6 o. Μηχανισµός αντίδρασης: Νόµος ταχύτητας ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ 115.

Transcript

1 o Μηχανισµός αντίδρασης Νόµος ταχύτητας Α. ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ Μηχανισµός αντίδρασης: Ο µηχανισµός µίας αντίδρασης είναι µία λεπτοµερής περιγραφή των επιµέρους αντιδράσεων που πραγµατοποιούνται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Οι επιµέρους αντιδράσεις ονοµάζονται στοιχειώδεις αντιδράσεις ή ενδιάµεσα στάδια. Απλές ή στοιχειώδεις χαρακτηρίζονται οι αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται σε ένα στάδιο, ενώ πολύπλοκες αυτές που πραγµατοποιούνται σε δύο ή περισσότερα στάδια. Θεωρία συγκρούσεων: Τα σωµατίδια των αντιδρώντων (άτοµα, µόρια ή ιόντα) για να αντιδράσουν µεταξύ τους θα πρέπει να συγκρουστούν αποτελεσµατικά. Για να είναι µία συγκρουση αποτελεσµατική πρέπει τα σωµατίδια να έχουν τον κατάλληλο προσανατολισµό και µία ελάχιστη τιµή ενέργειας η οποία ονοµάζεται ενέργεια ενεργοποίησης (Ε α ). Κατά τη διάρκεια µίας αντίδρασης πραγµατοποιείται ένας τεράστιος αριθµός συγκρούσεων. Από αυτές, ένας πολύ µικρός αριθµός δίνει προϊόντα, αποτελεσµατικές συγκρούσεις, ενώ οι υπόλοιπες, µη αποτελεσµατικές συγκρούσεις, δεν δίνουν προϊόντα.

2 116. Είναι προφανές ότι όσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων, τόσο µεγαλύτερη είναι και η ταχύτητα µίας αντίδρασης. Παρατήρηση: Στις αποτελεσµατικές συγκρούσεις σπάνε οι αρχικοί δεσµοί µεταξύ των σωµατιδίων των αντιδρώντων και δηµιουργούνται νέοι µεταξύ των σωµατιδίων των προϊόντων. Θεωρία µεταβατικής κατάστασης: Κατά τη σύγκρουση των σωµατιδίων των αντιδρώντων δηµιουργείται ένα ασταθές ενδιάµεσο προϊόν, το οποίο ονοµάζεται ενεργοποιηµένο σύµπλοκο το οποίο απορροφά την ενέργεια ενεργοποίησης. Σε όλες τις αντιδράσεις, ενδόθερµες ή εξώθερµες, το ενεργοποιηµένο σύµπλοκο έχει µεγαλύτερη ενέργεια απο τα αντιδρώντα και τα προϊόντα. Παρακάτω φαίνονται τα ενεργειακά διαγράµµατα µίας εξώθερµης και µίας ενδόθερµης αντίδρασης, σύµφωνα µε τη θεωρία της µεταβατικής κατάστασης: Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης: Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα µίας αντίδρασης είναι αυτοί που µεταβάλουν το ρυθµό µε τον οποίο πραγµατοποιούνται οι αποτελεσµατικές συγκρούσεις. ηλαδή: α. η συγκέντρωση των αντιδρώντων. β. η πίεση. γ. η επιφάνεια επαφής των στερεών. δ. η θερµοκρασία. ε. οι ακτινοβολίες. ζ. οι καταλύτες. α. Συγκέντρωση των αντιδρώντων: Όσο µεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των αντιδρώντων, τόσο µεγαλύτερος είναι και ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων που πραγµατοποιούνται. Συνεπώς, αύξηση της συγκέντρωσης προκαλεί αύξηση της ταχύτητας.

3 117. Παρατήρηση: Σε µία αντίδραση, µε την πάροδο του χρόνου, η συγκέντρωση των αντιδρώντων ελαττώνεται, µε αποτέλεσµα τη µείωση της ταχύτητας της αντίδρασης. β. Πίεση: Η τιµή της πίεσης επηρεάζει τη ταχύτητα µίας αντίδρασης µόνο όταν µεταξύ των αντιδρώντων υπάρχουν αέρια. Αύξηση της πίεσης µε ελάττωση του όγκου προκαλεί αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ταχύτητα της αντίδρασης. Συνεπώς, σε µία αντίδραση που συµµετέχουν αέρια, αύξηση της πίεσης προκαλεί αύξηση της ταχύτητας. γ. Επιφάνεια επαφής των στερεών: Τα στερεά σώµατα συµµετέχουν σε µία αντίδραση µόνο µε την επιφάνειά τους, η οποία εξαρτάται από το βαθµό κατάτµισης του στερεού. Για ορισµένη ποσότητα στερεού, όσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός κατάτµισης τόσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων, άρα και η ταχύτητα της αντίδρασης. Συνεπώς, σε µία αντίδραση που συµµετέχουν στερεά, αύξηση του βαθµού κατάτµισης του στερεού προκαλεί αύξηση της ταχύτητας. δ. Θερµοκρασία: Όσο µεγαλύτερη είναι η θερµοκρασία ενός σώµατος τόσο περισσότερα είναι τα σωµατίδιά του που έχουν κινητική ενέργεια µεγαλύτερη από την ενέργεια ενεργοποίησης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα η αύξηση της θερµοκρασίας σε µία αντίδραση να αυξάνει τον αριθµό των αποτελεσµατικών συγκρούσεων. Συνεπώς, αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της ταχύτητας. Παρατήρηση: α. Η αύξηση της θερµοκρασίας µεγαλώνει τη ταχύτητα και των ενδόθερµων και των εξώθερµων αντιδράσεων. β. Έχει βρεθεί πειραµατικά ότι αύξηση της θερµοκρασίας κατά 10 ο C προκαλεί γενικά διπλασιασµό της ταχύτητας µίας αντίδρασης. ε. Ακτινοβολίες: Σε ορισµένες αντιδράσεις οι ακτινοβολίες προκαλούν µοριακές µεταβολές στα αντιδρώντα µε αποτέλεσµα να αλλάζει ο µηχανισµός της αντίδρασης και να αυξάνει η ταχύτητά της. Άλλες φορές η ενέργεια που µεταφέρουν οι ακτινοβολίες απορροφάται από τα σωµατίδια των αντιδρώντων, µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η κινητική τους ενέργεια, άρα ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων και η ταχύτητα της αντίδρασης.

4 118. ζ. Καταλύτες: Καταλύτες ονοµάζονται τα σώµατα που µε τη παρουσία τους σε µικρά ποσά αυξάνουν τη ταχύτητα µίας αντίδρασης, ενώ στο τέλος της αντίδρασης παραµένουν ουσιαστικά αµετάβλητα, τόσο ποιοτικά (δηλαδή στη χηµική τους σύσταση) όσο και ποσοτικά (δηλαδή στη µάζα τους). Οµογενής κατάλυση: Μία κατάλυση ονοµάζεται οµογενής όταν ο καταλύτης και τα αντιδρώντα σώµατα βρίσκονται στην ίδια φάση. Παράδειγµα: Η οξείδωση µονοξειδίου του άνθρακα (CO) προς διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) καταλύεται από υδρατµούς (Η 2 Ο (g) ): 1 HO 2 (g) CO (g) + O2(g) CO2(g) 2 Ετερογενής κατάλυση: Μία κατάλυση ονοµάζεται ετερογενής όταν ο καταλύτης και τα αντιδρώντα σώµατα βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. Παράδειγµα: Η αντίδραση αιθενίου (C 2 H 4 ) µε υδρογόνο (Η 2 ) προς σχηµατισµό αιθανίου (C 2 H 6 ), καταλύεται από νικέλιο (Νi): Ni C H + H (s) C H 2 4(g) 2(g) 2 6(g) Αυτοκατάλυση: Είναι η περίπτωση στην οποία κάποιο από τα προϊόντα της αντίδρασης δρά ώς καταλύτης. Παράδειγµα: Η οξείδωση του οξαλικού οξέος ((COOH) 2 ) µε υπερµαγκανικό κάλιο (KMnO 4 ) παρουσία θειικού οξέος: 2ΚΜnO 4 + 5(COOH) 2 + 3H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2MnSO CO 2 + 8H 2 O Στην αντίδραση αυτή τα κατιόντα µαγγανίου (Μn 2+ ) δρουν ως καταλύτης. Παρατήρηση: Στις αντιδράσεις στις οποίες παρατηρείται φαινόµενο αυτοκατάλυσης, κάποιες φορές η ταχύτητα της αντίδρασης αυξάνεται µε τη πάροδο του χρόνου. Ένζυµα ή βιοκαταλύτες ή βιοχηµικοί καταλύτες: Πρόκειται για ουσίες που δρούν καταλυτικά σε βιοχηµικές αντιδράσεις. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που έχουν σε σχέση µε άλλους καταλύτες είναι: Πολύπλοκη δοµή, συνήθως είναι µόρια πρωτεϊνικής φύσης µε µεγάλες σχετικές µοριακές µάζες που κυµαίνονται από 10 5 έως Πολύ εξειδικευµένη δράση, συνήθως καταλύουν µία µόνο αντίδραση.

