Ακαδημαϊκό έτος ΘΕΜΑ 1. Η κινητική εξίσωση της αντίδρασης Α + Β = Γ είναι: r = k[a] α [B] β

Transcript

1 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ Η κινητική εξίσωση της αντίδρασης Α + Β = Γ είναι: r = [] α [B] β Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των αρχικών ταχυτήτων βρήκαμε ότι η αντίδραση είναι δεύτερης τάξης ως προς Α και πρώτης τάξης ως προς Β, και ότι η σταθερά είναι ίση με 3. 7 mol - dm 6 s -. Να συμπληρωθεί ο ακόλουθος πίνακας. [Α] (mol dm -3 ) [B] (mol dm -3 ) r (mol dm -3 s - ) r = [ ] [ B] [ ] r [ B] mol dm -3 r = 3 r 4. [ ] [ B] [ B] 7 4 [ ] [3. ][4.6 ] = mol dm -3 r 3 = 3 [ ] 3 [ ] B 7 3. [9. 4 ] =.7-3 mol dm -3 s - [Α] (mol dm -3 ) [B] (mol dm -3 ) r (mol dm -3 s - )

2 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ Η παρακάτω γραφική παράσταση αντιστοιχεί στην κινητική της αντίδρασης: Α = Β. Α) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης; Β) Σε ποιο διάγραμμα (a,b, c ή d) αντιστοιχεί η μεγαλύτερη τιμή της σταθεράς της ταχύτητας της αντίδρασης; Στις αντιδράσεις πρώτης τάξης, έχουμε: [Α] = [Α] e Η εξίσωση αυτή παριστάνει μία ευθεία γραμμή που ξεκινά από το μηδέν και έχει κλίση αρνητική και ίση με Α Α = - ν Α =-(-) = Όσο μεγαλώνει το τόσο αυξάνεται η κλίση, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: ln

3 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 3. Η παρακάτω γραφική παράσταση αντιστοιχεί στην κινητική της αντίδρασης: Α = Β. Α) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης; Β) Σε ποιο διάγραμμα (a,b, c ή d) αντιστοιχεί η μεγαλύτερη τιμή της σταθεράς της ταχύτητας της αντίδρασης; Στις αντιδράσεις δεύτερης τάξης, έχουμε: Η εξίσωση αυτή παριστάνει μία ευθεία γραμμή που ξεκινά από το ένα και έχει κλίση Α = - ν Α =-(-) =Όσο μεγαλώνει το, τόσο αυξάνεται η κλίση, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

4 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 4. Οι παρακάτω γραφικές παραστάσεις αντιστοιχούν στην κινητική της αντίδρασης με γενική μορφή: Α = Β. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης για τις παρακάτω περιπτώσεις a, b και c. Στην περίπτωση a έχουμε μία «εκθετική» εξάρτηση του ρυθμού της αντίδρασης από τη συγκέντρωση του αντιδρώντος Α. Επομένως είναι πολύ πιθανόν να έχουμε αντίδραση δεύτερης τάξης. r = [] Στην περίπτωση b o ρυθμός της αντίδρασης είναι ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση του αντιδρώντος Α. Επομένως έχουμε αντίδραση μηδενικής τάξης. r = Στην περίπτωση c έχουμε μία γραμμική εξάρτηση του ρυθμού της αντίδρασης από τη συγκέντρωση του αντιδρώντος Α. Επομένως έχουμε αντίδραση πρώτης τάξης. r = []

5 / (s) Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 5 Η αντίδραση 3 Α = Β είναι πρώτης τάξεως ως προς Α και έχει σταθερά ταχύτητας ίση με.35 s -. Να κάνετε τη γραφική παράσταση της μεταβολής του χρόνου υποδιπλασιασμού ( / ) του αντιδρώντος Α σε σχέση με την αρχική συγκέντρωση [Α]. Θα βρω τη σταθερά ταχύτητας κατανάλωσης του Α,. = -ν =-(-3) = 3 = 3 X.35s.6935s = στην περίπτωση μίας αντίδρασης ης τάξεως έχουμε: ln / ln / / s.6935s Στο παρακάτω γράφημα φαίνεται ότι ο χρόνος υποδιπλασιασμού είναι σταθερός (ίσος με s) και ανεξάρτητος από την αρχική συγκέντρωση [Α] του αντιδρώντος Α.,,5,,5, 9,5 9, 8,5 8,,,,4,6,8,, [] (mol.dm -3 )

6 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 6 Σε μία παράλληλη αντίδραση όπου δύο προϊόντα σχηματίζονται από το ίδιο αντιδρών, τι καθορίζει την έκταση στην οποία το ένα προϊόν θα σχηματισθεί εις βάρος του άλλου; Θα έχουμε: ( ) ( ) Επομένως αυτό που καθορίζει την έκταση στην οποία το προϊόν Π θα σχηματισθεί εις βάρος του προϊόντος Π είναι ο λόγος των αντίστοιχων σταθερών ταχύτητας.

