Номер 552, страница 89 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

552. Поясните, почему скорость химической реакции цинка с водным раствором серной кислоты выше, чем с раствором уксусной кислоты, при одинаковой молярной концентрации кислот в растворе.

Решение

Скорость химической реакции зависит от нескольких факторов, одним из которых является концентрация реагирующих веществ. В данном случае цинк ($Zn$) реагирует с кислотами. Уравнения реакций выглядят следующим образом:

С серной кислотой: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

С уксусной кислотой: $Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2 \uparrow$

В обоих случаях непосредственным участником реакции со стороны кислоты являются ионы водорода ($H^+$), которые образуются при диссоциации кислоты в водном растворе. Сокращенное ионное уравнение для обеих реакций одинаково:

$Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2 \uparrow$

Из этого уравнения видно, что скорость реакции прямо пропорциональна концентрации ионов водорода $[H^+]$ в растворе.

Ключевое различие между серной и уксусной кислотами заключается в их силе, то есть в способности диссоциировать (распадаться на ионы) в воде.

1.Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная кислота. В водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы, причем по первой ступени диссоциация полная:

$H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$

Гидросульфат-ион также диссоциирует, хоть и не полностью: $HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$. В результате в растворе серной кислоты создается очень высокая концентрация ионов водорода $[H^+]$.

2.Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это слабая кислота. В водном растворе она диссоциирует лишь в незначительной степени. Процесс диссоциации обратим, и равновесие сильно смещено влево, в сторону недиссоциированных молекул:

$CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$

Это означает, что при одинаковой молярной концентрации кислот, концентрация ионов водорода $[H^+]$ в растворе уксусной кислоты будет значительно ниже, чем в растворе серной кислоты.

Поскольку скорость реакции цинка с кислотой напрямую зависит от концентрации ионов $H^+$, а эта концентрация намного выше в растворе серной кислоты, то и реакция с ней протекает значительно быстрее.

Ответ: Скорость реакции цинка с серной кислотой выше, чем с уксусной, потому что серная кислота является сильной и практически полностью диссоциирует в воде, создавая высокую концентрацию ионов водорода ($H^+$). Уксусная кислота является слабой, диссоциирует лишь частично, поэтому при той же молярной концентрации концентрация ионов водорода в ее растворе значительно ниже. Так как скорость реакции зависит от концентрации реагентов (в данном случае, ионов $H^+$), она выше в растворе серной кислоты.