Pobierz

Zadania z kinetyki chemicznej (bez rozwiązań).
© W. Chrzanowski 2010
1.
Dla reakcji A(g) = B(g) + C(g), w temperaturze 500 K, zebrano następujące dane dotyczące zmian ciśnienia całkowitego mieszaniny reakcyjnej w czasie (w jej początkowym składzie występował tylko związek A).
t [min]
Pcałk [kPa]
0
150,0
10,0
194,0
20,0
225,0
200,0
30,0
50,0
273,5
100,0
295,3
Równocześnie, stwierdzono, Ŝe przy ciśnieniu początkowym P0całk=175 kPa, czas połowicznego rozpadu A wynosił
20 minut w temperaturze 500 K, a 5 minut w temperaturze 520 K. Wyznacz rząd kinetyczny reakcji oraz jej stałą
szybkości. Wypełnij luki w tabeli. Oblicz energię aktywacji reakcji.
2.
Czas połowicznej przemiany dla pewnej reakcji rzędu pierwszego w temperaturze 50oC wynosi 20s, a jej energia
aktywacji Ea=35,65 kJ/mol. Zakładając niezaleŜność energii aktywacji od temperatury oblicz: a) czynnik przedwykładniczy w równaniu Arrheniusa opisującym zaleŜność stałej szybkości tej reakcji od temperatury; b) czas, po jakim
w temperaturze 100oC reakcja zajdzie w 75%.
3.
Dla reakcji A(g)→2P(g), wychodząc z czystego A, otrzymano eksperymentalnie dane kinetyczne w warunkach izochoryczno-izotermicznych i zebrano je w dwóch górnych wierszach lewej części poniŜszej tabeli.
Czas [s]
Ciśnienie całkowite [kPa]
wiersze robocze:
0
40,00
10
50,00
20
57,50
40
67,34
80
76,00
120
78,73
60
75
Określ rząd reakcji. Wyznacz jej stałą szybkości i zapisz równanie kinetyczne. Wypełnij puste miejsca w prawej części najwyŜszego wiersza tabeli, tzn. czasy, po których ciśnienie całkowite osiągnie wartości wskazane w drugim wierszu (wiersze robocze wykorzystaj wg własnego uznania).
4.
Pewna reakcja A(g) → P(g) jest rzędu „–1” (minus pierwszego) względem A. Po 600 sekundach od rozpoczęcia reakcji stęŜenie substratu spadło o połowę w stosunku do początkowego. Ile czasu potrzeba dodatkowo na przereagowanie
drugiej połowy substratu, tzn., aby reakcja się skończyła?
5.
Mierzono szybkość reakcji pierwszego rzędu A=B. Stwierdzono, Ŝe szybkość początkowa wynosi 2,100 milimola/(dm3·min), zaś po upływie pół godziny jedynie 0,596 milimola/(dm3·min). Na tej podstawie oblicz stałą szybkości,
czas połowicznej przemiany i stęŜenie początkowe substratu.
6.
Badano rząd pewnej reakcji (A+B+C→Produkty) poprzez wyznaczanie jej szybkości początkowej dla róŜnych składów mieszaniny reakcyjnej. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli. Wyznacz rząd reakcji względem kaŜdego z substratów (oraz całkowity rząd reakcji), jej stałą szybkości, oraz oblicz szybkość początkową w doświadczeniu nr 5.
Dośw. Nr
1
2
3
4
5
A
22,0
43,7
22,0
22,0
15,0
StęŜenie początkowe, c0, mmol/dm3
B
44,2
44,2
73,7
73,7
45,0
C
17,5
17,5
17,5
34,7
22,5
Szybkość początkowa, v0,
mmol·dm–3·min–1
1,657
3,291
1,657
2,333
?
7.
Reakcja A + 3B = 2C przebiega w fazie gazowej i jest reakcją pierwszego rzędu względem substratów A i B (sumarycznie drugiego rzędu). Jej stała szybkości wynosi 6,0×10–4 dm3·mol–1·s–1. Oblicz czas połowicznej przemiany dla
następujących przypadków:
a) c0A=0,30 mol/dm3; c0B=0,90 mol/dm3;
b) c0A=0,90 mol/dm3; c0B=0,030 mol/dm3;
c) c0A=0,010 mol/dm3; c0B=0,90 mol/dm3. (trudny podpunkt, tylko dla hobbystów).
8.
