background image

 

1

Chemia fizyczna (2013/2014) – kinetyka chemiczna 

 

Zadanie  1.  Dla  reakcji  rozkładu  2N

2

O

5

→4NO

2

+O

2

  w  roztworze  CCl

,  w  warunkach  T,V=const  

w temperaturze 45

o

C otrzymano następującą zależność stężenia N

2

O

5

 (A) w funkcji czasu:

 

t/s

 

0

 

182

 

319

 

528

 

867

 

c

A

/mol·dm

-3

 

2,33

 

2,08

 

1,91

 

1,67

 

1,36

 

a)  Wykazać metodą graficzno-całkową, że reakcja nie jest II rzędu i obliczyć jej stałą szybkości. 
b)  Obliczyć chwilową szybkość reakcji dla pozostałych czasów. 

 Zadanie 2. Szybkość reakcji rozkładu nadtlenku dwu t-butylu w fazie gazowej: 

 

(CH

3

)

3

COOC(CH

3

)

3(g)

 →(CH

3

CO)

2(g)

+2C

2

H

6(g)

 

 

→ 

2E

 

Badano  mierząc  ciśnienie  całkowite  układu  reagującego  w  warunkach  T,V  =  const  w  funkcji  czasu.  
W temperaturze 428 K otrzymano następujące wyniki:

 

t/min

 

0

 

3

 

6

 

9

 

12

 

15

 

18

 

21

 

P

c

/Tr

 

169,3

 

188,4

 

207,1

 

224,4

 

240,2

 

255,0

 

269,7

 

282,6

 

Wyznaczyć rząd i stałą szybkości reakcji.

 

 

 

Zadanie  3.  Szybkość  reakcji  S  →  produkty,  w  roztworze  ciekłym,  badano  mierząc  absorbancję  roztworu 
jako funkcję czasu:

 

t/s

 

0

 

18

 

57

 

130

 

240

 

337

 

398

 

A

 

1,39

 

1,26

 

1,03

 

0,706

 

0,398

 

0,257

 

0,180

 

Zakładając,  że  światło  absorbowało  wyłącznie  substrat,  zgodnie  z  prawem  Lamberta-Beera,  wykazać,  że 
reakcja jest I rzędu oraz wyznaczyć jej stałą szybkości i czas półtrwania substratu.

 

 

 

Zadanie  4.  Badano  reakcję  w  fazie  ciekłej  A  +  B  →  produkty  dla  identycznych  stężeń  początkowych 
substratów c

0A

=c

0B

=c

0

=5·10

-2

 mol·dm

-3

. Wyznaczano stężenie wybranego substratu w funkcji czasu.

 

t/h

 

0

 

0,5

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

c·10

2

/mol·dm

-3

 

5

 

4,85

 

4,72

 

4,48

 

4,26

 

4,03

 

3,86

 

3,70

 

3,55

 

3,40

 

Wyznaczyć rząd i stałą szybkości reakcji.

 

 

 

Zadanie 5. Reakcję otrzymywania butadienu w fazie gazowej: 
 

2(g)

2(g)

2

O

Cr

3(g)

2

2

H

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

3

2

 

 

 
badano  w  warunkach  T,V=const.,  mierząc  ciśnienie  całkowite  P  w  funkcji  czasu.  W  temperaturze  230

o

uzyskano następujące wyniki:

 

t/s

 

300

 

420

 

540

 

750

 

 

P/mmHg

 

123

 

125,5

 

128,7

 

133

 

232

 

Którego nrzędu jest reakcja? Obliczyć jej stałą szybkości.

 

 

 

Zadanie 6. Stała szybkości reakcji:

OH

H

C

COONa

CH

NaOH

H

COOC

CH

5

2

3

5

2

3

 w temperaturze 

298  K  wynosi  6,36  mol

-1

·dm

3

·min

-1

.  Jaki  %  estru  ulegnie  hydrolizie  po  10  minutach,  jeżeli  stężenia 

początkowe obu substratów są identyczne i równe 0,020 mol·dm

-3

? Rząd reakcji jest równy 1 w stosunku do 

każdego z substratów.

