DWMED

Szybkość reakcji chemicznych zależy od stężeń molowych reagujących ze sobą drobin (na przykład cząsteczek, jonów). W dwóch probówkach umieszczono identyczne blaszki cynkowe i przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego schemat ilustruje rysunek poniżej:

W każdym z naczyń przebiegła reakcja chemiczna opisana równaniem:

Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂

Podczas doświadczenia, w jednej z probówek zarejestrowano nieco intensywniejsze wydzielanie się pęcherzyków gazu.

Podaj numer tej probówki, w której gaz wydzielał się z większą intensywnością. Uzasadnij swoją odpowiedź.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Szybkość reakcji chemicznych zależy od stężeń molowych reagujących ze sobą drobin (na przykład cząsteczek, jonów).

W dwóch zlewkach umieszczono roztwory kwasów o identycznej temperaturze i takiej samej objętości – w zlewce pierwszej 0,005-molowy kwas solny, natomiast w drugiej z nich 0,5-molowy kwas mrówkowy. Do każdej ze zlewek wrzucono taką samą ilość wiórek magnezowych i zaobserwowano zmiany świadczące o przebiegu reakcji chemicznej.

Na podstawie stosownych obliczeń określ, w którym z roztworów znajdujących się w zlewkach reakcja przebiegła z większą szybkością? Uzasadnij swoje stanowisko.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

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–.

Szybkość reakcji chemicznej definiuje się jako zmianę stężenia substratu w określonym przedziale czasowym.

Oblicz szybkość opisanej reakcji chemicznej w ciągu pierwszych dwóch minut przebiegu oraz podaj jej jednostkę uwzględniając, że czas odmierzano w minutach.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

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 rzędowość opisanej reakcji chemicznej oraz podaj, w którym momencie będzie ona przebiegać z największą szybkością?

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

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–.

W której sekundzie biegu tej reakcji jej szybkość będzie równa 5·10^-6 mol·dm^-3·s^-1?

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

Krzywym A, B i C przypisz numery odpowiednich kolb ssawkowych, w których przeprowadzono reakcje podczas opisanego eksperymentu. W wykropkowane pola wpisz odpowiednie liczebniki porządkowe: pierwszej, drugiej oraz trzeciej.

Krzywa A odpowiada reakcji biegnącej w               kolbie ssawkowej.

Krzywa B odpowiada reakcji biegnącej w              kolbie ssawkowej.

Krzywa C odpowiada reakcji biegnącej w              kolbie ssawkowej.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

Podczas prowadzenia opisanego eksperymentu zauważono, że do pewnego momentu w każdym z zestawów reakcyjnych gaz wydzielał się z coraz to większą intensywnością.

Wyjaśnij przyczynę tego zjawiska.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

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

1. Każdemu z procesów opisanych krzywymi A÷C przypisujemy taką samą wartość energii aktywacji.

2. Wartość ujemną entalpii przypisujemy reakcji biegnącej tylko w pierwszej kolbie.

3. Szybkość opisanej reakcji chemicznej nie zależy od stężenia jonów wodorotlenkowych.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

Badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła zgodnie z równaniem stechiometrycznym:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Naszkicuj wykres obrazujący zmiany stężenia substratu w czasie, a następnie podaj czas połowicznej jego przemiany (t_1/2) w warunkach prowadzonego eksperymentu.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

Badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła zgodnie z równaniem stechiometrycznym:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Oblicz wartość stałej szybkości opisanej reakcji chemicznej oraz jej szybkość w momencie połowy czasu trwania pomiarów. W obu przypadkach podaj odpowiednie jednostki.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

Badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła zgodnie z równaniem stechiometrycznym:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Określ, jak zmieniła się szybkość tej reakcji w momencie wykonania ostatniego pomiaru, w stosunku do szybkości początkowej? Odpowiedź uzasadnij obliczeniami.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

Badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła zgodnie z równaniem stechiometrycznym:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Czas połowicznej przemiany dla reakcji I-rzędu (zależy/nie zależy) od ilości substratu. W reakcji II-rzędu (zawsze/nie zawsze) biorą udział dwa różne substraty. W reakcjach o podanej w informacji wstępnej rzędowości, czas połowicznej przemiany (jest/nie jest) odwrotnie proporcjonalny do stałej szybkości reakcji.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Przykładem prostej reakcji dwucząsteczkowej jest proces opisany równaniem:

NO_(g) + O_3(g) ⟶ NO_2(g) + O_2(g)

W pewnych warunkach stała szybkości tej reakcji ma wartość równą 2 dm³·mol^-1·s^-1. W warunkach tych, w reaktorze o pojemności 2 dm³ sporządzono gazową mieszaninę zawierającą 2 mole tlenku azotu(II) oraz 3 mole ozonu i zainicjowano reakcję chemiczną.

Jakie będą stężenia molowe obu substratów opisanej w informacji wprowadzającej reakcji, w momencie gdy jej szybkość będzie równa 0,12 mol·dm^-3·s^-1?

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Przykładem prostej reakcji dwucząsteczkowej jest proces opisany równaniem:

NO_(g) + O_3(g) ⟶ NO_2(g) + O_2(g)

W pewnych warunkach stała szybkości tej reakcji ma wartość równą 2 dm³·mol^-1·s^-1. W warunkach tych, w reaktorze o pojemności 2 dm³ sporządzono gazową mieszaninę zawierającą 2 mole tlenku azotu(II) oraz 3 mole ozonu i zainicjowano reakcję chemiczną.

Jak zmieni się szybkość tej reakcji w stosunku do szybkości początkowej po przereagowaniu 30% wyjściowej ilości tlenku azotu(II), a jak po przereagowaniu 30% ozonu? W tym celu wykonaj stosowne obliczenia, uzupełnij poniższy tekst i podkreśl odpowiednie wyrażenia w nawiasach.

Po przereagowaniu 30% tlenku azotu(II) szybkość reakcji będzie ………………………. – krotnie (większa/mniejsza) od szybkości początkowej.

Po przereagowaniu 30% ozonu szybkość reakcji będzie ………………………. – krotnie (większa/mniejsza) od szybkości początkowej.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Przykładem prostej reakcji dwucząsteczkowej jest proces opisany równaniem:

NO_(g) + O_3(g) ⟶ NO_2(g) + O_2(g)

W pewnych warunkach stała szybkości tej reakcji ma wartość równą 2 dm³·mol^-1·s^-1. W warunkach tych, w reaktorze o pojemności 2 dm³ sporządzono gazową mieszaninę zawierającą 2 mole tlenku azotu(II) oraz 3 mole ozonu i zainicjowano reakcję chemiczną.

Napisz równanie kinetyczne opisanej reakcji chemicznej i określ jej rzędowość względem każdego z substratów oraz całkowity rząd reakcji.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone