DWMED

2023:

W zależności od wartości pH, w wodnym roztworze dominuje jedna z kilku możliwych struktur fenoloftaleiny (Fen). W przypadku roztworów o pH w zakresie 8,2÷12, które zawierają ten wskaźnik obserwuje się ich malinowe zabarwienie. W silnie alkalicznym środowisku (pH > 12) fenoloftaleina stopniowo przekształca się w postać trójujemnego anionu (FenOH^3–), co po pewnym czasie prowadzi do całkowitego odbarwienia się roztworu. Opisaną reakcję można przedstawić wówczas schematycznym równaniem:

Fen^2– + OH^– ⇄ FenOH^3–

Z uwagi na bardzo wysokie w stosunku do jonu Fen^2– stężenie jonów wodorotlenkowych przyjmuje się, że zmiana ich liczby praktycznie nie wpływa na szybkość całego procesu, a równanie kinetyczne opisanej reakcji przyjmuje wówczas postać:

Na podstawie: L. Nicholson, Kinetics of the fading of phenolphthalein in alkaline solution, Journal Of Chemical Education 1989.

W pewnej temperaturze T stała szybkości opisanej przemiany wynosi 0,01·s^–1. Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia jonu Fen^2– w czasie trwania reakcji jego konwersji do postaci FenOH^3–.

Określ, w jakim czasie konwersji uległo 25% początkowej liczby jonów Fen^2-?

Poniżej znajdują się równania kilku wybranych procesów podczas przebiegu których ustala się równowaga chemiczna. W nawiasach podano stan skupienia (lub fazę) w jakiej znajduje się dany reagent.

a) 2NO(g) + O₂(g) ⇄ 2NO₂(g)
b) N₂(g) + 3H₂(g) ⇄ 2NH₃(g)
c) 2NOCl(g) ⇄ 2NO(g) + Cl₂(g)
d) MgCO₃(s) ⇄ MgO(s) + CO₂(g)
e) H₂O(g) + C(s) ⇄ H₂(g) + CO(g)
f) AgCl(s) ⇄ Ag⁺(aq) + Cl^–(aq)

Napisz wyrażenia opisujące stałe równowag procesów chemicznych, których równania zostały podane w informacji wprowadzającej.

Podczas produkcji gazu syntezowego w jednym z etapów procesu ustala się równowaga dynamiczna opisana równaniem:

CH_4(g) + H₂O_(g) ⇄ CO_(g) + 3H_2(g)              ∆H^o = 206 kJ

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski i inni, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.

Opisz, w jaki sposób poprzez zmianę ciśnienia oraz temperatury można przesunąć równowagę opisanej reakcji chemicznej, w celu zwiększenia ilości powstającego wodoru?

Na skalę techniczną metanol otrzymuje się w procesie, podczas przebiegu którego w układzie ustala się równowaga dynamiczna opisana równaniem:

CO_(g) + 2H_2(g) ⇄ CH₃OH_(g)                ΔH^o = -128,2 kJ/mol

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Uwzględniając wyłącznie stan skupienia reagentów oraz efekt cieplny opisanego procesu, zaproponuj dwa sposoby, dzięki którym możliwe jest przesunięcie równowagi reakcji w kierunku zwiększenia wydajności syntezy metanolu. Uzasadnij odpowiedź.

Cyjanowodór jest cieczą wrzącą w temperaturze 299 K, a jego dawka śmiertelna wynosi 50 mg. Reakcję otrzymywania tego związku chemicznego opisuje równanie:

CH_4(g) + NH_3(g) ⇄ HCN_(g) + 3H_2(g)                    ΔH^o = 252 kJ

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Opisaną reakcję prowadzono w reaktorze o stałej pojemności.

Jaką czynność należy wykonać, w celu zwiększenia wydajności reakcji tworzenia cyjanowodoru, jeśli nie możemy dostarczać do układu oraz usuwać z niego żadnych substancji? Odpowiedź uzasadnij.

