Cvičenia z chemickej kinetiky

Chemická kinetika študuje rýchlosť chemických reakcií a faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť týchto reakcií.

Pomocou nasledujúcich otázok si preveríte svoje vedomosti a pozriete si komentáre k uzneseniam.

Otázka 1

Pokiaľ ide o faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť chemickej reakcie, je NESPRÁVNE tvrdiť, že:

a) Čím vyššia je koncentrácia reaktantov, tým rýchlejšia je reakcia.
b) Čím je kontaktná plocha väčšia, tým vyššia je reakčná rýchlosť.
c) Čím vyšší je tlak, tým rýchlejšia je reakcia.
d) Čím vyššia je teplota, tým rýchlejšia je reakcia.
e) Prítomnosť katalyzátora udržuje konštantnú reakčnú rýchlosť.

Pozri odpoveď

Nesprávna alternatíva: e) Prítomnosť katalyzátora udržuje konštantnú reakčnú rýchlosť.

Katalyzátory zvyšujú reakčnú rýchlosť, pretože uľahčujú tvorbu aktivovaného komplexu medzi reaktantmi.

Týmto katalyzátory vytvárajú kratší mechanizmus vývoja reakcie, čo spôsobuje zvýšenie rýchlosti.

otázka 2

Podľa _____________ musia za účelom tvorby produktov medzi činidlami dôjsť k účinným kolíziám. Okrem toho je dosť ___________ na to, aby sa rozbili chemické väzby reaktantov a vytvoril ___________, čo je medziprodukt pred tvorbou produktov.

Slová, ktoré správne vypĺňajú prázdne miesta, sú:

a) entalpia, kinetická energia a variácia katalyzátora.
b) teória zrážok, aktivačná energia a aktivovaný komplex.
c) rýchlosť reakcie, entalpia a inhibítor.
d) parciálny tlak, entropia a substrát.

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: b) kolízna teória, aktivačná energia a aktivovaný komplex.

Podľa teórie zrážok sú zrážky medzi reaktantmi nevyhnutné na to, aby došlo k chemickej reakcii. Aby boli nárazy účinné, musia byť preto v priaznivej polohe.

Aktivačná energia funguje ako energetická bariéra, ktorú treba prekonať, aby sa prerušili väzby reagujúcich zlúčenín. Čím nižšia je aktivačná energia, tým rýchlejšia je reakcia.

Aktivovaný komplex je nestabilný medziprodukt tvorený pred produktmi.

otázka 3

O katalyzátoroch sa uvádzajú nasledujúce štyri vyhlásenia:

I. Katalyzátor pracuje tak, že zvyšuje rýchlosť reakcie, ale nemení jej výkon.
II. Pri chemickej reakcii sa katalyzátor nespotrebováva v reakčnej ceste.
III. Katalyzátory vytvárajú alternatívny spôsob transformácie reaktantov na produkty. Na to je potrebná väčšia aktivačná energia.
IV. Katalyzátor je schopný zrýchliť reakciu iba smerom dopredu.

Možnosti, ktoré poskytujú správne informácie o katalyzátoroch, sú:

a) I a II
b) II a III
c) I a IV
d) Všetky

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: a) I a II.

Katalyzátory sa používajú na urýchlenie chemických reakcií. Reakcia s použitím katalyzátora nezmení jeho výťažok, to znamená, že sa vyrobí očakávané množstvo produktu, ale za kratší čas.

Katalyzátory sa počas chemickej reakcie nespotrebúvajú, pomáhajú pri tvorbe aktivovaného komplexu. Preto sa katalyzátor môže regenerovať na konci chemickej reakcie.

Katalyzátory sú schopné znížiť reakčný čas vytvorením alternatívneho mechanizmu na tvorbu produktov s nižšou aktivačnou energiou. Preto reakcia prebieha rýchlejšie.

Katalyzátory pôsobia v smere reakcie aj v opačnom smere.

otázka 4

Ako rýchlo prebehne chemická reakcia závisí od:

I. Počet účinných kolízií medzi činidlami.
II. Dostatok energie na nové usporiadanie atómov.
III. Priaznivá orientácia molekúl.
IV. Tvorba aktivovaného komplexu.

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

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: d) I, II, III a IV.

Účinné kolízie sa vyskytujú, keď sú reaktanty v pozíciách priaznivých pre nárazy, ktoré podporia preskupenie atómov.

Aktivačná energia musí byť dostatočná na to, aby kolízia medzi reaktantmi viedla k rozbitiu väzieb a vzniku aktivovaného komplexu.

Nie všetky kolízie medzi reagujúcimi časticami spôsobujú, že reakcia prebehne. Orientácia, s akou dôjde ku kolízii, je dôležitá pre vznik produktov.

Aktivovaný komplex je stredný a nestabilný stav pred tvorbou produktov. Vzniká pri prekročení aktivačnej energie pre reakciu.

otázka 5

Oxid uhličitý je plyn, ktorý vzniká reakciou medzi oxidom uhoľnatým a kyslíkovými plynmi podľa chemickej rovnice uvedenej nižšie.