 

 

 

Zadanie  7.  Reakcję  rozkładu  podtlenku  azotu  w  fazie  gazowej: 

2(g)

2(g)

(g)

2

O

2N

O

2N

  badano 

w warunkach T,V=const. Stwierdzono, że w temperaturze 1033 K czas półtrwania substratu jest równy 255 s 
dla  ciśnienia  początkowego  P

01

  =  290 Tr  oraz 212  s  dla  ciśnienia  początkowego  P

02

  =  360 Tr.  Wyznaczyć 

czas półtrwania dla ciśnienia początkowego P

03

 = 760 Tr.

 

 

 

Zadanie  8.  Reakcję  rozkładu  podtlenku  azotu  w  fazie  gazowej 

2(g)

2(g)

(g)

2

O

2N

O

2N

  badano 

w warunkach T,V=const. W temperaturze 1033 K wyznaczono zależność czasu półtrwania substratu od jego 
ciśnienia początkowego:

 

background image

 

2

 

 

P

0

/Tr

 

305

 

139

 

109

 

52,5

 

t

1/2

/s

 

246

 

522

 

688

 

1399

 

Wyznaczyć rząd reakcji i jej stałą szybkości.

 

 

 

Zadanie  9.  W  wyniku  biegu  pewnej  reakcji  I  rzędu  stężenie  substratu  zmalało  z  8,0  mmol·dm

-3 

do 

1,0 mmol·dm

 3 

w ciągu 85,2 minut. Jaki jest czas półtrwania substratu?

 

 
Zadanie 10. Badano reakcję: 

(g)

2

2(g)

2(g)

(g)

O

H

2

N

H

2

2NO

  w fazie  gazowej  w  warunkach T,V=const., 

mierząc początkową szybkość zmniejszania się ciśnienia w układach o podanych początkowych ciśnieniach 
cząstkowych substratów. W temperaturze 973 K otrzymano następujące wyniki:

 

Ciśnienie początkowe P

0

/atm

 

min

atm

t

P

 

NO

 

H

2

 

0,50

 

0,20

 

0,0048

 

0,50

 

0,10

 

0,0024

 

0,25

 

0,20

 

0,0012

 

Wyznaczyć rząd reakcji dla każdego z substratów.

 

 

 

Zadanie 11. Reakcję A + B → produkty badano w warunkach T,V=const. Przy dużym nadmiarze substratu 
B, stężenie [mol·dm

-3

] substratu A zmieniło się od 0,403 d0 0,389 w ciągu 12,5 minut oraz od 0,379 do 0,364 

w  ciągu  14,3  minut.  Natomiast  prowadząc  reakcję  przy  dużym  nadmiarze  substratu  A  stężenie  [mol·dm

-3

substratu  B  zmieniło  się  od  0,369  do  0,358  po  upływie  21,1  minut  a  od  0,328  do  0,316  po  upływie  28,9 
minut. Wyznaczyć rząd reakcji.

 

 

 

Zadanie  12.  Szybkość  reakcji 

CICOONa

IC

H

C

I

CCOONa

C

H

C

5

6

2

5

6

  w  fazie  ciekłej  dla 

równomolowej  mieszaniny  substratów  śledzono  pobierając  co  pewien  czas  próbkę  mieszaniny  reakcyjnej 
i oznaczając  wolny 

  metodą  miareczkowania  mianowanym  roztworem  tiosiarczanu  sodu.  Otrzymano 

następujące wyniki: 

Stężenie początkowe 

 

3

0

dm

mol

C

 

Czas biegu reakcji

 

t/h

 

Stężenie 

 

3

dm

mol

C

 

0,2496

 

29

 

0,0832

 

0,2100

 

34,5

 

0,0701

 

Wyznaczyć rząd reakcji i stałą szybkości.

 

 

Zadanie 13. 

warunkach 

T,V=const. 

badano 

reakcję 

rozkładu 

amoniaku: 

2(g)

2(g)

3(g)

H

2

3

N

2

1

NH

 

na powierzchni metalicznego wolframu. W temperaturze 1100

o

C wyznaczono zmiany ciśnienia cząstkowego 

amoniaku w funkcji czasu. Jeżeli jego ciśnienie początkowe było równe 265 Tr, to zmalało ono do 53 Tr po 
upływie czasu 12,16 minut. Jeżeli natomiast było równe 133 Tr, to zmalało ono do 26,5 Tr po upływie  6,09 
minut.  Wyznaczyć  rząd  i  stałą  szybkości  reakcji  oraz  czas,  po  którym  amoniak  ulegnie  całkowitemu 
rozkładowi.

