Bungsblatt 3 - WS 2015/16, Prof. Dr. M. Motzkus, Dr. T. Buckup PDF

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WS 2015/16, Prof. Dr. M. Motzkus, Dr. T. Buckup...

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Übungen zur Vorlesung “Einführung in die Physikalische Chemie 3” Blatt 3 Prof. Dr. Marcus Motzkus Dr. Tiago Buckup

Wintersemester 2015/2016

02.November 2015

Aufgabe 1 Eine Reaktion wird spektroskopisch verfolgt. Der Reaktant ist aromatisch und absorbiert bei 270 nm, während das Produkt in diesem Wellenlängenbereich nicht absorbiert. In einem UV-Spektrometer wird die relative Intensität I/I0 der Absorption im Abstand von 5 s gemessen. Zeit [s]

0

5

10

15

20

I/I0

0,794

0,961

0,981

0,986

0,99

(a) Bestimmen Sie die Reaktionsordnung mittels der Integrationsmethode (b) Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante k und die Halbwertszeit t1/2. Aufgabe 2 Eine Mischung von Br2 und SF6 mit c(Br2)/c(SF6) = 0,01 wird mit einem Lichtblitz photolysiert, wobei atomares Brom gebildet wird. Die Konzentration der erzeugten Bromatome wird gemessen: t[s] -5

c[10 mol/L] (a) Bestimmen

50

100

150

300

400

500

3,89

3,04

2,4

1,3

1,1

0,9

Sie

die

Reaktionsordnung

(Rekombination)

mittels

der

Integrationsmethode. (b) Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante k. (c) Geben Sie das zugehörige Zeitgesetz als Differentialgleichung und in der integrierten Form an.

Aufgabe 3: Die Kinetik der Reaktion H2 + I2  2 HI wurde bereits 1894 von Max Bodenstein untersucht (Z. Physik. Chem. 13, 56 (1894)). 1967 hat John H. Sullivan die Temperaturabhängigkeit

dieser

Reaktion

untersucht

und

folgende

Geschwindigkeitskonstanten bestimmt: T [K]

417,9

k [105 L2/(mol2 s)] 1,120,02

520,1

633,2

737,9

3,960,15

9,38

18,54

(a) Bestimmen Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion. (b) Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante bei Raumtemperatur. Aufgabe 4: Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit ist in guter Näherung für die meisten Reaktionen durch die Arrhenius-Gleichung gegeben: d ln k E  A2 dT RT

(hier in differentieller Form angegeben)

Eine bekannte Faustregel besagt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt, wenn die Temperatur (bei etwa Raumtemperatur) um 10 K erhöht wird. (a) Können Sie aus der Faustregel eine Faustregel für Aktivierungsenergien ableiten? (Tipp: Benutzen Sie die angegebene differentielle Form der Arrheniusgleichung). (b) Wann wird die Faustregel (nicht aber die Arrheniusgleichung) versagen? Aufgabe 5 (a) Die Halbwertszeit der para-ortho-Wassertoffumwandlung p-H2 ⇄ o-H2 (Reaktion 1. Ordnung in beide Richtungen) ist aus den folgenden Datenpaaren zu berechnen. Bei T = 0 liegt reiner p-H2 vor. t (Min)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

∞

[p-H2] (mol/L)

4

2,82

2,10

1,67

1,41

1

(b) Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante K? (c) Wie groß sind die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion von links nach rechts und von rechts nach links?

Aufgabe 6 Die Zersetzung von Essigsäure in der Gasphase bei 1189K verläuft über zwei parallele Reaktionen erster Ordnung:

CH3COOH

CH4 +CO2

CH3COOH

CH2=C=O+H2O

(a) Geben Sie die differentiellen Zeitgesetzen und integrieren Sie die Zeitgesetze. (b) Leiten Sie einen allgemeinen Ausdruck für die Ausbeute einer parallellen Reaktion her. (c) Wie groß ist die maximale prozentuale Ausbeute an Keten, die man erhalten kann, wenn k1=3,47 s-1 und k2=4,56 s-1? (d) Skizzieren den Konzentrationsverlauf von allen Reaktanden und Produkten. (e) Wie würde sich dieser Verlauf ändern wenn k1>>k2 ist?...