Ćwiczenia z kinetyki chemicznej

Kinetyka chemiczna bada szybkość reakcji chemicznych i czynniki wpływające na szybkość tych reakcji.

Skorzystaj z poniższych pytań, aby sprawdzić swoją wiedzę i zapoznać się z komentarzami dotyczącymi rozwiązań.

Pytanie 1

W odniesieniu do czynników wpływających na szybkość reakcji chemicznej NIEWŁAŚCIWE jest stwierdzenie, że:

a) Im większe stężenie reagentów, tym większa szybkość reakcji.
b) Im większa powierzchnia styku, tym większa szybkość reakcji.
c) Im wyższe ciśnienie, tym szybsza reakcja.
d) Im wyższa temperatura, tym szybsza reakcja.
e) Obecność katalizatora utrzymuje stałą szybkość reakcji.

Zobacz odpowiedź

Nieprawidłowa alternatywa: e) Obecność katalizatora utrzymuje stałą szybkość reakcji.

Katalizatory zwiększają szybkość reakcji, ponieważ ułatwiają tworzenie aktywowanego kompleksu między reagentami.

Dzięki temu katalizatory tworzą krótszy mechanizm rozwoju reakcji, powodując wzrost prędkości.

pytanie 2

Zgodnie z _____________ pomiędzy odczynnikami muszą wystąpić skuteczne kolizje, aby powstały produkty. Ponadto wystarczy ____________, aby zerwać wiązania chemiczne reagentów i utworzyć ___________, który jest stanem pośrednim przed tworzeniem się produktów.

Słowa, które poprawnie wypełniają puste pola to odpowiednio:

a) entalpia, energia kinetyczna i zmienność katalizatora.
b) teoria zderzeń, energia aktywacji i kompleks aktywowany.
c) szybkość reakcji, entalpia i inhibitor.
d) ciśnienie cząstkowe, entropia i substrat.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: b) teoria zderzeń, energia aktywacji i kompleks aktywowany.

Zgodnie z teorią zderzeń zderzenia między reagentami są niezbędne do zajścia reakcji chemicznej. W tym celu substancje muszą znajdować się w korzystnej pozycji, aby wstrząsy były skuteczne.

Energia aktywacji działa jak bariera energetyczna, którą należy pokonać, aby zerwać wiązania reagujących związków. Im niższa energia aktywacji, tym szybsza reakcja.

Aktywowany kompleks jest niestabilnym związkiem pośrednim utworzonym przed produktami.

pytanie 3

Poniższe cztery stwierdzenia dotyczą katalizatorów:

JA. Katalizator działa poprzez zwiększenie szybkości reakcji, ale nie zmienia jej wydajności.
II. W reakcji chemicznej katalizator nie jest zużywany na drodze reakcji.
III. Katalizatory tworzą alternatywną drogę do przekształcania reagentów w produkty. W tym celu potrzebna jest większa energia aktywacji.
IV. Katalizator jest w stanie przyspieszyć reakcję tylko w kierunku do przodu.

Opcje prezentujące poprawne informacje o katalizatorach to:

a) I i II
b) II i III
c) I i IV
d) Wszystkie

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: a) I i II.

Katalizatory służą do przyspieszenia reakcji chemicznych. Reakcja z użyciem katalizatora nie zmienia jego wydajności, czyli wytworzenia oczekiwanej ilości produktu, ale w krótszym czasie.

Katalizatory nie są zużywane podczas reakcji chemicznej, pomagają w tworzeniu aktywowanego kompleksu. Dlatego katalizator można odzyskać pod koniec reakcji chemicznej.

Katalizatory są w stanie skrócić czas reakcji, tworząc alternatywny mechanizm powstawania produktów o niższej energii aktywacji. Dlatego reakcja przebiega szybciej.

Katalizatory działają zarówno w przód, jak i w odwrotnym kierunku reakcji.

pytanie 4

Szybkość reakcji chemicznej zależy od:

JA. Liczba efektywnych kolizji między odczynnikami.
II. Wystarczająco dużo energii, aby uporządkować atomy.
III. Korzystna orientacja cząsteczek.
IV. Tworzenie aktywnego kompleksu.

a) I i II
b) II i IV
c) I, II i III
d) I, II, III i IV

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: d) I, II, III i IV.

Skuteczne zderzenia występują, gdy reagenty znajdują się w pozycjach sprzyjających wstrząsom, które będą sprzyjać przegrupowaniu atomów.

Energia aktywacji musi być wystarczająca, aby zderzenie między reagentami spowodowało zerwanie wiązań i utworzenie aktywowanego kompleksu.

Nie wszystkie zderzenia między reagującymi cząstkami powodują zajście reakcji. Orientacja, z jaką następuje zderzenie, jest ważna dla powstania produktów.

Aktywowany kompleks jest stanem pośrednim i niestabilnym przed powstaniem produktów. Powstaje w momencie przekroczenia energii aktywacji reakcji.

pytanie 5

Zgodnie z poniższym równaniem chemicznym dwutlenek węgla jest gazem powstałym w wyniku reakcji między tlenkiem węgla i tlenem.

