Урок 03. Скорость химических реакций
Объяснять влияние условий на скорость реакции и сравнивать опыты, в которых меняется одно условие. Расчёт по молярной концентрации пока не нужен.
Понадобятся тетрадь, ручка и периодическая таблица. Все задания выполняем на бумаге или в заметке, без самостоятельных химических опытов.
Все уроки · Перейти к заданиям
Материалы к уроку
Что значит «быстрее»
Скорость химической реакции характеризует, как быстро расходуются исходные вещества или образуются продукты. В строгих расчётах учитывают изменение количества вещества или концентрации за время и условия системы. Здесь сравниваем реакции качественно в одинаковых условиях наблюдения.
Модель: частицы движутся и могут сталкиваться. Для реакции важны подходящие столкновения и достаточная энергия; не каждое столкновение приводит к превращению. В реакции раствора с твёрдым веществом важен контакт частиц на его поверхности.
Пример из жизни: продукты питания обычно портятся медленнее в холодильнике, потому что охлаждение замедляет многие химические и биохимические процессы. Оно не останавливает их полностью.
Что может влиять на скорость
| Фактор | Как рассуждать | Условие сравнения |
|---|---|---|
| Природа веществ | Разные вещества обладают разной реакционной способностью | Например, Mg и Zn по-разному реагируют с разбавленной HCl; Cu в этих условиях водород не выделяет |
| Температура | При повышении температуры многие реакции ускоряются: больше частиц способны преодолеть энергетический барьер | Сравниваем одну реакцию при прочих равных; не задаём универсальный множитель ускорения |
| Концентрация | В более концентрированном растворе больше частиц реагента в единице объёма; для многих школьных примеров реакция ускоряется | Одинаковые реагенты, температура, масса и поверхность твёрдого вещества |
| Поверхность твёрдого реагента | Измельчение увеличивает площадь контакта с другим реагентом | Сравниваем одинаковую массу одного вещества, кусок и мелкие частицы |
| Катализатор | Ускоряет реакцию, предоставляя другой путь с меньшим энергетическим барьером | Подходит для определённой реакции; регенерируется в ходе каталитического цикла |
Катализатор участвует в промежуточных стадиях, но не расходуется в суммарном уравнении реакции. Он не является «дополнительной порцией» исходного вещества и не увеличивает теоретический выход продукта из заданного количества реагента. Его активность со временем может снижаться; «не расходуется в уравнении» не означает вечную работоспособность.
Например, диоксид марганца ускоряет разложение пероксида водорода: . указывают над стрелкой или рядом как катализатор, а не как расходуемый реагент. Опыт в этом уроке не проводим.
Разобранный пример: сравниваем одно условие
В учебном описании взяли одинаковые массы карбоната кальция: в опыте A — один кусочек, в B — мелкие частицы. Добавили одинаковые объёмы одной и той же разбавленной соляной кислоты в избытке, при одной температуре. Сравнивают начальную скорость выделения газа.
Что реагирует: соль и кислота; образуются другая соль, газ и вода. Выделение газа способствует протеканию реакции.
Что изменили: только размер частиц твёрдого вещества.
Почему меняется скорость: у мелких частиц той же массы больше общая поверхность контакта с раствором. В B газ в начале будет выделяться быстрее.
Чего нельзя заключить: нельзя сказать, что в B после полного расходования одинаковой массы чистого карбоната получится больше газа. При избытке кислоты итоговое количество газа одинаково; отличаются время и скорость получения.
Все описания опытов в уроке мысленные. Не смешивать дома кислоты, бытовую химию или неизвестные вещества; не нагревать и не закрывать в сосуде газообразующую смесь.
Наглядная схема
flowchart LR T["Температура ↑"] --> C["Больше эффективных<br/>столкновений"] K["Концентрация ↑"] --> C S["Площадь поверхности ↑"] --> C Cat["Катализатор"] --> P["Более доступный<br/>путь реакции"] C --> V["Скорость реакции ↑"] P --> V V -. "не означает автоматически" .-> M["Больше итогового<br/>продукта"] classDef factor fill:#fff3bf,stroke:#e67700,color:#212529; classDef result fill:#d3f9d8,stroke:#2b8a3e,color:#212529; class T,K,S,Cat factor; class V result;
Тренировка по шагам
Работай сверху вниз. Сначала запиши собственный ответ, затем нажми на свёрнутый блок «Правильный ответ» непосредственно под заданием. Исправление пиши ниже своей первой попытки, не стирая её.
Шаг 1. Температура
Одна реакция идёт при 20 °C и 40 °C; остальные условия одинаковы. При повышении температуры она ускоряется. Где скорость выше и можно ли узнать кратность?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 1
Скорость выше при 40 °C. Кратность определить нельзя: числовых данных нет.
Шаг 2. Катализатор
В двух одинаковых порциях пероксида водорода во вторую добавили катализатор. Что изменится: скорость или теоретическое количество кислорода?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 2
Катализатор увеличит скорость выделения кислорода, но сам по себе не изменит теоретическое количество продукта после полного разложения.
Шаг 3. Чистый опыт
Одновременно повысили температуру и измельчили твёрдый реагент. Можно ли определить вклад только температуры?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 3
Нельзя, потому что изменены два условия. Для проверки температуры размер частиц и остальные условия должны быть одинаковыми.
Шаг 4. Концентрация
Два опыта отличаются только концентрацией HCl. Во втором она выше. Где выше начальная скорость и почему?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 4
Во втором опыте: при большей концентрации в единице объёма больше частиц, поэтому эффективные столкновения происходят чаще.
Шаг 5. Площадь поверхности
Равные массы чистого взяли порошком и одним кусочком, кислота в избытке. Где начальная скорость выше и изменится ли итоговое количество газа?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 5
Порошок реагирует быстрее из-за большей площади поверхности. Итоговое количество газа одинаково, потому что массы чистого карбоната одинаковы и кислота в избытке.
Шаг 6. Сравнение по данным
За первые 10 с в опыте A выделилось 20 мл газа, в B — 50 мл. Найди средние объёмные темпы и их отношение.
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 6
A: мл/с; B: мл/с. В опыте B средний темп в раза выше.
Шаг 7. Неверное сравнение
В A взяли 1 г реагента и холодный раствор, в B — 2 г и тёплый. Почему нельзя выделить влияние температуры?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 7
Одновременно изменены масса и температура. Нужно оставить одинаковыми массу, состав, размер частиц, объём и концентрацию раствора и способ измерения.
Шаг 8. Исправь утверждение
Исправь фразу: «Катализатор расходуется как реагент и поэтому даёт больше продукта».
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 8
Катализатор участвует в стадиях реакции и регенерируется; он ускоряет реакцию, не расходуется в суммарном уравнении и сам по себе не увеличивает теоретическое количество продукта.
Шаг 9. Итог урока
Реакция с катализатором закончилась раньше. Доказывает ли это, что продукта получилось больше?
Ответ ученика
Правильный ответ к шагу 9
Нет. Более быстрое завершение показывает увеличение скорости. Количество продукта определяют количества реагентов и степень превращения, а не сам факт использования катализатора.