Контрольные вопросы и упражнения

1. Какие из перечисленных веществ реагируют с гидроксидом калия:

Mg(OH)₂, Al(OH)₃, ZnO, Ba(OH)₂, Fe(OH)₃? Написать уравнения соответствующих реакций.

2. Какие из указанных соединений будут попарно взаимодействовать:

P₂O₅, NaOH, ZnO, AgNO₃, Na₂CO₃, KCl, Cr(OH)_3, H₂SO₄? Составить уравнения реакций.

3. Назвать и написать графические формулы следующих веществ:

CrCl₃, Ba(HCO₃)₂, MgSO₄, AlOHCl, Fe(NO₃)₂, CrOHSO₄, Ca₃(PO₄)₂, Fe(HS)₂, (ZnOH)₂SO₃, Al(H₂PO₄)₃, [Fe(OH)₂]₂CO₃, Cr₂(HPO₄)₃, CaSiO₃, FeOHNO₃.

4. Составить уравнения реакций получения всеми возможными способами следующих солей: сульфат меди (II), нитрат натрия, карбонат кальция.

5. Изменяя соотношение реагирующих веществ по реакции

Ca(OH)₂ + H₃PO₄ →

Получить кислые, основную и среднюю соли.

6. Составить уравнения реакций получения указанных ниже солей: дигидрофосфат натрия, гидросульфит бария, хлорид дигидроксоалюминия, нитрат гидроксохрома (III). Как превратить эти соли в средние? Написать уравнения соответствующих реакций.

7. a) Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe → FeCl₃ → Fe(NO₃)₃

б) P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ → Ca(H₂PO₄)₂ → Ca₃(PO₄)₂

в) Cu(OH)₂ → CuO → Cu → CuSO₄→ Cu(NO₃)₂

2. Скорость химической реакции. Катализ

Любая химическая реакция представляет собой результат совокупности элементарных актов, т.е. одновременных взаимодействий между несколькими частицами, при которых образуются продукты реакций. Конечные продукты могут получаться за один или несколько последовательных элементарных актов (ступеней).

Скоростью химической реакции называется число элементарных актов, происходящих в единицу времени в единице объёма (гомогенные реакции) или на единице поверхности (гетерогенные реакции).

Количественно скорость реакции обычно характеризуют изменением концентрации какого-либо из исходных или конечных продуктов реакции в единицу времени.

Если за промежуток времени ∆τ= τ₂- τ₁ концентрация одного из веществ, участвующих в реакции, уменьшается на ∆С= С₂-С₁, то средняя скорость химической реакции за указанный промежуток времени равна

V= (С₂-С₁)/(τ₂-τ₁) = ∆C/∆τ , [моль/(л∙с)]

Величина V выражает скорость химического процесса на некотором отрезке времени. Поэтому чем меньше ∆τ, тем средняя скорость будет ближе к истинной.

Скорость химической реакции зависит от многих факторов, основным из которых являются: природа и концентрация реагирующих веществ; температура реакционной системы; катализатор; давление; поверхность прикосновения частиц; тип растворителя и др.

Влияние концентрации реагентов. Скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ. Число соударений, в свою очередь, тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ.

Общую формулировку влияния концентрации на скорость химической реакции даёт закон действия масс (1867 г., Гульдберг, Вааге, Бекетов);

При постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях их уравнительных (стехиометрических) коэффициентов.

Для реакции А + В = АВ

V = K[A][B], где К – коэффициент пропорциональности или константа скорости.

Для реакции 2 А + В = А₂В

V = K[A]²[B]

Если [А] = 1; [В] =1, то V = K.

Коэффициент пропорциональности (константа скорости) равен скорости реакции при концентрации реагирующих веществ, равных единице.

Влияние температуры на скорость реакции. С ростом температуры увеличивается частота столкновения реагирующих молекул, а следовательно, увеличивается скорость реакции.

Количественно влияние температуры на скорость гомогенных реакций может быть выражено правилом Вант-Гоффа.

В соответствии с правилом Вант-Гоффа при повышении (понижении) температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается (уменьшается) в 2-4 раза:

V(t₂) / V(t₁) = γ ^(t2t1)/10 или τ(t₂) / τ(t₁)= γ ^(t2t1)/10

где V(t₂) и V(t₁) – скорости химической реакции при соответствующих температурах; τ(t₂) и τ(t₁) – продолжительность химической реакции при соответствующих температурах; γ – температурный коэффициент Вант-Гоффа, который может принимать числовое значение в интервале 2-4.

Пример. При температуре 298 К некоторая реакция заканчивается за 32 мин.

Через сколько минут закончится эта реакция при 348 К, если температурный коэффициент равен 4?

Решение. При увеличении температуры от 298 до 348 К скорость реакции возрастает в соответствии с правилом Вант-Гоффа в

V(t₂)/V(t₁) = 4^{(348298)/10} = 4⁵ = 1024 раза.

Следовательно, данная реакция при 348 К закончится за 1,8 с (32 мин:1024=0,03 мин=1,8 с).

Энергия активации. Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации данной реакции (выражается в кДж/моль). Один из таких способов активации  увеличение температуры: при повышении температуры число активных частиц сильно возрастает, благодаря чему резко увеличивается скорость реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

k = A∙exp[-E_a/(RT)],

где k – константа скорости химической реакции; E_а – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; А – постоянная; exp – основание натуральных логарифмов.

Величина энергии активизации может быть определена, если известны два значения константы скорости k₁ и k₂ при температуре соответственно Т₁ и Т₂, по следующей формуле:

Е_а = (2,3∙R∙T₁∙T₂∙lg(k₂/k₁))/(T₂ – T₁)