Kinetykę pewnej reakcji typu A → P, zachodzącej w układzie homogenicznym, badano metodą dylatometryczną, tj.
mierząc zmiany objętości ciekłej mieszaniny reakcyjnej. W stanie wyjściowym produkt P był w mieszaninie nieobecny. Otrzymano wyniki zebrane w poniŜszej tabelce. Wyznacz rząd tej reakcji i oblicz jej stałą szybkości.
czas, min
V, cm3
wiersze robocze
9.
0
15,00
40
44,58
80
67,17
160
89,58
240
97,72
320
100,8
∞
102,4
Reakcja odwracalna A ⇔ B jest reakcją pierwszego rzędu w obie strony i charakteryzuje się stałą równowagi
K=3,00. Przeprowadzono eksperyment, w którym, rozpoczynając od roztworu zawierającego wyłącznie substancję A
w stęŜeniu 1,50 mol/dm3, stwierdzono, Ŝe po 120 minutach stęŜenie tej substancji spadło do wartości 1,00 mol/dm3.
W oparciu o te dane wyznacz: stałą szybkości reakcji w prawo, k1, i stałą szybkości reakcji w lewo, k–1, a takŜe stęŜenia równowagowe obu substancji (A i B) w temperaturze doświadczenia. Oblicz teŜ czas, po jakim stęŜenie substratu
osiągnęło w tym doświadczeniu wartość 1,25 mol/dm3, a takŜe, jeśli to w ogóle moŜliwe, czas, po jakim w mieszaninie reakcyjnej pozostanie tylko połowa substratu.
10. Zawartość izotopu węgla 14C w atmosferycznym ditlenku węgla jest stała dzięki reakcjom jądrowym spowodowanym
bombardowaniem Ziemi (a tym samym jej atmosfery) przez promieniowanie kosmiczne. Czas połowicznego zaniku
węgla 14C wynosi 5760 lat, a próbka atmosferycznego ditlenku węgla o masie 4,4 g wykazuje aktywność promieniotwórczą 16,8 rozpadów na sekundę. Oblicz, jaki ułamek węgla atmosferycznego stanowi izotop 14C.
11. Próbka świeŜo sporządzonej tkaniny lnianej o wadze 3,000 g wykazała podczas trwającego dokładnie trzy godziny
pomiaru 8250 impulsów pochodzących od rozpadu izotopu 14C. Próbka tkaniny lnianej przykrywającej twarz mumii
faraona (o wadze 1,514 g) wykazała podczas pięciogodzinnego pomiaru 3830 takich impulsów. Określ datę pochówku faraona (z dokładnością do 1 roku) wiedząc, Ŝe okres półrozpadu węgla 14C wynosi 5760 lat.
12. Jednocząsteczkowa reakcja:
→ 2C2H4
charakteryzuje się energią aktywacji Ea=261 kJ/mol, a czynnik przedwykładniczy w równaniu Arrheniusa wynosi dla
niej 3,98×1015 s–1. Oblicz, po jakim czasie zaniknie 33,3(3)% (jedna trzecia) początkowej ilości cyklobutanu
w temperaturze 690K. W jakiej temperaturze czas ten skróci się czterokrotnie?
k1
k2
13. Dane są reakcje następcze, A →
B →
P , dla których odpowiednie stałe szybkości wynoszą: k1=0,08 min–
1
–1
i k2=0,04 min . Znajdź czas, po którym stęŜenie związku B osiągnie maksimum i wartość tego stęŜenia w tym momencie. Znajdź teŜ czas, po którym stęŜenie produktu P przekroczy wartość stęŜenia substratu A. Oba obliczenia wykonaj teŜ przy załoŜeniu, Ŝe wartości obydwu stałych szybkości zostają zamienione. Trudne zadanie – dla hobbystów.
MoŜliwe teŜ do rozwiązania numerycznie.
14. Pewna reakcja prowadzi do równoczesnego (równoległego) otrzymywania z tego samego substratu A trzech produktów: P1, P2 i P3. Stwierdzono, Ŝe po godzinie – wychodząc z czystego A – stosunek stęŜeń [P1] : [P2] : [P3] wynosi
4:3:1, przy czym w układzie nadal pozostaje 60% początkowej ilości A. Oblicz: a) wartości stałej szybkości reakcji
powstawania kaŜdego z produktów (tzn. k1, k2 i k3) przy załoŜeniu, Ŝe wszystkie reakcje są pierwszego rzędu; b) czas,
po którym przereaguje 80% związku A; c) proporcje stęŜeń produktów po dwóch godzinach prowadzenia reakcji.
2