Szybko reakcji i rzdowo reakcji Przykadowe zadania z

Szybkość reakcji i rzędowość reakcji Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem v W wyniku reakcji zachodzącej zgodnie z równaniem: A + B ↔ C + D stężenie substratu A w mieszaninie reakcyjnej w ciągu 5 minut zmniejszyło się z 0, 2 mol/dm 3 do 0, 05 mol/dm 3. v Oblicz szybkość reakcji. v Analiza i założenia do zadania: ∆t – czas w [s], ∆c – wzrost/spadek stężenia reagenta ü znak ”+” w równaniu przyrost stężenia produktu, ü znak „-” ubytek stężenia substratu, Ø obliczenie szybkości reakcji:

Zadanie 2 z rozwiązaniem v W wyniku reakcji zachodzącej zgodnie z równaniem: A + B ↔ AB stężenie produktu AB w mieszaninie reakcyjnej w ciągu 10 minut wzrosło z 0, 001 mol/dm 3 do 0, 1 mol/dm 3. v Oblicz szybkość reakcji. v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆t = 600 s, Ø ∆c = 0, 1 mol/dm 3 – 0, 001 mol/dm 3 = 0, 099 mol/dm 3 Ø obliczenie szybkości reakcji:

Zadanie 3 z rozwiązaniem v W pewnym momencie reakcji zachodzącej w fazie gazowej opisanej równaniem: 4 HCl + O 2 2 H 2 O + 2 Cl 2 stężenia substratów wynosiły: [HCl] = 5 mol/dm 3, [O 2] = 2 mol/dm 3. v Oblicz, ile razy zmniejszy się szybkość reakcji opisanej równaniem kinetycznym v = k ∙ [HCl]4 ∙ [O 2] w momencie, w którym stężenie zmaleje do 1 mol/dm 3. Ø obliczenie v 2 i spadku szybkości reakcji:

Zadanie 4 z rozwiązaniem v Czas trwania pewnej reakcji chemicznej w temperaturze 100 K trwa 64 minuty. v Oblicz, o ile należy podnieść temp układu aby czas reakcji skrócić do 4 minut, jeżeli współczynnik temp. γ wynosi 2. v Analiza i założenia do zadania: Ø zgodnie z regułą van`t Hoffa podniesienie / obniżenie temp. o każde 10 K wpływa na zwiększenie / zmniejszenie szybkości reakcji o współczynnik temperaturowy γ: 2 ≤ γ ≤ 4 Ø obliczenie wzrostu temperatury układu:

Zadanie 5 z rozwiązaniem v Oblicz, o ile kelwinów należy obniżyć temperaturę układu, aby szybkość reakcji obniżyć 27 – krotnie, jeżeli współczynnik temperaturowy γ = 3. v Analiza i założenia do zadania: Ø γ=3 Ø obliczenie wzrostu temperatury układu: ü ∆T = 30 K ü temperaturę należy obniżyć o 30 K.

Zadanie 6 z rozwiązaniem v Stała szybkości rozpadu pewnego związku chemicznego w temperaturze 363 K wynosi 8 ∙ 10 -4/h, a w temperaturze 373 K wynosi 2 ∙ 10 -3/h. v Oblicz współczynnik temperaturowy reakcji. v Analiza i założenia do zadania: Ø obliczenie współczynnika γ:

Zadanie 7 z rozwiązaniem v Tlenek azotu(V) ulega rozkładowi zgodnie z poniższym równaniem: Ø 2 N 2 O 5(g) 4 NO 2(g) + O 2(g) Ø 2 mol 4 mol + 1 mol v Oblicz szybkość tworzenia tlenu i tlenku azotu(IV), jeżeli w określonym momencie reakcji szybkość rozkładu tlenku azotu(V) wynosi: v = 1, 25 ∙ 10 -3 mol/dm 3 ∙ s-1. v Analiza i założenia do zadania: na podstawie równania reakcji wynika, że szybkości tworzenia: NO 2 jest 2 -krotnie większa, a O 2 jest 2 -krotnie mniejsza od szybkości rozkładu N 2 O 5, Ø obliczenie szybkości tworzenia:

Zadanie 8 z rozwiązaniem v W reaktorze o objętości 10 dm 3 zmieszano 1 mol azotu z 3 molami wodoru. v Oblicz, ile razy zmniejszy się szybkość reakcji syntezy amoniaku, jeżeli przereaguje 0, 75 mola azotu, jeżeli równanie kinetyczne ma postać v = k [N 2] ∙ [H 2]3. Oblicz rząd / rzędowość reakcji. v Analiza i założenia do zadania: Ø N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) Ø początkowe stężenia molowe substratów: ü [N 2] = 0, 1 mol/dm 3; [H 2] = 0, 3 mol/dm 3 ü stężenia molowe substratów po przereagow. 0, 75 mol N 2: ü [N 2] = 0, 1 mol/dm 3 – 0, 075 mol/dm 3 = 0, 025 mol/dm 3, ü [H 2] = 0, 3 mol/dm 3 – 3 ∙ 0, 075 mol/dm 3 = 0, 075 mol/dm 3.