 

 

 

Zadanie  14.  Reakcję  tlenku  azotu  wodorem: 

O

H

N

2

1

H

 

NO

2

2

2

  prowadzono  w  warunkach 

T,V=const. Mieszanina substratów miała skład stechiometryczny. Badano zmianę ciśnienia cząstkowego NO 
w  funkcji  czasu.  Jeżeli  ciśnienie  początkowe  NO  było  równe  0,454·10

5

  N·m

-2

,  to  po  upływie  czasu  512  s 

zmalało  ono do 0,1135·10

5

 N·m

-2

. Jeżeli  natomiast ciśnienie początkowe  NO było równe 0,388·10

5

 N·m

-2

to 

po upływie 698 s zmalało ono do 0,097·10

5

 N·m

-2

. Wyznaczyć rząd reakcji.

 

 

 

Zadanie  15.  Estryfikacja  etanolu  kwasem  mrówkowym  w  temperaturze  25

o

C,  w  wodnym  roztworze 

w obecności kwasu solnego przebiega zgodnie z równaniem: 

 

background image

 

3

C

2

H

5

OH + HCCO

k

1

k  

1

HCOOC

2

H

5

 +H

2

O

-

 

    (E)         (K)  

     (M)          (W)

 

W  roztworze  zawierającym  nadmiar  etanolu  i  wody  stała  szybkości  estryfikacji 

1

k

  wynosi  

1,85·10

-3

  min

-1

  natomiast  stała  szybkości  reakcji  odwrotnej 

1

k

  =  1,76·10

-3

  min

-1

.  Przy  początkowym 

stężeniu kwasu mrówkowego 

K

0

C

 = 0,07mol dm

-3 

obliczyć:  

a)  Równowagowe stężenie mrówczanu etylu; 
b)  Czas potrzebny aby estryfikacja zaszła w 90%. 

 
Zadanie  16.  Izomeryzacja  cis-trans  1,2-dimetylocyklopropanu  w  temperaturze  726  K  jest  reakcją 
odwracalną I rzędu. Procentowy skład mieszaniny w funkcji czasu był następujący:

 

t/s

 

0

 

50

 

94

 

228

 

271

 

363

 

495

 

585

 

675

 

 

% trans

 

0

 

10,8

 

18,9

 

37,7

 

41,8

 

49,3

 

56,5

 

60,1

 

62,7

 

70,0

 

Obliczyć stałą równowagi reakcji oraz stałe szybkości 

k

 i 

k

.

 

 

 

Zadanie  17.  W  temperaturze  5

0

C  w  roztworze  acetonowym  pewna  reakcja  przegrupowania 

wewnątrzcząsteczkowego:   

A

B

  ma  stałe  szybkości  reakcji  równe:  k

1

=6·10

-3

  min

-1

  

i k

-1

=6·10

-3

  min

-1

. Po jakim czasie stężenie 

 będzie równe stężeniu 

? Jak zmieniłby się ten czas, gdyby  

k

-1

 miało wartość = 2·10

-3

 min

-1

 a wartość k

byłaby jak powyżej?

 

 

 

Zadanie  18.  Stwierdzono,  że  reakcja  chlorowania  pewnej  pochodnej  benzenu  do  monochloropochodnej 
przebiega  jako  reakcja  pierwszego  rzędu.  Po  30  min.  Zużyte  zastało  20%  tego  substratu.  W  produkcie 
stwierdzono 65% pochodnej orto-, 5% pochodnej meta- i resztę pochodnej para-. Obliczyć stałe szybkości 
powstawania odpowiednich monochloropochodnych.

