Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Савчин Хімія 9 клас. 2022

§ 19. Швидкість хімічної реакції...

тому частота зіткнень між металом та йонами H+ зменшилася. Якщо ж концентрацію хлоридної кислоти збільшити, то відповідно збіль­ шиться і частота зіткнень. На рисунку 56 зображено процес горіння вуглецю в атмосфері повітря та в чистому кисні.

Порівняйте результати горіння та поясніть самостійно, чому в кисні горіння від-

Вивчаючи хімічні реакції, ви вже ознайомилися з деякими чинниками впливу на них. Що ж відбувається за нагрівання реагентів? Наприклад, у природних умовах окиснення міді відбувається дуже повільно. однак якщо нагріти мідну дротину на полум’ї спиртівки, то вона швидко окисню­ ється і на її поверхні утворюється чорний наліт купрум(ІІ) оксиду.

отже, швидкість хімічної реакції збільшується під час нагрівання речо­ вин.

Чим це пояснити? очевидно, що з надходженням тепла ззовні час­ тинки речовини стають активнішими й частота їх зіткнень збільшується.

5.­Залежність­швидкості­хімічної­реакції­від­наявності­каталізатора

Пригадайте, які речовини називають каталізаторами та яка їхня функція в хіміч- них реакціях.

101

Тема 2. Хімічні реакції

Пришвидшити хімічні реакції можна за допомогою каталізаторів. У більшості виробництв застосовують каталізатори, які пришвидшують реакції, щоб зменшити затрати праці й енергоресурсів, тобто підвищити еко­ номічну ефективність процесів. одержуючи кисень у лабораторних умовах із гідроген пероксиду, ви як каталізатор використовували манган(ІV) оксид.

одним із принципів «зеленої» хімії є використання ефективних каталізаторів. Ефективність каталізатора полягає в зміні умов здій­ снення реакцій.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 10

ВПЛИВ КОНцЕНТРАцІЇ  ТА  ТЕМПЕРАТУРИ  НА  ШВИДКІСТЬ  РЕАКцІЇ  цИНКУ   З  ХЛОРИДНОю  КИСЛОТОю

Повторіть­правила­безпеки­під­час­роботи­з­речовинами­й­суворо­ ­ дотримуйтеся­їх.

За в д а н н я 1. Дослідіть вплив площі поверхні контакту реагентів на швидкість хімічної реакції.

Д о с л і д 1. Покладіть в одну пробірку гранулу цинку, а в другу — таку саму масу порошку. До кожної з пробірок долийте хлоридну кис­ лоту однакового об’єму. опишіть свої спостереження. Зробіть висновок.

За в д а н н я 2. Дослідіть вплив концентрації реагентів на швидкість хімічної реакції.

Д о с л і д 2. Покладіть у дві пробірки по гранулі цинку. Долийте хло­ ридну кислоту різної концентрації: у першу пробірку — нерозведену,

удругу — наполовину розведену водою. опишіть свої спостереження. Зробіть висновок.

За в д а н н я 3. Дослідіть вплив температури на швидкість хімічної реакції.

Д о с л і д 3. Покладіть у дві пробірки по гранулі цинку. Долийте хлоридну кислоту так, щоб вона вкрила поверхню цинку. Нагрійте одну з пробірок, а другу залиште для порівняння. опишіть свої спосте­ реження. Зробіть висновок.

Запишіть результати спостережень у таблицю в зошиті. Зробіть загальний висновок.

Загальний висновок: ______________________________________.

102

§ 19. Швидкість хімічної реакції...

ПІДСУ­МО­ ­ВУ­Є­МО­­ВИВЧЕНЕ

•Хімічна кінетика — учення про швидкість і механізм хімічних реакцій.

•Швидкість хімічних реакцій визначають за зміною концентрації реагенту або продукту реакції за одиницю часу в одиниці об’єму.

•Швидкість хімічної реакції залежить від таких чинників: 1) природи речовин, що реагують; 2) концентрації реагентів; 3) площі поверхні контакту реагентів; 4) температури; 5) наявності каталізатора.