5 119. Επηρεάζονται από το ph και τη θερµοκρασία, τα περισσότερα ένζυµα αδρανοποιούνται σε θερµοκρασίες µεγαλύτερες των 50 ο C. Είναι πολύ πιό αποτελεσµατικά από τους µη βιοχηµικούς καταλύτες. Παρατήρηση: Ουσίες οι οποίες αναστέλουν τη δράση των καταλυτών ονοµάζονται δηλητήρια καταλυτών, π.χ. ΗCN, H 2 S, βαρέα µέταλλα (Pb, Hg). Ερµηνεία της δράσης των καταλυτών: Οι καταλύτες γενικά επεµβαίνουν στο µηχανισµό της αντίδρασης µε τέτοιο τρόπο ώστε να δηµιουργηθεί µία νέα πορεία µε µικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα να αυξάνεται ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων άρα και η ταχύτητα της αντίδρασης. Στο διπλανό σχεδιάγραµµα παρατηρούµε ότι παρουσία καταλύτη, η αντίδραση ακολουθεί την κόκκινη πορεία, µε αποτέλεσµα να ελαττώνεται η ενέργεια ενεργοποίησης και να αυξάνεται η ταχύτητά της. Η δράση των καταλυτών ερµηνεύεται µε τις παρακάτω θεωρίες: Θεωρία των ενδιάµεσων προϊόντων: Σύµφωνα µε τη θεωρία αυτή, η αργή αντίδραση της µορφής: Α + Β ΑΒ παρουσία καταλύτη ακολουθεί ένα άλλο µηχανισµό δύο σταδίων. Στο πρώτο στάδιο ο καταλύτης (Κ) δηµιουργεί ένα ενδιάµεσο προϊόν ΑΚ, ενώ στο δεύτερο δηµιουργήται το τελικό προϊόν ΑΒ και ο καταλύτητς αναγεννάται. ηλαδή: Απουσία καταλύτη: Α + Β ΑΒ (αργή αντίδραση) Παρουσία καταλύτη: Α + Κ ΑΚ (γρήγορη αντίδραση) 1 ο στάδιο ΑΚ + Β ΑΒ + Κ (γρήγορη αντίδραση) 2 ο στάδιο Συνολική αντίδραση: Α + Β ΑΒ Παρατηρούµε ότι ούτε ο καταλύτης, ούτε το ενδιάµεσο προϊόν ΑΚ εµφανίζονται στη χηµική εξίσωση της συνολικής αντίδρασης. Θεωρία προσρόφησης: Η θεωρία αυτή ερµηνεύει το φαινόµενο της κατάλυσης όταν ο καταλύτης είναι στερεός και σε λεπτό διαµερισµό, ενώ τα αντιδρώντα στην αέρια ή στην υγρή φάση. Σύµφωνα µε τη θεωρία αυτή, τα µόρια των αντιδρώντων προσροφώνται στην επιφάνεια του καταλύτη, µε αποτέλεσµα οι δεσµοί µεταξύ των µορίων των αντιδρώντων να εξασθενούν και να αυξάνεται η συγκέντρωση των αντιδρώντων στο χώρο, γύρω από την επιφάνεια του καταλύτη. Αποτέλεσµα των παραπάνω είναι η αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης.

6 120. Να σηµειώσουµε ότι η καταλυτική δράση δεν παρατηρείται σε όλη τη µάζα του καταλύτη, αλλά µόνο σε ένα πολύ µικρό αριθµό σηµείων που ονοµάζονται ενεργά κέντρα του καταλύτη. Παράδειγµα: Η αντίδραση προσθήκης υδρογόνου στο αιθένιο καταλύεται από νικέλιο: Ni C H + H (s) C H 2 4(g) 2(g) 2 6(g) Σύµφωνα µε τη θεωρία της προσρόφησης, τα µόρια του αιθενίου και του υδρογόνου προσροφώνται στην επιφάνεια του νικελίου, µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ταχύτητα της αντίδρασης. Παρατήρηση: Αν µία αντίδραση γίνεται παρουσία ουσίας, η οποία δηµιουργεί νέα πορεία µε µεγαλύτερη ενέργεια ενεργοποίησης από αυτή που έχει η αντίδραση χωρίς την παρουσία της, τότε το σύστηµα δεν ακολουθεί τη νέα πορεία αλλά αυτή µε τη µικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης. Συνεπώς, δεν υπάρχουν αρνητικοί καταλύτες. Νόµος ταχύτητας: Για κάθε χηµική αντίδραση υπάρχει µία µαθηµατική έκφραση, που προσδιορίζεται πειραµατικά, η οποία συσχετίζει τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων σωµάτων µε τη ταχύτητα της αντίδρασης. Η έκφραση αυτή ονοµάζεται νόµος της ταχύτητας της αντίδρασης. Έστω µία αντίδραση της γενικής µορφής: αα + ββ γγ + δ. Ο νόµος της ταχύτητας για την αντίδραση αυτή είναι: υ = k[a] x [B] ψ Όπου k: Η σταθερά της ταχύτητας. [Α], [Β]: Οι συγκεντρώσεις των Α, Β σε Μ ή mol/l. x, ψ: Αριθµοί οι οποίοι προσδιορίζονται πειραµατικά. Σταθερά ταχύτητας (k): H σταθερά ταχύτητας µίας αντίδρασης προσδιορίζεται πειραµατικά και εξαρτάται από τη θερµοκρασία και τη φύση των αντιδρώντων. Από τη σχέση υ = k[a] x [B] ψ υ προκύπτει ότι: k = [A] x[b] ψ Συνεπώς, η σταθερά της ταχύτητας εκφράζει την ταχύτητα της αντίδρασης, αν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων είναι ίσες µε 1 Μ. Οι µονάδες της σταθεράς k είναι Μ 1 (x + ψ) s 1 ηλαδή, εξαρτώνται άµεσα από τις τιµές των x, ψ. Τάξη αντίδρασης: Το αθροισµα x + ψ χαρακτηρίζεται ως ολική τάξη της αντίδρασης, ενώ το x τάξη της αντίδρασης ως προς το Α και το ψ τάξη της αντίδρασης ως προς το Β.