 

 

 

Zadanie  19.  Związek  A  ulega  rozkładowi  w  wyniku  przebiegu  dwóch  równoległych  praktycznie 
nieodwracalnych reakcji pierwszego rzędu, tworząc produkty B i C. Stałe szybkości reakcji są odpowiednio 
równe:  k

1

=8,47·10

-2

 s

-1

 a k

2

=5,28·10

-2

 s

-1

. Obliczyć po jakim  czasie 90%  A ulegnie rozkładowi  i  jakie będą 

wówczas stężenia B i C, jeżeli stężenie początkowe 

 było równe 5,00 mol·dm

-3

.

 

 

 

Zadanie 20. Wyznaczono stałą szybkości reakcji II rzędowej rozkładu aldehydu octowego w następujących 
temperaturach:

 

T/K

 

700

 

730

 

760

 

790

 

810

 

840

 

910

 

1000

 

k/mol

-1

·dm

3

·s

-1

 

0,011

 

0,035

 

0,105

 

0,343

 

0,789

 

2,17

 

20,0

 

145

 

Wyznaczyć energię aktywacji i wartość czynnika przedwykładniczego w równaniu Arrheniusa.

 

 

 

Zadanie 21. Reagent A ulega rozkładowi zgodnie ze schematem:

 

k

1

k

2

A

B + C

D + E

 

Substancje  B  i  C  są  produktami  właściwymi  podczas  gdy  D  i  E  niepożądanymi  produktami  ubocznymi. 
Zakłada się, że  współczynniki  częstości zderzeń  dla obu reakcji są identyczne  i  niezależne  od temperatury, 
natomiast energia aktywacji 

2

1

E

.

 

a)Sporządzić  dla  obu reakcji półilościowy  wykres

)

/

1

(

ln

T

f

; b)  Wyjaśnić, czy szybkość reakcji 1  jest 

większa czy mniejsza od szybkości reakcji 2; c) W którym przypadku zmiana temperatury wpływa mocniej 
na szybkość reakcji?

 

 
Zadanie  22.
  Związek  A  ulega  rozkładowi  w  dwóch  równoległych  praktycznie  nieodwracalnych  reakcjach 
pierwszego rzędu tworząc produkty B  i C. Stałe szybkości reakcji są odpowiednio równe  k

1

=2·10

-2

 s

-1 

oraz 

k

2

=3·10

-1

  s

-1

,  a  ich  energie  aktywacji  wynoszą  odpowiednio  E

1

=105  kJ·mol

-1

  i E

2

=146  kJ·mol

-1

.  Jaka  jest 

wartość energii aktywacji sumarycznej reakcji rozkładu A?

 

 

background image

 

4

Zadanie  23.  Lewis  sprawdzając  poprawność  swojej  teorii  zderzeń  aktywnych  przeliczył  wyniki  dotyczące 
kinetyki  rozpadu  jodowodoru  w  fazie  gazowej  i  otrzymał  dla  tej  reakcji  stałe  szybkości  reakcji  w  różnych 
temperaturach:

 

T/K

 

575

 

629

 

647

 

666

 

683

 

700

 

716

 

781

 

k/mol

-1

·dm

3

·s

-1

  1,217·10

-6

 

3,02·10

-5

 

8,587·10

-5

 

2,195·10

-4

 

5,115·10

-3

 

1,157·10

-3

 

2,501·10

-3

 

3,954·10

-2

 

W temperaturze 575 K obliczyć energię aktywacji i czynnik częstości.

 

Zadanie  24.  W  kilku  temperaturach  wyznaczono  stałe  szybkości  reakcji  rozpadu  nadtlenku  di-tert-butylu 
(reakcja w fazie ciekłej):

 

T/K

 

418,5

 

420,4

 

423,3

 

427,6

 

431,2

 

k·10

-2

/s

-1

 

1,14

 

1,43

 

2,00

 

3,28

 

4,92

 

Obliczyć:  

a) energię aktywacji i czynnik częstości

 

b) entalpię swobodną aktywacji w temperaturze 423,3 K.

 

 

 

Zadanie  25.  Arrheniusowski  czynnik  przedwykładniczy  A  dwucząsteczkowej  reakcji  gazowej, 
w temperaturze 300 K wynosi 3,64·10

11

 dm

3

·mol

-1

·s

-1

. Obliczyć entropię aktywacji. 