•Усі зазначені чинники впливають на збільшення частоти зіткнень між частинками речовин, а отже, пришвидшують хімічні реакції.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

  Поясніть, як ви розумієте поняття «швидкість хімічної реакції».

2.  Наведіть приклади реакцій, що відбуваються з різною швидкістю за певний проміжок часу.

3.Назвіть чинники, які впливають на швидкість хімічної реакції.

4.Позначте два чинники, що вплинуть на швидкість хімічної реакції, яка відбуватиметься за схемою KClO3 → KCl + O2↑.

 В каталізатор  Г площа поверхні контакту реагентів

5. Укажіть, між якими речовинами швидкість хімічної реакції залежить від тиску.

 А взаємодія міді з киснем

 Б взаємодія розчинів сульфатної кислоти й барій гідроксиду

 В взаємодія кальцій карбонату з хлоридною кислотою Г взаємодія водню з азотом

6.  Укажіть, у якій із пробірок (І чи ІІ) і чому реакція відбуватиметься швидше, якщо до однакових порцій натрій сульфіту долити по 2 мл хлоридної кислоти, розведеної так: І — 1 : 4; ІІ — 1 : 8.

 А у І, бо концентрація кислоти менша

 Б у ІІ, бо концентрація кислоти більша

 В у І, бо концентрація кислоти більша

 Г у ІІ, бо концентрація кислоти менша

7. Укажіть, у якій із пробірок (І чи ІІ), що містять однакові порції порошків цинку й заліза та до яких долито розчин сульфатної кислоти однакової концентрації об’ємом по 2 мл, реакція відбуватиметься повільніше й чому.

 А у ІІ, бо залізо менш активне, ніж цинк

 Б у ІІ, бо залізо активніше за цинк

 В у І, бо цинк активніший за залізо

 Г у І, бо залізо активніше за цинк

8.До розчину масою 252 г з масовою часткою натрій сульфіту 10 % долили хлоридну кислоту в надлишку. Обчисліть масу утвореної солі й об’єм газу (н. у.), що утворився. Назвіть газ.

9.У розчин масою 376 г із масовою часткою купрум(ІІ) нітрату 0,25 занурили магнієву пластину. Обчисліть масу утвореної солі та масу й кількість речовини металу, що відновився.

103

Тема 2. Хімічні реакції

§  20.­ОБОРОТНІ­­Й­­НЕОБОРОТНІ­РЕАКЦІї

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•формулювати визначення понять «пряма реакція», «оборотна реакція»;

•розрізняти оборотні й необоротні реакції;

•наводити приклади оборотних і необоротних реакцій;

•складати рівняння оборотних реакцій.

Пригадайте умови, за яких хімічні реакції відбуваються.

оБоротні й неоБоротні реакції.­За напрямком реакції поділяють на оборотні й необоротні. Під час вивчення електролітичної дисоціації ви ознайомилися з реакціямиелектролітівурозчинах,якізавершуютьсяповним перетворенням реагентів на продукти реакцій. До них належать реакції, що відбуваються з утворенням нерозчинної речовини, яка випадає в осад, утворенням і виді­ ленням газу, утворенням води або іншої малодисоційованої речовини.

Усі попередні реакції взаємодії металів із кислотами, кислот із лу­ гами, металів із неметалами, які ви вивчали, є необоротними, оскільки з отриманих продуктів реакції не можна одержати реагенти. Про такі реакції кажуть, що вони відбуваються в одному напрямку.

Необоротними називають хімічні реакції, що відбуваються в одному напрямку й завершуються повним перетворенням реаген­ тів на продукти реакції.

Виконаємо кілька демонстраційних дослідів.

Д о с л і д 1. Взаємодія натрій карбонату з розчином сульфатної кислоти. Насиплемо в пробірку порошок натрій карбонату й доллємо роз­ чин сульфатної кислоти. рівняння реакції:

Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O.

реакція припиниться тоді, коли один із реагентів прореагує повністю. одержати натрій карбонат і сульфатну кислоту з утворених продук­

тів практично неможливо.