7 121. Στις απλές αντιδράσεις, οι τιµές των x, ψ ταυτίζονται µε τους συντελεστές των Α, Β στη χηµική εξίσωση, δηλαδή: x = α και ψ = β Αντίθετα, όταν x α ή ψ β, η αντίδραση είναι πολύπλοκη. Παρατήρηση: Να υπενθυµίσουµε ότι απλές ή στοιχειώδεις ονοµάζονται οι αντιδράσεις που πραγ- µατοποιούνται σε ένα στάδιο ενώ πολύπλοκες αυτές που πραγµατοποιούνται σε δύο ή περισσότερα στάδια. Σε πολύπλοκες αντιδράσεις, το στάδιο που καθορίζει το νόµο της ταχύτητας είναι αυτό µε τη µικρότερη ταχύτητα, δηλαδή το βραδύτερο. Παράδειγµα: α. Ο νόµος της ταχύτητας για την απλή αντίδραση ΝΟ (g) + O 3(g) NO 2(g) + O 2(g) είναι: υ = k[no][o 3 ] ηλαδή η αντίδραση είναι δεύτερης τάξης. β. Η πολύπλοκη αντίδραση NO 2(g) + CO (g) NO (g) + CO 2(g) βρέθηκε ότι πραγµατοποιείται σε δύο στάδια: 1 ο στάδιο: 2NO 2(g) NO 3(g) + ΝO (g) (αργή αντίδραση) 2 ο στάδιο: NO 3(g) + CO (g) NO 2(g) + CO 2(g) (γρήγορη αντίδραση) Το πρώτο στάδιο είναι βραδύτερο, συνεπώς, αυτό θα καθορίζει το νόµο της ταχύτητας, ο οποίος θα είναι: υ = k[no 2 ] 2 ηλαδή, η ολική τάξη της αντίδρασης είναι 2 ενώ η αντίδραση είναι δεύτερης τάξης ως προς το NO 2 και µηδενικής ως προς το CO. Παρατήρηση: α. Οι τιµές των x, ψ, ισχύουν µόνο για τις πειραµατικές συνθήκες κάτω από τις οποίες έγινε ο προσδιορισµός τους. β. Τα x, ψ, παίρνουν συνήθως τιµές 0, 1, 2, 3... χωρίς να αποκλείονται όµως κλασµατικοί και αρνητικοί αριθµοί. γ. Σε ετερογενείς αντιδράσεις, τα στερεά και τα καθαρά υγρά παραλείπονται από την έκφραση του νόµου της ταχύτητας, γιατί η συγκέντρωσή τους είναι ανάλογη της πυκνότητάς τους και διατηρείται σταθερή: n m/mr ρ c = = = V V V π.χ. Ο νόµος της ταχύτητας για τις απλές αντιδράσεις: α. C (s) + O 2(g) CO 2(g) είναι: υ = k[ο 2 ] (Ο άνθρακας παραλείπεται γιατί είναι στερεό) β. Η 2(g) + S (l) H 2 S (g) είναι: υ = k[h 2 ] (Το θείο παραλείπεται γιατί είναι υγρό)

8 122. Β. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Κατηγορία Μέθοδος 1 Ασκήσεις υπολογισµού του νόµου της ταχύτητας και της σταθεράς ταχύτητας µίας αντίδρασης, µε τη βοήθεια πειραµατικών δεδοµένων: Για όλες τις αντιδράσεις, η γενική µορφή του νόµου της ταχύτητας είναι: υ = k[a] x [B] ψ Ο υπολογισµός των τιµών των x, ψ, k, γίνεται µε την εφαρµογή του νόµου της ταχύτητας για κάθε πείραµα ξεχωριστά. Θα πρέπει να προσέχουµε τις µονάδες της σταθεράς k, οι οποίες εξαρτώνται από τις τιµές των x, ψ. Παράδειγµα 1: Σε σταθερή θερµοκρασία πραγµατοποιείται η αντίδραση: 2Α (g) + B (g) + (g) και λαµβάνονται τα πειραµατικά δεδοµένα του παρακάτω πίνακα: α. Να βρείτε το νόµο της ταχύτητας για την αντίδραση. β. Η αντίδραση αυτή είναι απλή ή γίνεται σε στάδια; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Να υπολογίσετε την τιµή της σταθεράς k και να προσδιορίσετε τις µονάδες της. (εξετάσεις 2002) Λύση: α. Ο νόµος της ταχύτητας για τη συγκεκριµένη αντίδραση θα έχει τη µορφή: υ = k[a] x [B] ψ Αντικαθιστούµε τα πειραµατικά αποτελέσµατα του πίνακα στο νόµο της ταχύτητας και προκύπτουν οι παρακάτω εξισώσεις: Πείραµα 1: = k 0,1 x 0,1 ψ (1) Πείραµα 2: = k 0,2 x 0,1 ψ (2) Πείραµα 3: 7, = k 0,1 x 0,05 ψ (3) 15 ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (2) έχουµε: 0,1 1 1 = = άρα x = , 2 2 2x 15 0,1 2 2 ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (3) έχουµε: = ψ = άρα ψ = 1 7,5 0, Συνεπώς, ο νόµος της ταχύτητας για την αντίδραση είναι: υ = k[α][β] x ψ

9 123. β. Από το νόµο της ταχύτητας για την αντίδραση έχουµε ότι η τάξη της αντίδρασης ως προς το Α είναι 1. Όµως, ο συντελεστής του Α στη χηµική εξίσωση της αντίδρασης είναι 2. ηλαδή, ο συντελεστής της χηµικής εξίσωσης δεν ταυτίζεται µε τον εκθέτη του νόµου της ταχύτητας. Άρα, η αντίδραση πραγµατοποιείται σε στάδια. Ένας πιθανός µηχανισµός της αντίδρασης είναι: 1 ο στάδιο: Α (g) + Β (g) ΑΒ (g) (αργή αντίδραση) 2 ο στάδιο: ΑΒ (g) + Α (g) + (g) (γρήγορη αντίδραση) γ. Εφόσον x = 1 και ψ = 1, ο νόµος της ταχύτητας για το πείραµα 1 είναι: mol L 1 s mol L 1 s 1 1 = k 0,1 mol L 1 0,1 mol L 1 k = 0,10,1molL moll Οπότε, k = mol 1 L s 1 1 Κατηγορία Μέθοδος 2 Ασκήσεις που αναφέρονται σε απλές αντιδράσεις: Όταν στην εκφώνηση της άσκησης αναφέρεται ότι η αντίδραση είναι απλή, δηλαδή γίνεται σε ένα στάδιο, οι εκθέτες των συγκεντρώσεων στο νόµο της ταχύτητας είναι ίσοι µε τους συντελεστές των αντίστοιχων σωµάτων στη χηµική εξίσωση που περιγράφει την αντίδραση. Συνεπώς, για µία απλή αντίδραση µε γενική εξίσωση αα + ββ γγ + δ ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[a] α [B] β Παράδειγµα 2: Η αντίδραση 2Α (g) + B (g), γίνεται σε ένα µόνο στάδιο. Σε δοχείο όγκου 1 L τοποθετούµε 3 mol A και 2 mol B. Να υπολογιστεί η ταχύτητα της αντίδρασης σε σχέση µε την αρχική, όταν η συγκέντρωση του Γ γίνει 1 Μ. Λύση: Χρησιµοποιώντας τη σχέση c = n / V υπολογίζουµε τις αρχικές συγκεντρώσεις των Α, Β: [Α] αρχ. = 3Μ και [Β] αρχ. = 2Μ Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι µεταβολές των συγκεντρώσεων των Α, Β, Γ µέχρι η συγκέντρωση του Γ να γίνει 1Μ (τελικά): Η τελική συγκέντρωση του Γ πρέπει να είναι 1Μ, συνεπώς x = 1.