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie szybkości reakcji w stężeniach wyjściowych: ü v 1 = k ∙ [N 2] ∙ [H 2]3 = k ∙ 0, 1 ∙ 0, 33 = k ∙ 0, 0027 = k ∙ 2, 7 ∙ 10 -3 Ø obliczenie szybkości reakcji w stężeniach po przereagowaniu 0, 75 mola azotu: ü v 2 = k ∙ [N 2] ∙ [H 2]3 = k ∙ 0, 025 ∙ 0, 0753 ≈ k ∙ 1, 05 ∙ 10 -5 Ø obliczenie zamiany szybkości reakcji: ü szybkość reakcji zmalała 257 – krotnie Ø obliczenie rzędu / rzędowości reakcji: jest to suma wykładni potęgowych w równaniu kinetycznym dla danej reakcji: n = 1 + 3 = 4, co oznacza, że szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężeń substratów zgodnie z równaniem kinetycznym: v = k ∙ [N 2] ∙ [H 2]3

Zadanie 9 z rozwiązaniem v Szybkość pewnej reakcji chemicznej wyrażona jest równaniem kinetycznym: v = k ∙ [A]x ∙ [B]y ∙ [C]z. Ø szybkość reakcji wzrasta 8 -krotnie, jeżeli stężenie A wzrasta 2 -krotnie a stężenie B i C pozostaje bez zmian, Ø szybkość reakcji wzrasta 27 -krotnie, jeżeli stężenie B wzrasta 3 -krotnie a stężenie A i C pozostaje bez zmian, Ø szybkość reakcji wzrasta 4 -krotnie, jeżeli stężenie C wzrasta 4 -krotnie a stężenie A i B pozostaje bez zmian. v Określ wartość współczynników x, y, z występujących w równaniu kinetycznym. v Analiza i założenia do zadania: Ø v = k ∙ [B]y ∙ [C]z = const; v = k ∙ [A]x ∙ [B]y = const; v = k ∙ [A]x ∙ [C]z = const; T = const; k = cnost. ü stąd v 1 = k ∙ [A]x ; v 2 = k ∙ [B]y ; v 3 = k ∙ [C]z

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie wartości współczynnika x: ü 23 = 2 x ü v 1 = 8 ∙ v = 8 ∙ k [A]x üx=3 ü 8 ∙ v = k [2 A]x Ø obliczenie wartości współczynnika y: ü 33 = 3 y ü v 2 = 27 ∙ v = 27 ∙ k [B]y üy=3 ü 27 ∙ v = k [3 B]y Ø obliczenie wartości współczynnika z: ü 41 = 4 z ü v 3 = 4 ∙ v = 4 ∙ k [C]z ü z=1 ü 4 ∙ v = k [4 C]z Ø równanie kinetyczne reakcji: ü v = k ∙ [A]3 ∙ [B]3 ∙ [C]1

Zadanie 10 z rozwiązaniem v Poniższe zestawienie w tabeli ilustruje zależność szybkości reakcji od stężeń substratów w stałej temperaturze dla reakcji opisanej równaniem: Ø 2 H 2(g) + 2 NO(g) 2 H 2 O(g) + N 2(g) Próba [H 2] mol/dm 3 [NO] mol/dm 3 Szybkość reakcji mol/dm 3∙s-1 1 2 ∙ 10 -2 2, 5 ∙ 10 -2 4, 8 ∙ 10 -2 2 2 ∙ 10 -2 1, 25∙ 10 -2 2, 4 ∙ 10 -2 3 1 ∙ 10 -2 1, 25∙ 10 -2 0, 6 ∙ 10 -2 v Podaj wyrażenie na szybkość reakcji / równanie kinetyczne, oblicz rzędowość reakcji, oblicz stałą szybkości reakcji.

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd v Ø Ø Ø Analiza i założenie do zadania: ogólne równanie kinetyczne: v = k ∙ [H 2]x ∙ [NO]y T = cnost; k = const v 1 = 4, 8 ∙ 10 -2 = k ∙ (2 ∙ 10 -2)x ∙ (2, 5 ∙ 10 -2)y v 2 = 2, 4 ∙ 10 -2 = k ∙ (2 ∙ 10 -2)x ∙ (1, 25 ∙ 10 -2)y v 3 = 0, 6 ∙ 10 -2 = k ∙ (1 ∙ 10 -2)x ∙ (1, 25 ∙ 10 -2)y obliczenie wartości współczynnika y: ü 2 y = 2 ü y=1

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie wartości współczynnika x: ü 2 x = 4 ü x=2 Ø równanie kinetyczne reakcji / wyrażenie na szybkość reakcji: v = k ∙ [H 2]x ∙ [NO]y = k ∙ [H 2]2 ∙ [NO] Ø obliczenie rzędowości reakcji: ü n=2+1=3 Ø obliczenie stałej szybkości reakcji:

Zadanie 11 z rozwiązaniem v Jak zmieni się szybkość reakcji syntezy amoniaku w temp. T i stałej k opisanej równaniem: 3 H 2(g) + N 2(g) 2 NH 3(g), jeżeli stężenie molowe wodoru zwiększy się 3 -krotnie a stężenie azotu zwiększy się 2 -krotnie, temp. obniży się o 30 K (współczynnik temp. szybkości reakcji γ = 2), natomiast równanie kinetyczne ma postać: v = k ∙ [H 2]3 ∙ [N 2] v Analiza i założenia do zadania: Ø stężenie molowe: [H 2] = x; [N 2] = x , Ø v 1 = k ∙ x 3 ∙ x = kx 4 Ø wyznaczenie równania kinetycznego po zmianie warunków: ü v 2 = (γ)3 ∙ k ∙[3 H 2]3 ∙ [2 N 2] = (1/2)3 ∙ k ∙ 27 x 3 ∙ 2 x = 6, 75 ∙ kx 4 Ø obliczenie zmiany szybkości reakcji: ü szybk. reakc. wzrośnie 6, 75 -krotnie