отже, ця реакція необоротна, бо під час взаємодії речовин забезпечу­ ються дві умови: утворився і виділився газ та утворилися молекули мало­ дисоційованої води.

Д о с л і д 2. Реакція розкладу амоній хлориду. Насиплемо кристали амоній хлориду NH4Cl масою 2,5–3 г у велику пробірку. Закриємо отвір пробірки корком із скловати й нагріватимемо вміст пробірки.

Що спостерігаємо? амоній хлорид розкладається з утворенням амо­ ніаку та гідроген хлориду. Згодом у верхній частині пробірки збира­ ється густий дим, що свідчить про взаємодію утворених продуктів між собою. Продуктом реакції є сіль амоній хлорид.

отже, у пробірці одночасно відбуваються дві реакції: пряма — роз­ клад амоній хлориду та зворотна — утворення амоній хлориду (рис. 58).

104

§ 20. Оборотні й необоротні реакції

Розклад амоній хлориду

Хімічні реакції, які одночасно відбуваються у двох протилежних напрямках (прямому й зворотному), називають оборотними.

стрілки, спрямовані в протилежних напрямках «».

оборотною є також реакція взаємодії водню з йодом. На рисунку 59 зображено утворення молекул гідроген йодиду — це пряма реакція (рис. 59, а) та розклад утвореного продукту реакції на водень і йод — зворотна реакція (рис. 59, б).

Вивчаючи кристалогідрати, ви ознайомилися з оборотною реакцією, яка відбувається під час сильного нагрівання мідного купоросу. Утворюється безводна сіль купрум(ІІ) сульфат. Зневоднюючись, криста­ логідрат змінює синє забарвлення, а утворена безводна сіль має білий колір. але якщо до неї додати кілька крапель води, то забарвлення змі­ ниться на попереднє. Складемо рівняння прямої та зворотної реакцій:

Рис. 59. Схема прямої (а) і зворотної (б) реакцій утворення та розкладу гідроген йодиду

105

Тема 2. Хімічні реакції

оборотні реакції відбуваються в природі. Під час грози температура в зоні електричного розряду становить 3000–4000 °С, унаслідок чого з кисню, що міститься в повітрі, утворюється озон. однак озон є нестій­ кою речовиною і частково розкладається на кисень. Ці процеси відо­ бражає таке рівняння:

ПІДСУ­МО­ ВУ­ Є­ МО­ ­­ВИВЧЕНЕ

•Хімічні реакції, що відбуваються в одному напрямку й завершуються повним перетворенням реагентів на продукти реакції, називають необоротними.

•Хімічні реакції, які одночасно відбуваються у двох протилежних напрямках, називають оборотними.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

1.  Назвіть чинник, який узято за основу класифікації хімічних реакцій на оборотні й необоротні.

2.  Сформулюйте визначення реакцій: а) необоротних; б) оборотних.

3.Наведіть приклади реакцій: а) необоротних; б) оборотних.

4.Укажіть, які з поданих реакцій є необоротними.

 А N2 + 3H2 = 2NH3

 Б K2SO3 + H2SO4 = K2SO4 + SO2↑ + H2O

 В 2H2O = O2 + 2H2

 Г Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O

5.  Перетворіть схеми реакцій на рівняння, дібравши коефіцієнти, і вкажіть оборотні реакції:

 а) BaO + H2SO4 → ... ; б) Al(OH)3 + HCl → ... ; в) N2 + H2 → ... ; г) K2SO3 + HCl → ... ; ґ) H2O → ... ; д) HgO →t ... .

6.Під час взаємодії барій нітрату з натрій карбонатом утворився барій карбонат масою 59,1 г. Обчисліть маси реагентів.

7.Натрій карбонат повністю прореагував із розчином кислоти масою 98 г, у якому масова частка сульфатної кислоти 0,3. Обчисліть маси утворених солі та води й об’єм (н. у.) утвореного карбон(IV) оксиду.