WSPÓŁ_(sol) + ½_2(g) → CO_2(g)

Wiedząc, że w ciągu 5 minut reakcji zużyto 2,5 mola CO, jakie jest tempo rozwoju reakcji w zależności od zużycia O₂?

a) 0,2 mola. min^-1
b) 1,5 mola. min^-1
c) 2,0 mola. min^-1
d) 0,25 mola. min^-1

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: d) 0,25 mol. min^-1

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy spojrzeć na równanie chemiczne.

WSPÓŁ_(sol) + ½_2(g) → CO_2(g)

Zauważ, że 1 mol tlenku węgla reaguje z ½ mola tlenu, tworząc 1 mol dwutlenku węgla.

Ilość podana w oświadczeniu odnosi się do tlenku węgla, ale odpowiedź musi dotyczyć tlenu. W tym celu musimy zastosować zasadę trzech i znaleźć ilość tlenu.

1 mol CO - ½ mol O₂

2,5 mola CO - x O₂

x = 1,25 mola

Teraz stosujemy wartości we wzorze na szybkość rozwoju reakcji.

Dlatego tempo rozwoju reakcji w stosunku do tlenu wynosi 0,25 mol.min^-1.

pytanie 6

Zwróć uwagę na graficzną reprezentację rozwoju hipotetycznej reakcji chemicznej, która wiąże energię i ścieżkę reakcji.

Sprawdź alternatywę, która prawidłowo zastępuje odpowiednio (1), (2), (3) i (4).

a) substraty, wydzielane ciepło, maksymalny stan energetyczny i koniec reakcji.
b) odczynniki, energia aktywacji, aktywowany kompleks i produkty.
c) reagenty, energia kinetyczna, katalizator i substraty.
d) reagenty, pochłonięte ciepło, energia cieplna i produkty.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: b) odczynniki, energia aktywacji, aktywowany kompleks i produkty.

Przedstawiony wykres przedstawia reakcję endotermiczną, to znaczy, że zachodzi absorpcja energii potrzebnej do zajścia reakcji.

ty odczynniki (1) znajdują się na początku wykresu, a energia aktywacji (2) odpowiada różnicy między energią zmagazynowaną w substratach i w kompleks aktywowany (3). Wreszcie, po przejściu stanu pośredniego, powstanie produkty (4).

W związku z tym reagenty muszą pokonać energię aktywacji, aby przegrupować swoje atomy w strukturę pośrednią zwaną aktywnym kompleksem, aby powstały produkty.

pytanie 7

Substancja A może rozkładać się i stawać się substancją B. Obserwuj rozwój tej reakcji na poniższym obrazku.

Odnośnie szybkości reakcji możemy powiedzieć, że:

a) Substancja A rozkłada się w czasie od 0 do 15 s z szybkością 0,35 mol.s^-1.
b) Substancja A rozkłada się w czasie od 15 do 30 s z szybkością 0,02 mol.s^-1.
c) Substancja A rozkłada się w czasie od 0 do 15 s z szybkością 0,04 mol.s^-1.
d) Substancja A rozkłada się od 15 do 30 s z szybkością 0,03 mol.s^-1.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: d) Substancja A rozkłada się w czasie od 15 do 30 s z szybkością 0,03 mol.s-1.

Szybkość rozkładu substancji A można obliczyć za pomocą wzoru:

Obliczmy szybkość reakcji w odniesieniu do substancji A pomiędzy podanymi przedziałami.

Zakres od 0 do 15:

Zakres od 15 do 30:

Dlatego alternatywa d jest poprawna, ponieważ substancja A rozkłada się między 15 a 30 s z szybkością 0,03 mol.s.^-1.

pytanie 8

Rozważ następującą hipotetyczną reakcję.

aA + bB → cC + dD

Zwróć uwagę na różnice w stężeniu A i C poniżej.

Czasy)	0	5	10	15	20	25
Zużycie A (mol/L)	7,5	6,0	4,5	3,0	2,5	1,0
Tworzenie C (mol/L)	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5

Na podstawie informacji podanych w pytaniu, jaka jest odpowiednio szybkość zużycia A i szybkość tworzenia C w przedziale od 5 do 25 min?

a) 0,3 mola. L^-1.s^-1 i 0,1 mola. L^-1.s^-1
b) - 0,1 mola. L^-1.s^-1 i 0,3 mola. L^-1.s^-1
c) - 0,25 mola. L^-1.s^-1 i 0,1 mola. L^-1.s^-1
d) 0,1 mola. L^-1.s^-1 i 0,3 mola. L^-1.s^-1

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa: c) - 0,25 mol. L^-1.s^-1 i 0,1 mola. L^-1.s^-1.

Wskaźnik zużycia:

Tempo treningu C:

Dlatego w reakcji A jest zużywane z szybkością 0,25 mol.s-1, a więc jego wartość jest ujemna, podczas gdy B powstaje z szybkością 0,1 mola. L^-1.s^-1.

Przeczytaj też:

• Kinetyka chemiczna
• Termochemia
• Bilans chemiczny
• Reakcje chemiczne