 
Zadanie 26. W roztworze wodnym w temperaturze 30

o

C badano reakcję A + B → 3C. Początkowe stężenia 

ustalono c

0A

 = c

0B

 = 5·10

-2

 mol·dm

-3

. Badano c

A

 = c

B

 = c w funkcji czasu:

 

t/min

 

30

 

60

 

120

 

180

 

240

 

300

 

3

2

dm

mol

10 c

 

4,85

 

4,72

 

4,48

 

4,26

 

4,03

 

3,86

 

a)  Wyznaczyć rząd i stałą szybkości reakcji oraz czas, po którym szybkość reakcji zmniejszy się do 1/9 

wartości szybkości początkowej. 

b)  Oszacować entalpię swobodną aktywacji w temperaturze 30

o

C wiedząc, że ogrzewanie od 30

o

C do 

35

o

C powoduje zwiększenie stałej szybkości 2,87 krotnie. 

 Zadanie  27.  W  tabeli  zestawiono  wartości  stałej  szybkości  reakcji  rozpadu  termicznego  N

2

O

5

  w  fazie 

gazowej w funkcji temperatury:

 

T/K

 

273

 

298

 

318

 

338

 

k/s

-1

 

7,8·10

-7

 

3,3·10

-5

 

5,0·10

-4

 

5,0·10

-3

 

Zakładając, że jest to jednocząsteczkowa reakcja I rzędu obliczyć w temperaturze 273 K:

 

a)  Doświadczalną energię aktywacji 
b)  Entalpię aktywacji 
c)  Arrheniusowski czynnik przedwykładniczy 
d)  Entropię aktywacji (korzystając z wartości obliczonych w punkcie a i c). 

Zadanie  28.  Dla  dwucząsteczkowej  reakcji  H

2

  +  I

2

  →  2HI  w  temperaturze  T

1

=629  K  wyznaczono  stałą 

szybkości  reakcji  k

1

=3,02·10

-5 

dm

3

·mol

-1

·s

-1 

a  w  temperaturze  T

2

=666  K  stałą  k

2

=2,195·10

-4 

dm

3

·mol

-1

·s

-1

Oszacować wartości standardowej entalpii i entropii aktywacji.

 

 
Zadanie  29.
  Reakcja  rozkładu  jodowodoru  w  gazie  gazowej  jest  reakcją  dwucząsteczkową.  Jej  stała 

szybkości  reakcji  określona  jest  doświadczalnym  równaniem: 

RT

e

k

1

mol

J

18400

10

1

1

3

10

5

s

mol

dm

Obliczyć entalpię swobodną aktywacji w temperaturze 300 K.

 

 

 

Zadanie  30.  W  reakcji  pierwszego  rzędu  A  →  produkty,  okres  połówkowy  reakcji  w temperaturze  27

  o

wynosi 5000 s, a w temperaturze 37

 o

C zmniejszył się do 1000 s. 

a)  Obliczyć stałe szybkości reakcji w obu temperaturach 
b)  Wyznaczyć czas t

3/4

 potrzebny do przereagowania ¾ substratu w temperaturze 37

 o

c)  Oszacować energię aktywacji. 

Zadanie  31.  W  temperaturze  300  K  pewna  reakcja  A  +  B  +  C  →  produkty  przy  równych  stężeniach 
początkowych  substratów  zachodzi  w  20%  w  czasie  12,6  minut  a  w  temperaturze  340  K  w  3,20  minut. 
Oszacować doświadczalną energię aktywacji tej reakcji.

 

 

 

background image

 

5

Zadanie 32. Proponowany jest następujący mechanizm reakcji termicznego rozkładu ozonu:  

 

O

2

k

1

k  

1

O

2

 +O

-

  a  następnie 

2

k

3

2O

O

O

2



.  Doświadczalnie  stwierdzono,  że 

]

/[O

]

[O

2

2

3

k

v



Wyprowadzić  metodą  stanu  stacjonarnego  wyrażenie  na  szybkość

 

rozkładu  ozonu.  Jakie  relacje  pomiędzy 

szybkościami  etapów  elementarnych  uzasadniają  wyznaczoną  doświadczalnie  postać  równania 
kinetycznego?