8.  Під час кип’ятіння води в чайнику з’являється карбонатна плівка, яка поступово стає товстішою. Запропонуйте доступний спосіб очищення чайника від кальцій та магній карбонатів із використанням реакцій обміну. Складіть рівняння реакцій та вкажіть тип реакції щодо їх напрямку. Поясніть, чому економічно невигідно кип’ятити воду в чайнику з накипом.

9.  Вивчаючи реакції йонного обміну, ви спостерігали, що відбувається: 1) зміна забарвлення суміші, утвореної розчинами лугу та фенолфталеїну; 2) утворення нерозчинної речовини, що випадає в осад; 3) утворення і виділення газу. Підберіть розчини речовин так, щоб реакції супроводжували явища, які безпечно спостерігати. Складіть рівняння реакцій у молекулярній та йонній формах.

106

§20. Оборотні й необоротні реакції

10.Перемалюйте кросворд у зошит і розв’яжіть його. У виділеному стовпці отримайте назву одного з типів хімічних реакцій.

1.Реакції, що відбуваються в одному напрямку до перетворення речовин реагентів на продукти реакції.

2.Процес приєднання електронів.

3.Реакція, що відбувається з виділенням тепла.

4.Назва елемента, що приєднує електрони в окисно-відновних реакціях.

5.Чинник, який впливає на швидкість хімічної реакції.

6.Назва типу реакції, що відбувається між простою та складною речовинами.

7.Реакція розкладу купрум(ІІ) гідроксиду.

8.Реакція між двома складними речовинами.

1

2

3

4

5

6

7

8

ПРАКТИЧНА РОБОТА 3

ВПЛИВ РІЗНИХ ЧИННИКІВ НА ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКцІЙ

Виконавши цю практичну роботу, ви зможете:

•закріпити вміння й набути навички самостійно виконувати досліди, які демонструють залежність швидкості хімічних реакцій від різних чинни­ ків, зокрема: природи речовин­реагентів, концентрації реагентів, площі поверхні контакту реагентів, температури й наявності каталізатора;

•спостерігати швидкість хімічних реакцій;

•пояснювати результати спостережень;

•набути практичні вміння роботи з речовинами й обладнанням;

•робити висновки з досліджень.

Повторіть­ правила­ безпеки­ під­ час­ роботи­ з­ речовинами­ й­ суворо­ дотримуйтеся­їх.

Мета­роботи: закріпити на практиці теоретичні знання про вплив різних чинників на швидкість хімічних реакцій; удосконалити навич­ ки спостерігати й пояснювати результати досліджень.

Варіанти практичної роботи (І–ІІІ) подані за підвищенням склад­ ності завдань і відповідають різним рівням навчальних досягнень учнів/ учениць.

107

Тема 2. Хімічні реакції

Іваріант

1.Помістіть на дно двох пробірок однакові порції порошків цинку й міді. Долийте хлоридну кислоту однакової концентрації та об’єму. Спостерігайте за змінами в пробірках. Де можливо, складіть рівняння реакції. Зробіть висновки.

2.­ До двох пробірок, що містять однакові порції магнію, долийте: у першу пробірку — хлоридну кислоту, у другу — такий самий об’єм хлоридної кислоти, розведеної наполовину водою. Здійсніть спостере­ ження. Складіть рівняння реакції. Зробіть висновок.

3.­ Закрутіть мідну дротинку в спіраль і нагрійте на полум’ї спир­ тівки до зміни забарвлення. Порівняйте з дротиною, яку не нагрівали. Поясніть зміни. Складіть рівняння реакцій.

ІІ варіант

1.Помістіть на дно трьох пробірок однакові порції порошків магнію, заліза й міді. Долийте розчин сульфатної кислоти однакової концентра­ ції та об’єму. Спостерігайте за змінами в пробірках. Зробіть висновки.

2.До двох пробірок, що містять однакові порції порошку цинку, долийте: у першу пробірку — хлоридну кислоту, у другу — такий самий об’єм хлоридної кислоти, розведеної наполовину водою. Здійсніть спо­ стереження. Складіть рівняння реакції. Зробіть висновок.

