Zadania powtórkowe z kinetyki reakcji prostych PDF

Preview

Summary

Dr. Jakubczyk, Kinetyka, Chemia fizyczna...

Description

Zadania powtórkowe z kinetyki reakcji prostych Zadanie 1

Rodnik ClO ulega szybkiemu rozpadowi zgodnie z reakcją 2𝐶𝑙𝑂 → 𝐶𝑙2 + 𝑂2 . Na podstawie poniższych danych wyznacz stałą szybkości tej reakcji: t [10-3 s] -6

3

[ClO] [10 mol/dm ]

0,12

0,62

0,96

1,60

3,20

4,00

5,75

8,49

8,09

7,10

5,79

5,20

4,77

3,95

Rozwiązanie Nie wiemy jakiego rzędu jest to reakcja (możemy tylko przypuszczać po równaniu). Liczymy zatem stałą szybkości reakcji dla każdego wariantu (𝑟𝑧 = 0, 1, 2) i sprawdzamy jaki błąd mają nasze obliczenia. Wybieramy wariant z najmniejszym błędem. Można zauważyć też, że tabelka jest skonstruowana dość sprytnie, ponieważ nie ma w niej ujętej wartości c0. Wydaje mi się, że można temu zaradzić przyjmując pierwszy pomiar za punkt startowy, a następne czasy tylko przesunąć. Zależność pozostanie ta sama (prawdopodobnie). t [10-3 s] -6

3

[ClO] [10 mol/dm ]

0,00

0,50

0,84

1,48

3,08

3,88

5,63

8,49

8,09

7,10

5,79

5,20

4,77

3,95

Zakładam rząd równy 0.

DALEJ NIE WIEM, COŚ JEST CHYBA ŹLE Zadanie 2

Szybkość reakcji 𝐴 + 2𝐵 → 3𝐶 + 𝐷 wynosi 1 mol/dm3. Jaka jest szybkość tworzenia lub zużywania poszczególnych reagentów?

Rozwiązanie Korzystamy ze wzorów na szybkość reakcji, którą mamy podaną w zadaniu (warto zauważyć, że ma złą jednostkę). 1 𝑑𝑐𝑝𝑖 ∗ 𝜈𝑝𝑖 𝑑𝑡 1 𝑑𝑐𝑠𝑖 𝑟=− ∗ 𝜈𝑠𝑖 𝑑𝑡

𝑟=

𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑐𝐴 ] = 𝑟 ∗ −𝜈𝐴 = 1 ∗ −1 = −1 [ 𝑑𝑡 𝑑𝑚3 𝑠 𝑑𝑐𝐵 𝑚𝑜𝑙 ] = 𝑟 ∗ −𝜈𝐵 = 1 ∗ −2 = −2 [ 𝑑𝑡 𝑑𝑚3 𝑠 𝑑𝑐𝐶 𝑚𝑜𝑙 ] = 𝑟 ∗ 𝜈𝐶 = 1 ∗ 3 = 3 [ 𝑑𝑡 𝑑𝑚3 𝑠 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑐𝐷 ] = 𝑟 ∗ 𝜈𝐷 = 1 ∗ 1 = 1 [ 𝑑𝑚3 𝑠 𝑑𝑡

Zadanie 3 −38,2∗103

Stała szybkości reakcji rozkładu octanu etylu w [s-1] wynosi:𝑘 = 7,8 ∗ 109 ∗ 𝑒 𝑅𝑇 dla EA w [cal/mol]. Obliczyć w jakiej temperaturze reakcja ta będzie przebiegała z taką szybkością, aby w ciągu godziny przereagowało 50% octanu etylu.

Rozwiązanie Jednostka i logika podpowiadają nam, że jest to reakcja pierwszego rzędu. Korzystamy zatem ze wzoru na czas połowicznego rozpadu dla reakcji pierwszego rzędu: 𝜏=

𝑙𝑛2 𝑘1

3600 =

𝑙𝑛2 𝑘1

1 𝑘1 = 0,000193 [ ] 𝑠 Przyrównujemy wzór dany w zadaniu z wartością otrzymaną powyżej. W międzyczasie zamieniamy jednostki z kalorii na dżule mnożąc wartość w liczniku potęgi przy e przez 4,19. Za R podstawiamy oczywiście odpowiednią wartość. 0,000193 = 7,8 ∗ 109 ∗ 𝑒

−38,2∗103 ∗4,19 8,314∗𝑇

−19251,623

𝑇 2,474 ∗ 10−14 = 𝑒 −19251,623 𝑇= = 614,47 [𝐾] ln(2,474 ∗ 10−14)

Zadanie 4 −𝐸

W równaniu Arrheniusa 𝑘 = 𝐴𝑒 𝑅𝑇 wartości energii aktywacji E i czynnika przeeksponencjalnego A dla reakcji rozkładu azotynu metylu (AMet) i azotynu etylu (AEt) wynoszą: Związek

A [s-1]

E [kJ/mol]

AMet

1013

152,3

14

AEt 157,7 10 Znaleźć temperaturę dla której stałe szybkości obu reakcji będą takie same.

Rozwiązanie Fajne zadanko, trzeba porównać dwa równania Arrheniusa. 𝐸𝐴𝑚𝑒𝑡 𝑅𝑇

𝑘𝐴𝑀𝑒𝑡 = 𝐴𝐴𝑀𝑒𝑡 ∗ 𝑒 −

𝐸𝐴𝐸𝑡 𝑅𝑇

1013𝑒

152300 −8,314∗𝑇

𝑘𝐴𝐸𝑡 = 𝐴𝐴𝐸𝑡 ∗ 𝑒 − 𝑘𝐴𝑀𝑒𝑡 = 𝑘𝐴𝐸𝑡 = 1014 𝑒

ln 1013 + ln (𝑒

−

157700 − 8,314∗𝑇

152300 − 8,314∗𝑇

) = ln 1014 + ln (𝑒

152300 157700 = 2,3 − 8,314 ∗ 𝑇 8,314 ∗ 𝑇

−

157700 8,314∗𝑇 )

5400

= 2,3 8,314 ∗ 𝑇 𝑇 = 282,39 [𝐾]

Zadanie 5 Wartości stałej szybkości reakcji rozkładu pewnego związku organicznego w roztworze wodnym wynoszą: T [K]

273,2 5

293,2

313,2

333,2

2,46 47,5 576 5480 k * 10 Określić graficznie wartość energii aktywacji i wartość stałej A w równaniu Arrheniusa. Obliczyć dla tej reakcji okres połowicznej przemiany w 372,7 [K], zakładając, że jest to reakcja pierwszego rzędu....