ГДЗ по Химии 8 Класс Страница 152 Рабочая тетрадь (2018) Габриелян — Подробные Ответы

Объяснение зависимости скорости химических реакций от природы реагентов

Постановка задачи:

Требуется проиллюстрировать, как скорость химической реакции зависит от:

1. Природы металла при взаимодействии с соляной кислотой.
2. Природы кислоты при взаимодействии с цинком.

Общие принципы, влияющие на скорость реакции:

Скорость химической реакции определяется множеством факторов, включая концентрацию реагентов, температуру, площадь поверхности соприкосновения, наличие катализатора и, что важно для данной задачи, природу самих реагентов. Природа реагентов включает в себя их химическую активность, строение и способность к образованию связей.

Часть 1: Зависимость скорости реакции от природы металла (с соляной кислотой)

Химический принцип:

Активность металлов по отношению к кислотам (способность вытеснять водород) определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений металлов. Металлы, расположенные левее водорода в этом ряду, способны вытеснять водород из кислот. Чем левее расположен металл, тем выше его химическая активность и, соответственно, тем быстрее он будет реагировать с кислотами.

Рассмотрим примеры, представленные в иллюстрации:

• Железо (Fe):
  \(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\)
• Цинк (Zn):
  \(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\)
• Литий (Li):
  \(2\text{Li} + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{LiCl} + \text{H}_2\uparrow\)

В ряду напряжений металлов эти элементы расположены следующим образом (в порядке возрастания активности):

Следовательно, скорость реакции с соляной кислотой будет возрастать в том же порядке:

Fe + HCl (медленно) < Zn + HCl (быстрее) < Li + HCl (очень быстро, взрывоопасно)

Иллюстрация:

• Fe + HCl: Изображение ленивца символизирует очень медленную реакцию. Железо реагирует с соляной кислотой относительно медленно из-за своей умеренной активности.
• Zn + HCl: Изображение гоночной машины (Молния МакКуин) показывает значительно более высокую скорость реакции. Цинк более активен, чем железо, и реагирует с кислотой заметно быстрее, с интенсивным выделением водорода.
• Li + HCl: Изображение бегущего человека с надписью «acceleration yes» (ускорение, да) указывает на чрезвычайно высокую скорость реакции. Литий — очень активный щелочной металл, его реакция с кислотами протекает бурно, иногда со взрывом.

Часть 2: Зависимость скорости реакции от природы кислоты (с цинком)

Химический принцип:

Скорость реакции металла с кислотой также зависит от силы кислоты. Сила кислоты определяется степенью её диссоциации в растворе, то есть способностью образовывать ионы водорода (\(\text{H}^+\)). Чем сильнее кислота, тем выше концентрация ионов \(\text{H}^+\) в растворе, и тем быстрее будет протекать реакция с металлом.

Рассмотрим примеры, представленные в иллюстрации:

• Цинк с уксусной кислотой (CH₃COOH):
  \(\text{Zn} + 2\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Zn} + \text{H}_2\uparrow\)
• Цинк с соляной кислотой (HCl):
  \(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\)

• Соляная кислота (HCl) — это сильная кислота, которая полностью диссоциирует в водном растворе, обеспечивая высокую концентрацию ионов \(\text{H}^+\).
• Уксусная кислота (CH₃COOH) — это слабая кислота, которая диссоциирует лишь частично, поэтому концентрация ионов \(\text{H}^+\) в её растворе значительно ниже, чем в растворе сильной кислоты той же молярности.

Следовательно, скорость реакции цинка с кислотами будет следующей:

Zn + CH₃COOH (медленно) < Zn + HCl (быстро)

Иллюстрация:

• Zn + CH₃COOH: Изображение скучающей аудитории (первое и третье фото) символизирует медленную, вялотекущую реакцию. Из-за низкой концентрации ионов \(\text{H}^+\) уксусная кислота реагирует с цинком медленно, с незначительным выделением водорода.
• Zn + HCl: Изображение возбужденной, увлеченной аудитории (второе фото) показывает быструю и энергичную реакцию. Соляная кислота, будучи сильной, быстро реагирует с цинком, вызывая бурное выделение водорода.

Вывод:

Данные иллюстрации наглядно демонстрируют, что скорость химических реакций напрямую зависит от химической активности участвующих веществ. Более активные металлы реагируют быстрее, а более сильные кислоты обеспечивают более высокую скорость реакции благодаря большей концентрации реакционноспособных ионов водорода.