Reakcja metanu z dwutlenkiem węgla przebiega zgodnie z równaniem chemicznym:

CH_4(g) + CO_2(g) ⇄ 2CO_(g) + 2H_2(g)

W pozbawionym powietrza, szczelnie zamykanym reaktorze o pojemności 10 dm³ umieszczono 22 cm³ „suchego lodu” (stały CO₂) o gęstości 1,2 g/cm³. Następnie w warunkach normalnych odmierzono 6,72 dm³ metanu i przepompowano go do tego samego reaktora, co „suchy lód”. Po całkowitym przesublimowaniu dwutlenku węgla, w pewnych warunkach ciśnienia i temperatury zainicjowano reakcję chemiczną, która przebiegła z 60% wydajnością, co do wartości równą stopniu przereagowania substratu użytego w niedomiarze. W układzie ustaliła się wówczas równowaga dynamiczna, przedstawiona wyżej opisanym równaniem stechiometrycznym.

Podkreśl właściwe wyrażenie w nawiasie. Uzasadnij swój wybór.

Reakcja metanu z dwutlenkiem węgla przebiega zgodnie z równaniem chemicznym:

CH_4(g) + CO_2(g) ⇄ 2CO_(g) + 2H_2(g)

W pozbawionym powietrza, szczelnie zamykanym reaktorze o pojemności 10 dm³ umieszczono 22 cm³ „suchego lodu” (stały CO₂) o gęstości 1,2 g·cm^–3. Następnie w warunkach normalnych odmierzono 6,72 dm³ metanu i przepompowano go do tego samego reaktora, co „suchy lód”. Po całkowitym przesublimowaniu dwutlenku węgla, w pewnych warunkach ciśnienia i temperatury zainicjowano reakcję chemiczną, która przebiegła z 60% wydajnością, co do wartości równą stopniu przereagowania substratu użytego w niedomiarze. W układzie ustaliła się wówczas równowaga dynamiczna, przedstawiona wyżej opisanym równaniem stechiometrycznym.

W dwóch reaktorach o stałej pojemności, takich samych początkowych liczbach moli substratów oraz takich samych początkowych warunkach ciśnienia i temperatury przeprowadzono reakcję metanu z tlenkiem węgla(IV). W pewnym momencie t trwania każdego z procesów, gdy układy osiągnęły stan równowagi dynamicznej wykonano pewne czynności mające na celu zaburzenie równowag.

Reaktor nr 1: wprowadzono kilka moli metanu (CH₄).

Reaktor nr 2: zwiększono ciśnienie.

Po pewnym czasie od wykonania opisanych czynności, w układach ustaliły się nowe stany równowagi. Podczas opisanego doświadczenia badano zmiany liczb moli metanu oraz wodoru, które zobrazowano na kilku spośród podanych schematów (A÷D).

Dla każdego z reaktorów wybierz oznaczenie literowe tego schematu, który najlepiej obrazuje zmiany liczb moli wodoru oraz metanu w danym reaktorze.

Reakcja metanu z dwutlenkiem węgla przebiega zgodnie z równaniem chemicznym:

CH_4(g) + CO_2(g) ⇄ 2CO_(g) + 2H_2(g)

W pozbawionym powietrza, szczelnie zamykanym reaktorze o pojemności 10 dm³ umieszczono 22 cm³ „suchego lodu” (stały CO₂) o gęstości 1,2 g·cm^–3. Następnie w warunkach normalnych odmierzono 6,72 dm³ metanu i przepompowano go do tego samego reaktora, co „suchy lód”. Po całkowitym przesublimowaniu dwutlenku węgla, w pewnych warunkach ciśnienia i temperatury zainicjowano reakcję chemiczną, która przebiegła z 60% wydajnością, co do wartości równą stopniu przereagowania substratu użytego w niedomiarze. W układzie ustaliła się wówczas równowaga dynamiczna, przedstawiona wyżej opisanym równaniem stechiometrycznym.

W pewnych warunkach ciśnienia i temperatury przeprowadzono reakcję metanu z tlenkiem węgla(IV). Po osiągnięciu pierwszego stanu równowagi t, w układzie zwiększono temperaturę mieszaniny równowagowej, co po pewnym czasie poskutkowało ustaleniem się drugiego stanu równowagi. Na załączonym schemacie przedstawiono zmiany liczb moli tlenków węgla stanowiących reagenty podczas opisanego doświadczenia.

