Рассмотрим каждую из предложенных реакций, чтобы определить, какая из них протекает с наибольшей скоростью при комнатной температуре.
Магний и соляная кислота (HCl):
Реакция между магнием и соляной кислотой является типичным примером реакции металла с кислотой, в результате которой образуется соль (хлорид магния) и выделяется водород:
[
\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow
]
Эта реакция протекает довольно быстро, так как магний является активным металлом, и выделение газа (водорода) способствует увеличению скорости реакции.
Медь и кислород:
Реакция между медью и кислородом обычно протекает при нагревании, так как медь менее реактивна. При комнатной температуре эта реакция практически не идет:
[
2\text{Cu} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CuO}
]
Из-за низкой реакционной способности меди при нормальных условиях эта реакция происходит очень медленно.
Цинк и сера:
Реакция между цинком и серой также требует нагревания для достижения заметной скорости:
[
\text{Zn} + \text{S} \rightarrow \text{ZnS}
]
Хотя цинк более реактивен, чем медь, при комнатной температуре реакция между цинком и серой идет медленно.
Растворы карбоната натрия и хлорида кальция:
При смешивании растворов карбоната натрия ((\text{Na}_2\text{CO}_3)) и хлорида кальция ((\text{CaCl}_2)) происходит реакция ионного обмена, которая приводит к образованию карбоната кальция ((\text{CaCO}_3)) и хлорида натрия ((\text{NaCl})):
[
\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CaCl}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + 2\text{NaCl}
]
Эта реакция практически мгновенная и протекает с осаждением карбоната кальция. Осаждение твердого вещества из раствора — это быстрый процесс.
Сравнивая все четыре реакции, можно заключить, что реакция между растворами карбоната натрия и хлорида кальция протекает с наибольшей скоростью при комнатной температуре, так как она является реакцией ионного обмена, которая происходит практически мгновенно с образованием осадка.