CO_g) + ½_{2 písm. G)} → CO_{2 písm. G)}

Ak vieme, že za 5 minút reakcie sa spotrebovalo 2,5 mol CO, aká je rýchlosť vývoja reakcie podľa spotreby O₂?

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

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: d) 0,25 mol. min^-1

Aby sme odpovedali na túto otázku, musíme sa pozrieť na chemickú rovnicu.

CO_g) + ½_{2 písm. G)} → CO_{2 písm. G)}

Pamätajte, že 1 mol oxidu uhoľnatého reaguje s ½ mol kyslíka za vzniku 1 molu oxidu uhličitého.

Množstvo uvedené vo vyhlásení sa týka oxidu uhoľnatého, ale odpoveď musí byť, pokiaľ ide o kyslík. Aby sme to dosiahli, musíme vykonať pravidlo troch a zistiť množstvo kyslíka.

1 mol CO - ½ mol O₂

2,5 mol CO - x O₂

x = 1,25 mol

Teraz použijeme hodnoty vo vzorci pre rýchlosť vývoja reakcie.

Preto je rýchlosť vývoja reakcie vzhľadom na kyslík 0,25 mol.min^-1.

otázka 6

Všimnite si grafické znázornenie vývoja hypotetickej chemickej reakcie, ktorá súvisí s energiou a reakčnou cestou.

Skontrolujte alternatívu, ktorá správne nahrádza (1), (2), (3) a (4).

a) substráty, uvoľnené teplo, maximálny energetický stav a koniec reakcie.
b) činidlá, aktivačná energia, aktivovaný komplex a produkty.
c) reaktanty, kinetická energia, katalyzátor a substráty.
d) reaktanty, absorbované teplo, tepelná energia a produkty.

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: b) činidlá, aktivačná energia, aktivovaný komplex a produkty.

Zobrazený graf predstavuje endotermickú reakciu, to znamená, že pre absorpciu existuje absorpcia energie.

Vy činidlá (1) sú na začiatku grafu a aktivačná energia (2) zodpovedá rozdielu medzi energiou uloženou v reaktantoch a v komplex aktivovaný (3). Nakoniec po prechode do stredného stavu došlo k vzniku Produkty (4).

Reaktanty preto musia prekonať aktivačnú energiu na nové usporiadanie svojich atómov do medziľahlej štruktúry, ktorá sa nazýva aktivovaný komplex, aby sa mohli vytvoriť produkty.

otázka 7

Látka A je schopná rozkladať sa a stať sa látkou B. Pozorujte vývoj tejto reakcie na obrázku nižšie.

Pokiaľ ide o reakčnú rýchlosť, môžeme povedať, že:

a) Látka A sa rozkladá medzi 0 a 15 s rýchlosťou 0,35 mol.s^-1.
b) Látka A sa rozkladá medzi 15 a 30 s rýchlosťou 0,02 mol.s^-1.
c) Látka A sa rozkladá medzi 0 a 15 s rýchlosťou 0,04 mol.s^-1.
d) Látka A sa rozkladá medzi 15 a 30 s rýchlosťou 0,03 mol.s^-1.

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: d) Látka A sa rozkladá medzi 15 a 30 s rýchlosťou 0,03 mol.s-1.

Rýchlosť rozkladu látky A sa dá vypočítať podľa vzorca:

Vypočítajme rýchlosť reakcie z hľadiska látky A medzi danými intervalmi.

Rozsah medzi 0 a 15:

Rozsah medzi 15 a 30:

Alternatíva d je preto správna, pretože látka A sa rozkladá medzi 15 a 30 s rýchlosťou 0,03 mol.s.^-1.

otázka 8

Zvážte nasledujúcu hypotetickú reakciu.

aA + bB → cC + dD

Všimnite si zmeny v koncentrácii A a C nižšie.

Čas	0	5	10	15	20	25
Spotreba A (mol / L)	7,5	6,0	4,5	3,0	2,5	1,0
Tvorba C (mol / L)	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5

Aká je rýchlosť konzumácie A na základe informácií uvedených v otázke a rýchlosť tvorby C v intervale od 5 do 25 minút?

a) 0,3 mol. Ľ^-1.s^-1 a 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1
b) - 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1 a 0,3 mol. Ľ^-1.s^-1
c) - 0,25 mol. Ľ^-1.s^-1 a 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1
d) 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1 a 0,3 mol. Ľ^-1.s^-1

Pozri odpoveď

Správna alternatíva: c) - 0,25 mol. Ľ^-1.s^-1 a 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1.

Miera spotreby:

Miera tréningu C:

Preto sa v reakcii A spotrebuje rýchlosťou 0,25 mol.s-1, takže jej hodnota je záporná, zatiaľ čo B sa tvorí rýchlosťou 0,1 mol. Ľ^-1.s^-1.

Čítajte tiež:

• Chemická kinetika
• termochémia
• Chemická rovnováha
• Chemické reakcie