концентрации вещества в единицу времени, \(\frac{\Delta C }{\Delta t}\), где концентрация С выражена в моль/л. В ЕГЭ не требуется применение этой формулы, необходимо лишь уметь сравнивать скорости различных реакций и определять, как на них влияют изменения внешних условий.
Скорость реакции зависит от нескольких факторов:
Важно помнить, что на скорость реакции влияет только состояние исходных веществ. Состояние продуктов на скорость не влияет.
Рассмотрим каждый пункт отдельно:
1) Природа реагентов
Очевидно, что разные реакции при одних и тех же условиях протекают с различными скоростями. Нейтрализация щелочи кислотой протекает почти моментально, растворение цинка в соляной кислоте - быстро, ржавление железа под действием воды и кислорода – намного дольше. Общее правило очевидно: чем активнее реагирующие вещества, тем быстрее они взаимодействуют друг с другом. (Например: чем активнее металл, вступающий в реакцию, тем быстрее происходит реакция)
Самые быстрые реакции – гомогенные, протекающие в одной фазе (газы или смешивающиеся жидкости). В них взаимодействие происходит во всем объеме смеси реагентов.
Гетерогенные реакции – взаимодействие не смешивающихся друг с другом веществ – протекают на границе раздела фаз. Эти процессы медленнее, и скорость определяется площадью поверхности соприкосновения.
Среди всех реакций самую высокую скорость имеют реакции ионного обмена.
2) Температура
При увеличении температуры молекулы начинают двигаться быстрее, следовательно, чаще сталкиваются друг с другом. Таким образом, скорость реакции всегда возрастает при повышении температуры и уменьшается – при понижении. Мы активно пользуемся этим в быту: например, для замедления процессов гниения (сложных химических реакций) храним продукты в холодильнике, а для ускорения реакции Майяра (взаимодействие белков с сахарами) готовим пищу при высокой температуре.
Зависимость скорости реакции от температуры определяется уравнением Вант-Гоффа:\( \frac{v_{2} }{v_{1}}=\gamma ^{\frac{T_{2}-T_{1}}{10}}\) , где v2 и v1 – скорости реакции при температурах Т2 и Т1 соответственно, γ – температурный коэффициент, принимающий значения от 2 до 4. Например, если γ=3, при повышении температуры на 20 градусов скорость реакции возрастет в \(3^{\frac{20}{10}}=9\) раз.
3) Концентрация реагентов
Очевидно, что чем выше концентрации реагирующих веществ, тем чаще их молекулы будут сталкиваться друг с другом, следовательно, тем быстрее будет протекать взаимодействие. Зависимость скорости от концентрации реагентов выражается законом действующих масс.
Например, для реакции aA + bB = cC + dD скорость \(v=k[A]^{a}[B]^{b}\). На самом деле часто зависимость скорости от концентраций реагентов носит более сложный характер, так как многие процессы протекают через образование промежуточных продуктов, но мы оставим эти случаи университетскому курсу.
Пожалуйста, не путайте: скорость реакции зависит от концентраций реагентов и не зависит от концентраций продуктов!
Здесь же рассмотрим влияние давления на скорость реакции. Жидкости и твердые тела практически несжимаемы и давление не влияет на их концентрации. Для газов увеличение давления вызывает возрастание концентрации, следовательно, ускоряет реакцию.
4) Катализаторы и ингибиторы
Катализатор – вещество, увеличивающее скорость реакции, но не расходующееся в ней, ингибитор – это «катализатор наоборот», он замедляет реакцию.
5) Площадь границы раздела фаз
Для примера рассмотрим реакцию цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.
Кусочек цинка будет постепенно растворяться в кислоте: сначала прореагирует верхний слой молекул, потом следующий, - и так далее. «Внутренние» атомы смогут прореагировать только после того, как перейдут в раствор «внешние».
Если же этот кусочек измельчить (то есть увеличить площадь его поверхности) реакция пойдет заметно быстрее, т.к. возрастет количество «доступных для кислоты» частиц.
Таким образом, чем сильнее измельчено твердое вещество, тем выше скорость реакции. Количество твердого вещества на скорость влияет намного слабее, чем степень его измельченности и концентрация жидких или газообразных реагентов.
Потренируемся. Ниже приведены вопросы из ЕГЭ разных лет:
| А) Скорость химической реакции 2С(тв) + СО2(г) = 2СО(г) не зависит от | 1) температуры
2) концентрации СО 3) степени измельченности угля 4) давления |
||||||||
| Б) С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция меду водородом и | 1) серой
2) иодом 3) фтором 4) бромом |
||||||||
| В) Для увеличения скорости химической реакции Mg(тв) + 2HCl(р-р) = MgCl2(р-р) + H2(г) необходимо | 1) увеличить давление
2) уменьшить температуру 3) увеличить концентрацию HCl 4) увеличить количество магния. |
||||||||
| Г) Повышение давления приведет к увеличению скорости реакции | 1) 2P(тв) + 3S(тв) = P2S3(тв)
2) Br2(ж) + 2Na(тв) = 2NaBr 3) H2O(ж) + 2Na(тв) = 2NaOH + H2(г) 4) N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) |
||||||||
Ответы:
|
|||||||||
Если вам понравился наш материал - записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по химии онлайн
В варианте ЕГЭ-2025 две задачи по теории вероятностей — это №4 и №5. По заданию 5 в Интернете почти нет доступных материалов. Но в нашем бесплатном мини-курсе все это есть.