10 124. Οι συγκεντρώσεις των Α, Β όταν [Γ] = 1Μ θα είναι: [Α] τελ. = (3-2x)Μ = 1M και [Β] τελ. = (2 - x)μ = 1M Η αντίδραση είναι απλή, συνεπώς ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[a] 2 [B] Εφαρµόζουµε το νόµο της ταχύτητας για την αρχική και τη τελική κατάσταση: υ αρχ. = k[a] 2 αρχ. [B] αρχ. οπότε υ αρχ. = k 32 2 υ αρχ. = 18k (1) υ τελ. = k[a] 2 τελ. [B] τελ. οπότε υ τελ. = k 12 1 υ τελ. = k (2) ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (2) έχουµε: υαρχ. 18 υαρχ. = υ τελ. = υ 1 18 τελ. Κατηγορία Μέθοδος 3 Ασκήσεις όπου δίνεται η µεταβολή της ταχύτητας της αντίδρασης όταν µεταβάλλονται οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων: Εφαρµόζουµε τη γενική µορφή του νόµου της ταχύτητας της αντίδρασης για κάθε µεταβολή που περιγράφει η άσκηση. ιαιρώντας κατά µέλη τις σχέσεις που προκύπτουν υπολογίζουµε την τάξη της αντίδρασης ως προς κάθε αντιδρών. Αν ζητείται και ο µηχανισµός της αντίδρασης, φροντίζουµε ώστε ο µηχανισµός που θα γράψουµε να συµφωνεί µε τη συνολική αντίδραση και να επαληθεύει το νόµο της ταχύτητας. Παράδειγµα 3: Tα αέρια Α και Β αντιδρούν µεταξύ τους σύµφωνα µε την αντίδραση Α (g) + 2Β (g) + (g). Βρέθηκε πειραµατικά ότι: Η αρχική ταχύτητα τετραπλασιάζεται, αν η [Β] τετραπλασιαστεί και η [Α] παραµείνει σταθερή. Η αρχική ταχύτητα δε µεταβάλλεται, αν η [Β] διατηρηθεί σταθερή και η [Α] διπλασιαστεί. α. Ποιος ο νόµος της ταχύτητας και η τάξη της αντίδρασης; β. Να προτείνετε ένα πιθανό µηχανισµό για την αντίδραση, αν υποθέσουµε ότι γίνεται σε τρία στάδια. γ. Πόσες φορές µικρότερη θα είναι η αρχική ταχύτητα, αν η αντίδραση γίνει σε δοχείο τριπλάσιου όγκου; Λύση: α. Έστω ότι οι αρχικές συγκεντρώσεις των Α, Β είναι [Α], [Β] αντίστοιχα. Ο νόµος της ταχύτητας για την αντίδραση θα είναι της µορφής: υ = k[a] x [B] ψ. (1) Από τα δεδοµένα της άσκησης έχουµε ότι: Όταν [Β] = 4[Β] και [Α] = [Α], τότε υ = 4υ. Άρα: 4υ = k[a] x (4[B]) ψ (2) Όταν [Β] = [Β] και [Α] = 2[Α], τότε υ = υ. Άρα: υ = k(2[a]) x [B] ψ (3) ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (2) έχουµε:

11 = 4ψ = 4 άρα ψ = 1 4 4ψ ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (3) έχουµε: 1 1 = 2x = 1 άρα x = 0 1 2x Συνεπώς ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[b] β. Ο µηχανισµός της αντίδρασης θα πρέπει να επαληθεύει τη συνολική αντίδραση και να υπακούει στο νόµο της ταχύτητας. ηλαδή, στο βραδύτερο στάδιο να µή συµµετέχει το Α και ο συντελεστής του Β να είναι 1. Ένας πιθανός µηχανισµός της αντίδρασης είναι: 1 ο στάδιο: Β (g) + Ε (αργή αντίδραση) 2 ο στάδιο: Ε + Β (g) Ζ (γρήγορη αντίδραση) 3 ο στάδιο: Ζ + Α (g) (g) (γρήγορη αντίδραση) β. Η συγκέντρωση υπολογίζεται από τη σχέση: c = n / V. Άρα αν τριπλασιάσουµε τον όγκο του δοχείου (V ν = 3V) η συγκέντρωση του Β θα υποτριπλασιαστεί ([B] ν = [B]/3). Εποµένως: υ ν = k[β] ν = k[b]/3 = υ/3 Συνεπώς η ταχύτητα υποτριπλασιάζεται. Κατηγορία Μέθοδος 4 Ασκήσεις όπου δίνεται ο µηχανισµός µίας πολύπλοκης αντίδρασης: Όταν γνωρίζουµε το µηχανισµό µίας πολύπλοκης αντίδρασης τότε µπορούµε εύκολα να γράψουµε το νόµο της ταχύτητας για τη συγκεκριµένη αντίδραση µε βάση το βραδύτερο στάδιο. Παράδειγµα 4: Αναµιγνύουµε 400 ml υδατικού διαλύµατος ( 1 ) ουσίας Α συγκέντρωσης 1Μ, µε 400 ml υδατικού διαλύµατος ( 2 ) ουσίας Β συγκέντρωσης 0,4Μ. Στο διάλυµα ( ) που προκύπτει πραγµατοποιείται η αντίδραση 4Α (aq) + 2B (aq) 3Γ (aq) + (aq), µε αρχική ταχύτητα Μ/s. Αν η αντίδραση πραγµατοποιείται µε τον παρακάτω µηχανισµό: 1 ο στάδιο: 2Α (aq) + B (aq) Α 2 Β (aq) (αργή αντίδραση) 2 ο στάδιο: Α 2 Β (aq) + Β (aq) Ε (aq) (γρήγορη αντίδραση) 3 ο στάδιο: Ε (aq) + 2Α (aq) 3Γ (aq) + (aq) (γρήγορη αντίδραση) Να υπολογίσετε: α. Τη σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης. β. Την ταχύτητα της αντίδρασης όταν η συγκέντρωση του Γ είναι 0,15 Μ.

12 126. Λύση: Αρχικά θα υπολογίσουµε τα mol των Α, Β στα διαλύµατα 1 και 2 αντίστοιχα. ιάλυµα 1 : n A = c 1 V 1 = 1M 0,4L = 0,4 mol ιάλυµα 2 : n B = c 2 V 2 = 0,4M 0,4L = 0,16 mol Το διάλυµα που προκύπτει έχει όγκο: V = V 1 + V 2 = 0,4L + 0,4L = 0,8L Οι αρχικές συγκεντρώσεις στο διάλυµα είναι: na 0, 4mol nβ 0,16mol [A] αρχ. = = = 0,5M και [Β] αρχ. = = = 0, 2M V 0,8L V 0,8L α. Το στάδιο της αντίδρασης που καθορίζει το νόµο της ταχύτητας είναι το πρώτο. Άρα ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[a] 2 [B] Εφαρµόζουµε το νόµο για την αρχική ταχύτητα της αντίδρασης: υ αρχ. = k[a] 2 αρχ. [B] αρχ. οπότε: Μ/s = k (0,5M) M / s 0,2M k = k=5 10-4M-2s-1 0,05M3 β. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι µεταβολές των συγκεντρώσεων των ουσιών που συµµετέχουν στην αντίδραση µέχρι η συγκέντρωση του Γ να γίνει ίση µε 0,15Μ: Η συγκέντρωση του Γ είναι 0,15Μ άρα: 3xM = 0,15 x = 0,05 Οι συγκεντρώσεις των Α, Β τη συγκεκριµµένη χρονική στιγµή θα είναι: [Α] = (0,5 4x)M = (0,5 4 0,05)M = 0,3M [B] = (0,16 2x)M = (0,16 2 0,05)M = 0,06M Εφαρµόζοντας το νόµο της ταχύτητας έχουµε υ = k[a] 2[Β] οπότε: υ = Μ 2 s 1 (0,3M) 2 0,06M = 0, M/s