Oznaczeniom literowym X oraz Y przypisz wzory sumaryczne odpowiednich tlenków, a następnie oceń, czy opisanej reakcji chemicznej towarzyszy emisja energii cieplnej z układu do otoczenia. Uzasadnij odpowiedź.

Podczas produkcji gazu syntezowego w jednym z etapów procesu ustala się równowaga dynamiczna opisana równaniem:

CH_4(g) + H₂O_(g) ⇄ CO_(g) + 3H_2(g)       ∆H^o = 206 kJ

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski i inni, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.

Oceń poprawność poniższych zdań wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

Poniższy wykres ilustruje charakterystykę zmian wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku w zakresie temperatur 298 K ÷ 2000 K.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

W reaktorze o pojemności 2,24 dm³ przygotowano mieszaninę azotu z wodorem (warunki normalne), której masa wynosiła 0,72 g. Następnie przepompowano ją do reaktora o pojemności równej 1 dm³ i w obecności katalizatora, w pewnej temperaturze przeprowadzono syntezę amoniaku. Po ustaleniu się stanu równowagi dynamicznej, w układzie stwierdzono obecność 0,4 milimola produktu.

Oceń poprawność poniższych zdań wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

Poniższy wykres ilustruje charakterystykę zmian wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku w zakresie temperatur 298 K ÷ 2000 K.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

W reaktorze o pojemności 2,24 dm³ przygotowano mieszaninę azotu z wodorem (warunki normalne), której masa wynosiła 0,72 g. Następnie przepompowano ją do reaktora o pojemności równej 1 dm³ i w obecności katalizatora, w pewnej temperaturze przeprowadzono syntezę amoniaku. Po ustaleniu się stanu równowagi dynamicznej, w układzie stwierdzono obecność 0,4 milimola produktu.

Podkreśl właściwe wyrażenie w nawiasie. Uzasadnij swój wybór.

Podczas produkcji gazu syntezowego w jednym z etapów procesu ustala się równowaga dynamiczna opisana równaniem:

CH_4(g) + H₂O_(g) ⇄ CO_(g) + 3H_2(g)       ∆H^o = 206 kJ

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski i inni, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.

Rysunek poniżej przedstawia cztery wykresy (A÷D), przy czym tylko jeden z nich ilustruje zmiany energii podczas przebiegu opisanej reakcji chemicznej.

Spośród podanych wykresów (A÷D) wybierz ten, który w sposób poprawny ilustruje zmiany energii reagentów podczas przebiegu reakcji chemicznej, której równanie przedstawiono w informacji wprowadzającej.

Przebiegającą w fazie gazowej pirolizę metanu  opisuje  równanie stechiometryczne:

2CH₄ ⇄ C₂H₂ + 3H₂            ΔH^o = 381 kJ

W zależności od temperatury prowadzenia procesu, wydajność procentowa tworzenia acetylenu przyjmuje wartości: 0,0%, 1,5%, 11,8%, 46,2%, 96,5% oraz 99,7%.

Na podstawie: I. P. Muchlenow i inni, Ogólna technologia chemiczna, Warszawa 1974.

W tabeli poniżej zebrano dane na temat temperatur, w jakich prowadzono pirolizę metanu.

Przyporządkuj podane w informacji wprowadzającej wartości procentowej wydajności tworzenia acetylenu do odpowiedniej temperatury, w jakiej przebiegała reakcja. Uzasadnij swoje stanowisko.

Poniższy wykres ilustruje charakterystykę zmian wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku w zakresie temperatur 298 K ÷ 2000 K.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

W reaktorze o pojemności 2,24 dm³ przygotowano mieszaninę azotu z wodorem (warunki normalne), której masa wynosiła 0,72 g. Następnie przepompowano ją do reaktora o pojemności równej 1 dm³ i w obecności katalizatora, w pewnej temperaturze przeprowadzono syntezę amoniaku. Po ustaleniu się stanu równowagi dynamicznej, w układzie stwierdzono obecność 0,4 milimola produktu.

Na podstawie odpowiednich obliczeń ustal, który z substratów (azot, czy wodór) został użyty w nadmiarze?