Zadania dotyczą obliczeń związanych z równaniem kinetycznym. Polecam do nauki przed sprawdzianem, oraz przed maturą.
[questionbox]Podstawowe wiadomości do zrozumienia tematu:
Załóżmy, że mamy reakcję:
A + 2 B = C + D
Równanie kinetyczne przyjmuje wówczas postać:
V = k * [A][B]²
k – stała szybkości reakcji
[A] – stężenie molowe substratu A
[B] – stężenie molowe substratu B
Jak obliczyć rząd reakcji:
Rząd reakcji jest to suma wykładników potęg w równaniu kinetycznym.
n = 1 + 2 = 3 rząd reakcji[/questionbox]
Zadanie 1
A + B = C + D
Oblicz rząd reakcji.
Odpowiedź
V = k * [A]¹[B]¹ = k * [A][B]
Rząd reakcji jest to suma wykładników potęg w równaniu kinetycznym:
n = 1 + 1 = 2 rząd reakcji
Zadanie 2
N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃
wiedząc, że stężenie [N₂] wynosi 0,2 mol/dm3, oraz [H₂] wynosi 0,5 mol/dm3, a stała szybkości reakcji wynosi 1.
Odpowiedź
V = k * [N₂]¹[H₂]³ = k * [N₂][H₂]³
Obliczamy szybkość reakcji:
V = 1 * [0,2] * [0,5]³ = 0,025 mol/(dm3 * s)
Zadanie 3
Odpowiedź
H₂ + I₂ = 2 HI
Równanie kinetyczne przyjmuje postać:
V = k * [H₂][I₂]
Obliczamy stężenia molowe substratów:
[math][H_{2}] = \frac{0,3}{2} = 0,15 \ mol/dm3 \newline
[I_{2}] = \frac{0,32}{2} = 0,16 \ mol/dm3[/math]
Obliczamy stałą szybkości reakcji na podstawie równania kinetycznego.
0,024 = k * 0,15 * 0,16
0,024 = k * 0,024
k = 1
Zadanie 4
2 AB = A₂ + B₂
Oblicz liczbę moli substratu wprowadzonego do naczynia, wiedząc że stała szybkości reakcji wynosi 1, a szybkość reakcji wynosi 0,25 mol/(dm3 * s)
Odpowiedź
V = k * [AB]²
Obliczamy stężenie molowe substratu:
0,25 = 1 * x²
x = 0,5 mol/dm3
Obliczamy liczbę moli:
n = 0,5 * 6 = 3 mole AB
Zadanie 5
Odpowiedź
N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃
Równanie kinetyczne przyjmuje postać:
V = k * [N₂][H₂]³
Obliczamy ile moli azotu bierze udział w reakcji:
60% = 0,6
0,6 * 0,6 = 0,36 moli azotu bierze udział w reakcji
[N₂] = 0,6 – 0,36 = 0,24 mol/dm3
Z reakcji wynika, że 1 mol azotu reaguje z 3 molami wodoru, zatem przereaguje 3 * 0,36 = 1,08 mola wodoru
[H₂] = 1,5 – 1,08 = 0,42 mol/dm3
Obliczamy szybkość reakcji:
V = 1 * [0,24][0,42]³ = 0,0178 mol/(dm3 * s)
UWAGA! Objętość reaktora wynosi 1 dm3, zatem zgodnie ze wzorem na stężenie molowe liczba moli wynosi tyle samo, co stężenie.
Zadanie 6
Odpowiedź
[math]V = k * [A]^{\alpha}[B]^{\beta}[/math]
Naszym zadaniem jest obliczenie α oraz β. Wybierzmy takie stężenia, które się skrócą i pozostanie jedna niewiadoma:
[math]\frac{4x}{x} = \frac{1 * 0,2^{\alpha} * 0,1^{\beta}}{1 * 0,1^{\alpha} * 0,1^{\beta}} \newline
4 = 2^{\alpha} \newline
\alpha = 2 \newline
\frac{2x}{x} = \frac{1 * 0,1^{\alpha} * 0,2^{\beta}}{1 * 0,1^{\alpha} * 0,1^{\beta}} \newline 2 = 2^{\beta} \newline
\beta = 1[/math]
Równanie kinetyczne przyjmuje postać:
V = k * [A]²[B]
Reakcja chemiczna:
2 A + B = C + D
Zadanie 7
2 A + B = C + D
Oblicz jak zmieni się szybkość reakcji, gdy stężenia substratów wzrosną dwukrotnie.
Odpowiedź
V₁ = k * [A]²[B]
Po zmianie stężenia substratów:
V₂ = k * [2 * A]² * [2 * B]
V₂ = 8 * k * [A]²[B]
V₂ = 8V₁
Szybkość reakcji wzrośnie 8-krotnie.
Zadanie 8
A + 2 B = C + D
Oblicz jak zmieni się szybkość reakcji, gdy ciśnienie substratów zmaleje 3-krotnie.
Odpowiedź
V₁ = k * [A][B]²
Ciśnienie jest wprost proporcjonalne do stężenia, zatem gdy rośnie ciśnienie – rośnie również stężenie. Po zmianie ciśnienia substratów:
[math]V_{2} = k * [\frac{1}{3} * A] * [\frac{1}{3} * B]^{2} \newline V_{2} = \frac{1}{27} * k * [A][B]^{2} \newline V_{2} = \frac{1}{27} V_{1}[/math]
Szybkość reakcji zmaleje 27-krotnie.
Zadanie 9
N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃
Oblicz jak zmieni się szybkość reakcji, gdy objętość substratów zmaleje 2-krotnie.
Odpowiedź
V₁ = k * [N₂][H₂]³
Objętość jest odwrotnie proporcjonalna do stężenia, zatem gdy rośnie objętość – maleje stężenie. Po zmianie objętości substratów:
V₂ = k * [2 * N₂] * [2 * H₂]³
V₂ = 16 * k * [N₂][H₂]³
V₂ = 16V₁
Szybkość reakcji wzrośnie 16-krotnie.
Zbiór zadań maturalnych:
- kinetyka chemiczna zadania
- https://matura biomist pl/rownanie-kinetyczne-zadania-otwarte-1/1215
- szybkosc reakcji zadania