13 127. Γ. ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Στην απλή αντίδραση Α (g) + Β (g), αν οι συγκεντρώσεις των Α και Β διπλασιαστούν, η ταχύτητα της αντίδρασης: α. Θα µειωθεί στο µισό της αρχικής. β. Θα τετραπλασιαστεί. γ. Θα διπλασιαστεί. δ. ε θα µεταβληθεί. (εξετάσεις 1999) Λύση: Η αντίδραση είναι απλή, άρα ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[a][b] Αν οι συγκεντρώσεις των Α, Β διπλασιαστουν, δηλαδή [Α] = 2[Α] και [Β] = 2[Β], η νέα ταχύτητα της αντίδρασης είναι: υ = k[α] [Β] = k2[a]2[b] = 4k[A][B] = 4υ Συνεπώς, αν διπλασιαστουν οι συγκεντρώσεις των Α και Β, η ταχύτητα θα τετραπλασιαστεί. (απάντηση β.) 2. Για τη χηµική αντίδραση Α (g) + Β (s) δίνεται το διάγραµµα συγκέντρωσης - χρόνου (διπλανό σχήµα). α. Σε ποιο από τα σώµατα της αντίδρασης αντιστοιχεί η καµπύλη (2); Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β. Ποια από τις καµπύλες (1) ή (3) αντιστοιχεί στο ίδιο σώµα, αν η αντίδραση πραγµατοποιηθεί παρουσία καταλύτη; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (εξετάσεις 2000) Λύση: α. Από τη καµπύλη (2) παρατηρούµε ότι η συγκέντρωση του σώµατος ελαττώνεται µε τη πάροδο του χρόνου. Άρα το σώµα είναι αντιδρών. Από τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης έχουµε ότι το Α είναι αέριο ενώ το Β είναι στερεό. Στα στερεά σώµατα όµως η συγκέντρωση παραµένει σταθερή, γιατί εξαρτάται µόνο από τη πυκνότητα του στερεού. Άρα η καµπύλη (2) αντιστοιχεί στο σώµα Α. β. Αν η αντίδραση πραγµατοποιηθεί παρουσία καταλύτη, η ταχύτητά της θα αυξηθεί µε αποτέλεσµα η συγκέντρωση του Α να µηδενιστεί σε µικρότερο χρόνικό διάστηµα. Συνεπώς, αν η αντίδραση πραγµατοποιηθεί παρουσία καταλύτη, η µεταβολή της συγκέντρωσης του Α µε το χρόνο θα δίνεται από τη καµπύλη (1). 3. Όταν η ταχύτητα της αντίδρασης αα + ββ γγ + δ εκφράζεται σε mol L 1 s 1 η σταθερά της ταχύτητας k έχει µονάδα µέτρησης mol 1 L s 1. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;

14 128. Λύση: εν γνωρίζουµε αν η αντίδραση είναι απλή ή πολύπλοκη. Συνεπώς ο νόµος της ταχύτητας θα έχει τη µορφή: υ = k[a] x [B] ψ υ Από την παραπάνω σχέση προκύπτει: k = [A] x[b] ψ Με τη βοήθεια της τελευταίας σχέσης για τις µονάδες µέτρησης έχουµε: mol L s mol L s mol L s mol L s mol L mol L ηλαδή πρέπει: 1 (x + ψ) = 1 x + ψ = 2. Συνεπώς η αντίδραση είναι 2 ης τάξης = 1 1 = 1 (x+ ψ) (x+ ψ) 1 1 x x ψ ψ 4. Για την αντίδραση Α + Β 2Γ εκτελέσαµε τα ακόλουθα πειράµατα υπό σταθερή θερµοκρασία Τ: Με σταθερή συγκέντρωση του Β υπολογίσαµε τη ταχύτητα της αντίδρασης, για διαφορετικές συγκεντρώσεις του Α. Με σταθερή τη συγκέντρωση του Α υπολογίσαµε τη ταχύτητα της αντίδρασης, για διαφορετικές συγκεντρώσεις του Β. Από τα αποτελέσµατα των µετρήσεων προέκυψαν τα ακόλουθα διαγράµµατα: Με βάση τα παραπάνω διαγράµµατα (1) και (2): α. Να υπολογίσετε την τάξη της αντίδρασης και να γράψετε το νόµο της ταχύτητας. β. Να προτείνετε ένα πιθανό µηχανισµό. Λύση: Ο νόµος της ταχύτητας για την αντίδραση είναι της µορφής: υ = k[a] x [B] ψ α. Από το διάγραµµα (1) έχουµε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης είναι σταθερή για διαφορετικές συγκεντρώσεις του Α. Συνεπώς η ταχύτητα είναι ανεξάρτητη της συγκέντρωσης του Α, δηλαδή στο νόµο της ταχύτητας πρέπει x = 0 (Η αντίδραση είναι µηδενικής τάξης ως προς το Α). Στο διάγραµµα (2) βλέπουµε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του Β. Συνεπώς στο νόµο της ταχύτητας πρέπει ψ = 1 (Η αντίδραση είναι πρώτης τάξης ως προς το Β).

15 129. Άρα, η ολική τάξη της αντίδρασης είναι 1 και ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[b] β. Ο µηχανισµός της αντίδρασης θα πρέπει να επαληθεύει τη συνολική αντίδραση και να υπακούει στο νόµο της ταχύτητας. ηλαδή στο βραδύτερο στάδιο να µη συµµετέχει το Α και ο συντελεστης του Β να είναι 1. Ένας πιθανός µηχανισµός της αντίδρασης είναι: 1 ο στάδιο: Β Ε (αργή αντίδραση) 2 ο στάδιο: Ε +Α Γ (γρήγορη αντίδραση) 5. Στην αντίδραση Α (g) 2Γ (g), το διάγραµµα της συγκέντρωσης του Α σε συνάρτηση µε το χρόνο έχει τη µορφή του διπλανού. Να γράψετε το νόµο της ταχύτητας. Λύση: Ο νόµος της ταχύτητας θα έχει τη γενική µορφή: υ = k[a] x Στο διάγραµµα παρατηρούµε ότι η συγκέντρωση του Α είναι ανάλογη του χρόνου. Συνεπώς η ταχύτητα της αντίδρασης είναι σταθερή. Για να είναι η ταχύτητα της αντίδρασης σταθερή, πρέπει x = 0 Άρα ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k. 6. ίνεται ότι η ταχύτητα µίας αντίδρασης διπλασιάζεται για αύξηση της θερµοκρασίας κατά 10 o C. Αν η ταχύτητα της αντίδρασης στους 30 o C ολοκληρώνεται σε 128 s, να βρείτε τη θερµοκρασία στην οποία θα ολοκληρώνεται σε 4 s. Λύση: Γνωρίζουµε ότι ο χρόνος ολοκλήρωσης µίας αντίδρασης είναι αντιστρόφως ανάλογος της ταχύτητας. Αυτό σηµαίνει ότι αν η ταχύτητα διπλασιαστεί, ο χρόνος ολοκλήρωσης της αντίδρασης υποδιπλασιάζεται. Με δεδοµένο ότι η αντίδραση στους 30 ο C ολοκληρώνεται σε 128 s φτιάχνουµε τον παρακάτω πίνακα στον οποίο φαίνεται η ταχύτητα και ο χρόνος ολοκλήρωσης της αντίδρασης όταν αυξάνουµε σταδιακά τη θερµοκρασία κατά 10 ο C. Από τον παραπάνω πίνακα συµπεραίνουµε ότι όταν γενικά η θερµοκρασία είναι (30 + ν 10) ο C τότε η ταχύτητα της αντίδρασης είναι 2 ν υ και ο χρόνος ολοκλήρωσης 128 / 2 ν s.