3.­ Покладіть у дві пробірки однакові порції кальцій карбонату (крейди): у першу пробірку — шматком, у другу — подрібненого. Долийте однакові об’єми розчину сульфатної кислоти. Зробіть висновок про швидкість, з якою реакція відбувається. Складіть рівняння реакції.

4.­Покладіть у дві пробірки по невеликому залізному цвяху й долийте хлоридної кислоти так, щоб покрити поверхню цвяхів. Нагрійте вміст однієї пробірки. Порівняйте швидкість, з якою реакція відбувається в кожній із пробірок. Зробіть висновок.

ІІІваріант

1.Помістіть на дно чотирьох пробірок однакові порції порошків маг­ нію, цинку, заліза й міді. Долийте розчин сульфатної кислоти однакової концентрації та об’єму. Спостерігайте за змінами в пробірках. Де мож­ ливо, складіть рівняння реакції. Зробіть висновки.

2.­ До двох пробірок, що містять однакові порції порошку заліза, долийте: у першу пробірку — хлоридну кислоту, у другу — такий самий об’єм хлоридної кислоти, розведеної наполовину водою. Здійсніть спо­ стереження. Складіть рівняння реакції. Зробіть висновок.

3.­ Покладіть у дві пробірки однакові порції магній карбонату: у першу пробірку — шматком, у другу — подрібненого. Долийте одна­ кові об’єми розчину нітратної кислоти. Зробіть висновок про швидкість реакцій. Складіть рівняння реакції.

4.­ Покладіть у дві пробірки по гранулі цинку й долийте хлоридну кислоту так, щоб покрити поверхню цвяхів. Нагрійте вміст однієї про­

108

§ 20. Оборотні й необоротні реакції

бірки. Порівняйте швидкість, з якою реакція відбувається в кожній із пробірок. Зробіть висновок.

5.­ Пригадайте реакцію одержання кисню з гідроген пероксиду. опишіть, як впливає каталізатор на швидкість реакції. Підтвердьте від­ повідь рівнянням реакції. Зробіть висновок.

ІКАВО­­ЗНАТИ

•Досліджуючи поновлювані джерела енергії, учені пропонують нові розробки,

уяких чимало уваги приділяють сонячній енергії. Один із таких процесів — прототип фотосинтезу. Для досягнення результату використовують церій(IV) оксид, що виявляє природну здатність не тільки поглинати, а й виділяти кисень, залежно від того, нагрівається він чи охолоджується.

Швейцарські дослідники використали кварцове скло з малою щільністю, у якому зосереджується сонячне світло, і спрямували його на церій(IV) оксид, який помістили в резервуар із водою та карбон(ІV) оксидом (вуглекислим газом). У результаті реакції отримали водень і карбон(ІІ) оксид, які змішуються й утворюють паливо. Продукти синтезу можна вільно зберігати й транспортувати.

Характерною особливістю синтезу є те, що рідкісноземельний метал церій, який використовують, найчастіше трапляється в природі. Тому він матеріально вигідний та економний для масового виробництва палива.

НАВЧАЛьНИЙ­­ПРОЄКТ

І.  Оберіть самостійно або з допомогою вчителя (учительки) тему навчального проєкту з тих, що наведені нижче.

1.Ендотермічні реакції на службі людини.

2.Екзотермічні реакції в життєдіяльності живих організмів.

ІІ.  Виконайте проєкт з обраної теми.

ІІІ. Презентуйте проєкт у класі. Обговоріть його з однокласниками й однокласницями.

109

Тема 2. Хімічні реакції

ПОВТОРюЄМО­­Й­­УЗАГАЛьНюЄМО­­ТЕМУ­­2­­­

«ХІМІЧНІ­­РЕАКЦІї»

ОЗНАКИ КЛАСИфІКАцІЇ  ХІМІЧНИХ РЕАКцІЙ

Класифікація хімічних реакцій за зміною кількості та складу реагентів 

і продуктів реакції

КЛАСИфІКАцІЯ ХІМІЧНИХ РЕАКцІЙ ЗА ЗМІНОю 

СТУПЕНЯ ОКИСНЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ, щО 

МІСТЯТЬСЯ В СКЛАДІ РЕЧОВИН

110