7 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 7 Η αντίδραση: Β + 3Γ = 5Π λαμβάνει χώρα στους ο C με αρχικές συγκεντρώσεις: [B] = [Γ] = 3 mol dm -3, ακολουθεί την εξίσωση Αrrhenius, έχει προεκθετικό παράγοντα ίσο με s -,. ενέργεια ενεργοποίησης J mol - και κινητική εξίσωση: r = [Γ]. Να βρεθούν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων Β, Γ και του προϊόντος Π ένα λεπτό μετά την έναρξη της αντίδρασης. Θα ισχύει η εξίσωση rrhenius: RT E 8,34373,5 e e =,76 x -3 s - Από τον ορισμό της ταχύτητας της κατανάλωσης του αντιδρώντος Γ: = -(/ν Γ ) Γ Γ =-(-3) = 3 x,76 x -3 s - = 3,89 x -3 s - Επειδή έχουμε αντίδραση πρώτης τάξης, θα ισχύει: [Γ] = [Γ] e 3 ) = 3 - (3,89 6 e.5 - mol dm -3 Αυτή είναι η συγκέντρωση του (Γ) για = min. Άρα αντέδρασαν: 3 mol dm mol dm -3 = 5-3 mol dm -3 Σύμφωνα με την αντίδραση, αυτά αντέδρασαν με (/3) 5-3 mol dm -3 Β =.67-3 mol dm -3 Β. Άρα έμειναν ( ) mol dm -3 Β =.83x- mol dm -3 Β και παρήχθησαν: (5/3) 5-3 mol dm -3 Π = mol dm -3 Π

8 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 8 Η αντίδραση Α + 3Β = 5Γ έχει κινητική εξίσωση r = [] και σταθερά ταχύτητας = -3 mol - dm 3 s -. Εάν η αρχική συγκέντρωση των αντιδρώντων Α και Β είναι [Α] = [Β] = -3 mol dm -3, να βρεθεί η συγκέντρωση των αντιδρώντων και προϊόντων, μετά από μία ώρα αντίδρασης (η αρχική συγκέντρωση του Γ είναι μηδέν). Από τον ορισμό της ταχύτητας της κατανάλωσης του αντιδρώντος : = -(/ν ) = - ν = - (-) -3 mol - dm 3 s - = -3 mol - dm 3 s - Επειδή η αντίδραση είναι δεύτερης τάξης ως προς το, θα ισχύει : [ ] [ ] [ ] mol - dm 3 = ( + 7.) mol - dm 3 =7. mol - dm 3 []= mol dm -3 Άρα αντέδρασαν [Α] - [Α] =.7-3 mol dm -3 Α με (3/).7-3 mol dm -3 [Β] =.5-3 mol dm -3 Β Επομένως, η συγκέντρωση του αντιδρώντος Β για = hr είναι [Β] = -3 mol dm mol dm -3 = mol dm -3 Επιπλέον, παρήχθησαν (5/).7-3 mol dm -3 [Γ] =.75-3 mol dm -3 [Γ].

9 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ 9 Η σύνθετη αντίδραση Α Ε γίνεται με τον ακόλουθο μηχανισμό διαδοχικών αντιδράσεων πρώτης τάξης 3. Διεξάγεται ένα κινητικό πείραμα με αρχικώς παρούσα μια ουσία Α με συγκέντρωση - Μ και παρατηρούμε ότι η ουσία Δ έχει μέγιστη συγκέντρωση σε χρόνο 6 min. Να βρεθεί η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης. Πόση είναι η μέγιστη συγκέντρωση τιμή της [Δ] καθώς και οι τιμές [Α] και [E] σε αυτή τη χρονική στιγμή; Στην περίπτωση μηχανισμού διαδοχικών αντιδράσεων πρώτης τάξης έχουμε (εξ. 8.-): max ln ln ln 3 3 max ln 3 7s =,5-4 s - Και από την σχέση (8.-) έχουμε: [ ] max [ ] [ ].5774[ ] 3 Η σχέση (8.-5) δίνει: = Μ [ ] e = 3 [ ] e = - Μ 4 3,5 36 e.98-3 Μ και η σχέση (8.-7) δίνει: [ E] [ ] [ ln(/ 3) ( e e )] [ ] { (e 3e )} [ ] { ( e 3e 3 3 ln(/ 3) ln(/ 3) 3 3 = [ ] { ( e 3e )} = [ ] { ( e 3e )} ln(/ 3) ln(/ 3) = - 3 Μ [ + ( e 3e ) ]= - Μ [ + (.9.73) ] =,3 - Μ ln(/ 3) )}

10 Ακαδημαϊκό έτος 4-5 ΘΕΜΑ Δύο ανεξάρτητες αντιδράσεις 4 Α + Β = Γ () και Α + Δ = Ε () έχουν αντίστοιχα κινητικές εξισώσεις r = -4 mol dm -3 s - και r = (5 - ) s - [Α]. Ποια είναι η αρχική συγκέντρωση του αντιδρώντος Α, με δεδομένο ότι οι δύο αντιδράσεις μειώνουν ταυτόχρονα την ουσία αυτή στο μισό της αρχικής της ποσότητας; Σε πόσο χρόνο γίνεται αυτό; Οι δύο αντιδράσεις είναι αντίστοιχα μηδενικής και πρώτης τάξης. Επομένως θα ισχύει: r = r = [Α], και όπου Α = -(-4) = 4 και Α = -(-) = Οι αντίστοιχοι χρόνοι υποδιπλασιασμού θα είναι: [] / = [ ] 4 = [] 8 και ln / = ln ln 5 = - - s = 6.93 s Άρα [] ln = 8 ln [Α] = 4 = 4-4 ln - 5 = mol dm -3