16 130. Εµείς θέλουµε ο χρόνος ολοκλήρωσης να είναι 4 s, δηλαδή: 128 / 2 ν = 4 s 2 ν = 128 / 4 2 ν = 32 2 ν = 2 5 άρα ν = 5 Άρα η θερµοκρασία θα είναι: θ = (30 + ν 10) ο C = ( ) ο C = 80 ο C. 7. Σε κενό δοχείο όγκου V L πραγµατοποιείται η απλή αντίδραση Η 2(g) + Ι 2(g) 2ΗΙ (g) σε σταθερή θερµοκρασία. Αν οι αρχικές ποσότητες του Η 2 και του Ι 2 στο δοχείο είναι 0,3 mol και 0,2 mol αντίστοιχα, πόσες φορές θα µειωθεί η ταχύτητα της αντίδρασης όταν θα έχει αντιδράσει η µισή ποσότητα του Ι 2 ; Λύση: Η αντίδραση είναι απλή, άρα ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[η 2 ][Ι 2 ] Οι αρχικές συγκεντρώσεις των αντιδρώντων στο δοχείο είναι: 0,3mol 0,3 [H 2 ] αρχ. = [H 2] αρχ. = M και [I 2 ] αρχ. = 0, 2mol [I 0, 2 2 ] αρχ. = M VL V VL V Άρα η αρχική ταχύτητα είναι: 0,3 0, 2 0,06k υαρχ. = k υαρχ. = (1) V V V2 Στο παρακάτω πίνακα φαίνονται οι µεταβολές στη ποσότητα των αντιδρώντων όταν έχουν αντιδράσει 0,1 mol Ι 2, δηλαδή η µισή ποσότητα Ι 2 : Οι τελικές συγκεντρώσεις των αντιδρώντων στο δοχείο είναι: 0, 2mol 0, 2 [H 2 ] τελ. = [H 2] τελ. = M και [I 2 ] τελ. = 0,1mol [I 0,1 2] τελ. = M VL V VL V Άρα η τελική ταχύτητα είναι: 0, 2 0,1 0, 002k υτελ. = k υαρχ. = (2) V V V2 0,06k υ 2 υ 6 υ ιαιρώντας κατά µέλη τις (1) και (2) έχουµε: = V άρα = υτελ. = υ 0,02k τελ. υτελ. 2 3 V2 Συνεπώς, η ταχύτητα της αντίδρασης υποτριπλασιάζεται. αρχ. αρχ. αρχ.

17 131.. ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ Ερωτήσεις Σύντοµης απάντησης: 1. Ποιες αντιδράσεις χαρακτηρίζονται απλές και ποιες πολύπλοκες; 2. Πότε µία σύγκρουση χαρακτηρίζεται αποτελεσµατική; 3. Τι αποτέλεσµα έχει στη ταχύτητα µίας αντίδρασης η αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων; 4. Πότε η µεταβολή της πίεσης επιρρεάζει τη ταχύτητα µίας αντίδρασης; 5. Τι αποτέλεσµα έχει στη ταχύτητα µίας αντίδρασης η αύξηση της επιφάνειας επαφής ενός στερεού αντιδρώντος; 6. Γιατί η αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της ταχύτητας µίας αντίδρασης; 7. Ποια σώµατα χαρακτηρίζονται καταλύτες; 8. Τι ονοµάζεται οµογενής και τί ετερογενής κατάλυση; ώστε από ένα παράδειγµα. 9. Σε ποια περίπτωση έχουµε το φαινόµενο της αυτοκατάλυσης; 10. Τι είναι τα ένζυµα και ποια είναι τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους σε σχέση µε τους άλλους καταλύτες; 11. Ποιες θεωρίες ερµηνεύουν τη δράση των καταλυτών; 12. Ποια είναι η γενική µορφή του νόµου της ταχύτητας για την αντίδραση: αα + ββ γγ + δ. 13. Τι εκφράζει η σταθερά ταχύτητας k µίας αντίδρασης και από ποιους παράγοντες εξαρτάται; 14. Τι είναι τάξη µίας αντίδρασης; 15. Σε µία πολύπλοκη αντίδραση, ποιο είναι το στάδιο που καθορίζει το νόµο της ταχύτητας; Συµπλήρωσης κενών: 1. Για να είναι µία σύγκρουση... πρέπει τα σωµατίδια που συγκρούονται να έχουν τον κατάλληλο... και µία ελάχιστη τιµή ενέργειας η οποία ονοµάζεται Κατά τη συγκρουση των σωµατιδίων των αντιδρώντων δηµιουργείται ένα ασταθές ενδιά- µεσο προϊόν, το οποίο ονοµάζεται που απορροφά την Η ταχύτητα µίας αντίδρασης µειώνεται όταν... τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Η τιµή της πίεσης επηρεάζει τη ταχύτητα µίας αντίδρασης µόνο όταν µεταξύ των αντιδρώντων υπάρχουν... Όταν κάποιο από τα αντιδρώντα σώµατα είναι στερεό και αυξήσουµε το βαθµό κατάτµισής του, η ταχύτητα της αντίδρασης...

18 Καταλύτες ονοµάζονται τα σώµατα που αυξάνουν την... µίας αντίδρασης. Η δράση ενός καταλύτη ερµηνεύεται µε τη θεωρία των ή µε τη θεωρία Η σταθερά ταχύτητας k µίας αντίδρασης είναι... µε την ταχύτητα µε την οποία πραγµατοποιείται µία αντίδραση όταν οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων είναι ίσες µε Η απλή αντίδραση 2Α (g) + B (g) είναι... τάξης ως προς το Α και... τάξης ως προς το Β, ενώ η ολική της τάξη είναι Απλές ή... ονοµάζονται οι αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται σε ένα..., ενώ... αυτές που πραγµατοποιούνται σε δύο ή περισσότερα... Σωστό - Λάθος: Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες λάθος (Λ); 1. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι ίση µε τη µεταβολή της ενθαλπίας µίας αντίδρασης. ( ) 2. Η µεταβολή της πίεσης επηρεάζει τη ταχύτητα όλων των αντιδράσεων. ( ) 3. Αν αυξήσουµε τη θερµοκρασία στην οποία πραγµατοποιείται µία αντίδραση ελαττώνεται η ενέργεια ενεργοποίησης. ( ) 4. Η αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της ταχύτητας και στις ενδόθερµες και στις εξώθερµες αντιδράσεις. ( ) 5. Τα ένζυµα έχουν εξειδικευµένη δράση. ( ) 6. Η δράση των ενζύµων είναι πιο αποτελεσµατική όταν η θερµοκρασία είναι µεγαλύτερη από 50 o C. ( ) 7. Στην αντίδραση προσθήκης υδρογόνου στο αιθένιο, η καταλυτική δράση του νικελίου, ερµηνεύεται µε τη θεωρία της προσρόφησης. ( ) 8. Ο νόµος της ταχύτητας για την αντίδραση αα + ββ γγ + δ έχει πάντα τη µορφή: υ = k[a] α [Β] β. ( ) 9. Σε όλες τις αντιδράσεις το άθροισµα των συντελεστών είναι ίσο µε την ολική τάξη της αντίδρασης. ( ) 10. Ο νόµος της ταχύτητας µίας αντίδρασης προσδιορίζεται πειραµατικά. ( ) 11. Η σταθερά της ταχύτητας µίας αντίδρασης εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων και τη θερµοκρασία. ( ) 12. Η απλή αντίδραση C (s) + O 2(g) CO 2(g) είναι δεύτερης τάξης. ( )

19 Σε αντιδράσεις που γίνονται σε στάδια, το βραδύτερο είναι αυτό που καθορίζει το νόµο της ταχύτητας. ( ) 14. Σε αντιδράσεις µηδενικής τάξης, η ταχύτητα είναι σταθερή. ( ) 15. Τα στερεά και τα υγρά σώµατα παραλείπονται από την έκφραση του νόµου της ταχύτητας. ( ) Πολλαπλής επιλογής: 1. Η αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης γιατί: α. ελαττώνεται η ενέργεια ενεργοποίησης β. αυξάνεται η συνολική ενέργεια των µορίων γ. αλλάζει ο µηχανισµός της αντίδρασης δ. αυξάνεται ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων στη µονάδα του χρόνου 2. Η τιµή της πίεσης επηρεάζει τη ταχύτητα της αντίδρασης όταν: α. η αντίδραση είναι απλή β. όλα τα αντιδρώντα είναι αέρια γ. κάποιο από τα αντιδρώντα είναι αέριο δ. η αντίδραση είναι πολύπλοκη 3. Η µεταβολή της θερµοκρασίας επηρεάζει τη ταχύτητα: α. όταν η αντίδραση είναι εξώθερµη β. όταν η αντίδραση είναι ενδόθερµη γ. σε όλες τις αντιδράσεις δ. όταν αλλάζει ο µηχανισµός αντίδρασης 4. Ο νόµος της ταχύτητας για την απλή αντίδραση 2Α (g) + 3B (g) είναι: α. υ = k[a] 2 [B] 3 β. υ = k[a][b] γ. υ = k[a][b] 3 δ. υ = k[a] 2 [B] 3 [Γ] 5. Ο νόµος της ταχύτητας για την απλή αντίδραση Α (s) + 2B (g) είναι: α. υ = k[a][b] 2 β. υ = k[a] γ. υ = k[b] 2 δ. υ = k 6. Ο νόµος της ταχύτητας για µία αντίδραση µηδενικής τάξης είναι: α. υ = k[a] x [B] ψ β. υ = k[a][β] γ. υ = k[b] δ. υ = k 7. Οι µονάδες της σταθεράς ταχύτητας σε µία αντίδραση 3 ης τάξης είναι: α. s 1 β. mol 1 L s 1 γ. mol 2 L 2 s 1 δ. mol s 1 8. Αν η συγκέντρωση του αντιδρώντος σώµατος Α διπλασιαστεί σε µία αντίδραση που είναι τρίτης τάξης ως προς το Α, ενώ οι συγκεντρώσεις των υπόλοιπων αντιδρώντων και η θερµοκρασία παραµείνουν σταθερές, η ταχύτητα της αντίδρασης θα: α. διπλασιαστεί β. οκταπλασιαστεί γ. τετραπλασιαστεί δ. µείνει αµετάβλητη 9. Σε δοχείο σταθερού όγκου πραγµατοποιείται η απλή αντίδραση Α (s) + 2B (g). Αν διατηρώντας σταθερή τη θερµοκρασία, διπλασιάσουµε τις ποσότητες των Α, Β στο δοχείο, η σταθερά της ταχύτητας k θα: α. τετραπλασιασττεί β. µείνει αµετάβλητη γ. τετραπλασιαστεί δ. υποδιπλασιαστεί

20 Η ταχύτητα της αντίδρασης που περιγράφεται από τη χηµική εξίσωση Α (s) + 2B (g), αυξάνει όταν: α. αυξηθεί η συγκέντρωση του Α β. ελαττωθεί η συγκέντρωση του Β γ. ελαττωθεί η συγκέντρωση του Γ δ. αυξηθεί η θερµοκρασία (εξετάσεις 2000) 11. Οι καταλύτες αυξάνουν τη ταχύτητα µίας αντίδρασης επειδή: α. αυξάνουν την ενέργεια ενεργοποίησης β. αυξάνουν την απόδοση της αντίδρασης γ. µειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης δ. µειώνουν τον αριθµό αποτελεσµατικών συγκρούσεων των µορίων (εξετάσεις 2001) 12. Η ταχύτητα της χηµικής αντίδρασης µεταξύ ενός υγρού και ενός στερεού σώµατος: α. αυξάνεται όταν αυξηθεί η πίεση β.αυξάνεται όταν αυξηθεί η επιφάνεια του στερεού γ. µειώνεται όταν αυξηθεί η θερµοκρασία δ. αυξάνεται όταν µειωθεί η επιφάνεια του στερεού (εξετάσεις 2002) Αντιστοίχισης: 1. Να αντιστοιχίσετε τις τάξεις της αντίδρασης της στήλης Α µε τις µονάδες της σταθεράς της ταχύτητας της στήλης Β. Στήλη Α 1. µηδενική 2. πρώτη 3. δεύτερη 4. τρίτη Στήλη Β α. mol 2 L 2 s 1 β. s 1 γ. mol L 1 s 1 δ. mol 1 L s 1 2. Να αντιστοιχίσετε την κάθε µεταβολή που περιγράφεται στη στήλη Α µε µε ένα µόνο από τα αποτελέσµατά της που περιγράφεται στη στήλη Β. Στήλη Α 1. αύξηση θερµοκρασίας 2. προσθήκη αντιδρώντος 3. προσθήκη προϊόντος 4. προσθήκή καταλύτη Στήλη Β α. καµία µεταβολή στη ταχύτητα β. αύξηση κινητικής ενέργειας µορίων γ. αύξηση ταχύτητας δ. ελάττωση της ενέργειας ενεργοποίησης

21 135. Ασκήσεις - Προβλήµατα 1. ίνεται η αντίδραση 2Α (g) + 2Β (g) + 2 (g). Η ταχύτητα της αντίδρασης προσδιορίστηκε πειραµατικά στους 1000 Κ µε διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις Α και Β, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Πείραµα Αρχικές συγκεντρώσεις 1 1 [A](mol L ) [ Β](mol L ) Αρχική ταχύτητα 1 1 υ (mol L s ) 2, , , ,92 10 α. Να βρεθεί ο νόµος της ταχύτητας και η τάξη της αντίδρασης β. Να υπολογίσετε την αριθµητική τιµή της σταθεράς ταχύτητας καθώς και τις µονάδες της. (Απ. α. υ = k[a][b] 2, 3 ης τάξης, β L 2 mol 2 s 1 ) 2. Σε κενό δοχείο εισάγονται 6 mol σώµατος Α και 5 mol σώµατος Β. ιατηρώντας σταθερή την θερµοκρασία και τον όγκο, πραγµατοποιείται η απλή αντίδραση: Α (g) + Β (g) 2 Γ (g), Η = 100 KJ α. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης; Ποιες µονάδες έχει η σταθερά ταχύτηταs k ; β. Τη χρονική στιγµή t 1 έχουν σχηµατιστεί 6mol από το σώµα Γ. Να υπολογίσετε τον λόγο της αρχικής ταχύτητας της αντίδρασης προς την ταχύτητα τη στιγµή t 1. γ. Να υπολογίσετε το ποσό θερµότητας που έχει ελευθερωθεί µέχρι τη στιγµή t 1. (Απ. α. 2ης τάξης, L mol -1 s -1. β. 5:1 γ. 300 ΚJ) 3. Για την αντίδραση 2 Α (g) + Β (g) 2 Γ (g), υπάρχουν τα ακόλουθα πειραµατικά αποτελέσµατα στους 50 ο C: Πείραµα Αρχικές συγκεντρώσεις 1 [A](mol L ) 0,1 0,2 0,1 1 [ Β](mol L ) 0,2 0,2 0,4 Αρχική ταχύτητα 1 1 υ (mol L s ) α. Να βρεθεί η τάξη και η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης β. Να προταθεί ένας πιθανός µηχανισµός (Απ. α. 2ης τάξης, 0,05 mol L -1 s -1 )

22 Σε 400 ml δ/τος Η 2 SO 4 1Μ προσθέτουµε 13 g ενός σύρµατος Zn, χωρίς να µεταβληθεί ο όγκος του διαλύµατος και πραγµατοποιείται η αντίδραση: Zn( s) + H2SO4( aq) ZnSO4( aq) + H2( g) που έχει νόµο ταχύτητας υ = k [Η 2 SO 4 ]. H αρχική ταχύτητα της αντίδρασης είναι 10-3 mol. L -1. S -1. α. Ποια είναι η τιµή της σταθεράς ταχύτητας k ; β. Να υπολογισθεί ο όγκος του Η 2 που παράγεται σε πρότυπες συνθήκες (stp) γ. Να γίνει το διάγραµµα της συγκέντρωσης µε τον χρόνο για το Η 2 SO 4 και τον ZnSO 4. ίνεται η σχετική ατοµική µάζα του: Ζn = 65. (Απ. α mol. L -1. S -1, β L) 5. Σε κενό δοχείο όγκου 10 L εισάγονται 62 g ισοµοριακού µίγµατος ΝΟ και Ο 2 οπότε πραγµατοποιείται η αντίδραση: 2ΝO (g) + Ο 2(g) 2ΝΟ 2(g), για την οποία ο νόµος της ταχύτητας είναι υ = k [NO] 2 [O 2 ]. α. Ποια είναι η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης ; β. Ποια θα είναι η ταχύτητα της αντίδρασης τη χρονική στιγµή που θα έχουν σχηµατιστεί 23g ΝΟ 2 ; γ. Ποια θα είναι η αρχική ταχύτητα, αν ο όγκος του δοχείου διπλασιαστεί; ίνoνται: η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης k = 0,5 L 2. mol -2. s -1, Αr O = 16, Αr N = 14. (Aπ. α mol. L -1. sec -1, β. 9, mol. L -1. sec -1, γ. 0, mol. L -1. sec -1 ) 6. Για την αντίδραση αα (g) + ββ (g) γγ, δίνονται οι παρακάτω πειραµατικές µετρήσεις: Πείραµα P(atm) A 0,25 0,25 0,50 Αρχικές πιέσεις P(atm) B 0,25 0,50 0,25 Αρχική ταχύτητα υ(atm / min) , Να βρεθεί η τάξη της αντίδρασης. (Απ. 3ης τάξης) 7. Ο νόµος της ταχύτητας του Η 2 CO 3 σε υδατικό διάλυµα, σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: H 2 CO 3(αq) HO 2 () l + CO (g), είναι: υ = k[η 2 CΟ 3 ]. Σε θερµοκρασία 18 ο C η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης είναι: k = 12,3. s -1. α. Ποια είναι η τιµή της ταχύτητας για τη διάσπαση του H 2 CO 3 για t = 0 σε υδατικό του διάλυµα συγκέντρωσης 10-2 Μ; β. Ποια είναι η τιµή της ταχύτητας για τη διάσπαση του H 2 CO 3 τη στιγµή που έχει µείνει αδιάσπαστο το 10% της αρχικής ποσότητας του H 2 CO 3. γ. Πόσα L CO 2 σε S.T.P. έχουν ελευθερωθεί µέχρι εκείνη τη στιγµή, αν η αντίδραση πραγµατοποιήθηκε σε δοχείο µε όγκο V = 10 L; (Απ. α. 0,123 mol L -1 s -1, β. 0,0123 mol L -1 s -1, γ. 2,016 L)

23 Για την αντίδραση: 2A (g) + B (g) 2Γ (g), έχουν προκύψει απο πειραµατικά δεδοµένα σε θερµοκρασία θ 0 C τα εξής διαγράµµατα: υ [Β]: σταθερή Τ : σταθερή υ [Α]: 0,5 Μ Τ : σταθερή φ = 45 ο [Α] [Β] α. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης και ποιά η τιµή της σταθεράς k στους θ 0 C ; β. Να προταθεί ένας πιθανός µηχανισµός. (Απ. α. 2ης τάξης, k = 2εφ45 ο L mol -1. s -1 ) 9. Για την αντίδραση: HIO3 + 3HSO 2 3 HI+ 3HSO 2 4 βρέθηκε πειραµατικά ο νόµος ταχύτητας υ = k[hio 3 ][H 2 SO 3 ]. α. Να προταθεί ένας πιθανός µηχανισµός για την αντίδραση αυτή. β. Αναµιγνύουµε 400mL διαλύµατος ΗΙΟ 3 0,3 Μ µε 400 ml διαλύµατος H 2 SO M. Να υπολογιστεί η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης και να γίνει το διάγραµµα της συγκέντρωσης του H 2 SO 3 και του ΗΙΟ 3 συναρτήσει του χρόνου. ίνεται η σταθερά ταχύτητας: k = 10-2 mol -1. L. s -1. ( Απ. β. 2, mol. L -1. s -1 ) 10. Η ταχύτητα µίας αντίδρασης µε αέρια αντιδρώντα δίνεται από τη σχέση: υ = k[a][b]. Αν ο όγκος του κάθε αντιδρώντος µεταβληθεί ακαριαία στο 1/4 του αρχικού όγκου, να υπολογισθεί η ταχύτητα της αντίδρασης σε σχέση µε την αρχική. ( Απ. υ τελ.= 16 υ αρχ. ) 11. Για την αντίδραση 2ΝO (g) + Ο 2(g) 2ΝΟ 2(g), ο νόµος της ταχύτητας είναι: υ = k[no] 2 [O 2 ]. Τι θα συµβεί στη ταχύτητα της αντίδρασης όταν: α. Η συγκέντρωση του ΝΟ υποδιπλασιαστεί. β. Η συγκέντρωση του ΝΟ τριπλασιαστεί. γ. Οι συγκεντρώσεις των ΝΟ και Ο 2 διπλασιαστούν. (Απ. α. υποτετραπλασιάζεται, β. εννιαπλασιάζεται, γ. οκταπλασιάζεται) 12. Ο,15 g Η 2 και 0,32 g Ι 2 αναµιγνύονται σε δοχείο όγκου 500 ml και θερµαίνονται στους 700 ο C. Στο δοχείο πραγµατοποιείται η απλή αντίδραση: Η 2(g) + Ι 2(g) 2ΗΙ (g) µε

24 138. σταθερά ταχύτητας k = 0,063 L mol 1 s 1. Να υπολογίσετε: α. Την αρχική ταχύτητα της αντίδρασης. β. Τη ταχύτητα της αντίδρασης, αν στο δοχείο εισαχθεί διπλάσια µάζα Η 2. γ. Τη ταχύτητα της αντίδρασης, όταν έχει αντιδράσει το 1/3 της ποσότητας του Ι 2. ( Απ. α. 2, mol. L -1. s -1, β. 4, mol. L -1. s -1, γ. 1, mol. L -1. s -1 ) 13. Στην αντίδραση 2ΝO (g) + Ο 2(g) 2ΝΟ 2(g), όταν η συγκέντρωση του ΝΟ διπλασιάζεται, η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης τετραπλασιάζεται, ενώ όταν οι συγκεντρώσεις των ΝΟ και Ο 2 διπλασιάζονται, η ταχύτατα οκταπλασιάζεται. Να προσδιορίσετε το νόµο της ταχύτητας της αντίδρασης. (Απ. υ = k[no] 2 [O 2 ]) 14. Η απλή αντίδραση αα (g) + βb (g) Π (g) είναι πρώτης τάξης ως προς το Α και δεύτερης τάξης ως προς το Β. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγονται από 1 mol A και Β και η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης είναι 10-2 mol. L -1. s -1. Nα υπολογίσετε τη ταχύτητα της αντίδρασης όταν έχει αντιδράσει η µισή ποσότητα του Β. (Απ. 18, mol. L -1. s -1 ) Ε. ΤΟ ΞΕΧΩΡΙΣΤΟ ΘΕΜΑ Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου 5 L εισάγεται αέριο µίγµα SO 2 και Ο 2, µε µάζα 1280 g και αναλογία mol 3/2 αντίστοιχα. Στο δοχείο πραγµατοποιείται η απλή αντίδραση: 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) Η αρχική στιγµιαία ταχύτητα της αντίδρασης είναι: mol. L -1. s -1, ενώ η µέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα πρώτα 1000 s είναι 10-3 mol. L -1. s -1. Στο τέλος του χιλιοστού δευτερολέπτου, η θερµοκρασία στο δοχείο αλλάζει ακαριαία και η στιγµιαία ταχύτητα της αντίδρασης γίνεται mol. L -1. s -1. α. Να υπολογίσετε τη σταθερά της ταχύτητας της αντίδρασης, πριν και µετά τη µεταβολή της θερµοκρασίας. β. Να γίνουν τα διαγράµµατα συγκέντρωσης - χρόνου για τα πρώτα 1000 s, για όλες τις ουσίες που µετέχουν στην αντίδραση. (Απ mol 2. L 2. s -1, mol 2. L 2. s -1 )