 

 
Zadanie 33.
 Lindemann podał następujący mechanizm reakcji:

 

A

A

A

A

  

I etap ze stałą szybkości k

1

 

A

A

A

A

 

II etap ze stałą szybkości k

2

 

P

A 

 

 

III etap ze stałą szybkości k

3

 

Przy jakich relacjach pomiędzy szybkościami etapów elementarnych będzie to reakcja I rzędu?

 

 
Zadanie  34.
  W  roztworze  wodnym  reakcja: 

O

3H

3I

6H

5I

IO

2

2

3

  przebiega  wieloetapowo. 

Stwierdzono, że szybkość reakcji daje opisać się równaniem: 

2

3

]

H

][

I

][

IO

[

v

. Określ jakiego rzędu jest 

reakcja  względem  jonów  jodkowych  i jaki  jest  całkowity  rząd  reakcji.  Sprawdzić,  czy  podany  mechanizm 
reakcji jest zgodny z powyższym równaniem kinetycznym.

 

 

 

a) 

IO

3

-

 + H

+

  HIO

3

 

(szybka równowaga) 

(1) 

 

           I

-

 + H

+

  HI 

(szybka równowaga)  

(2) 

 

HIO

3

 + HI  HIO + HIO

2

 

(reakcja powolna)   

(3) 

 

następne szybkie reakcje dla niskich stężeń jodków 

b) 

IO

3

-

 + I

-

 + 2 H

+

  H

2

I

2

O

3

 

(szybka równowaga) 

 (1) 

 

H

2

I

2

O

3

  I

2

O

2

 + H

2

O (szybka równowaga) 

 (2) 

 

I

2

O

2

 + I

-

  I

3

O

2

-

 

(reakcja powolna) 

 (3) 

 

następne szybkie reakcje 

c)  

IO

3

-

 + I

-

 + 2 H

+

  H

2

I

2

O

3

 

(szybka równowaga) 

(1) 

 

H

2

I

2

O

3

  HIO + HIO

2

 

(reakcja powolna)  

(2) 

 

następne szybkie reakcje dla niskich stężeń jodków 

 
Zadanie 35. Uzasadnić, że reakcja rozkładu w fazie gazowej, w stałej objętości: 2N

2

O

5

 → 4NO

2

 + O

2

  jest 

reakcją I rzędową. Proponowany mechanizm reakcji:

 

 

N

2

O

5

k

1

k  

1

NO

2

 + NO

3

-

  

dalej 

NO

O

NO

NO

NO

2

2

k

2

2

2



  i  

2

k

5

2

3NO

NO

O

N

3



 

 

Zadanie  36.  Wyznaczono  stałe  szybkości  reakcji: 

HBr

COH

)

(CH

 

O

H

CBr 

)

(CH

3

3

2

3

3



 

w różnych temperaturach:

 

t/

o

C

 

25

 

40

 

50

 

60

 

75

 

k/s

-1

 

1,4·10

-5

 

7,62·10

-5

 

2,16·10

-4

 

5,75·10

-4

 

2,25·10

-3

 

a)  Na podstawie proponowanego mechanizmu reakcji: 



Br

C

)

(CH

 

CBr

)

(CH

   

(1)

3

3

k

3

3

1

 

 

etap powolny 

2

3

3

k

2

3

3

OH

C

)

(CH

 

O

H

 

C

)

(CH

   

(2)

2



 

etap szybki  



H

OH

C

)

(CH

 

 

OH

C

)

(CH

   

(3)

3

3

k

2

3

3

3

  

etap szybki 

Określić, czy reakcja jest pierwszego czy pseudopierwszego rzędu. 

b)  Obliczyć energię aktywacji, oraz entalpię i entropię aktywacji w temperaturze 323 K.  

background image

 

6

Zadanie  37.  W  temperaturze  25

o

C  badano  kinetykę  reakcji:  N

2

O

5

  +  NO  →  3NO

2

  (P+T3D). 

W doświadczeniu I ciśnienia początkowe substratów były odpowiednio równe p

0P

 = 133 Pa i p

0T

 = 1,33·10

4

 

Pa,  a  zależność  ln  (p

P

)  =  f(t)    była  linią  prostą  a  czas  połowicznej  przemiany  N

2

O

5

  wynosi  1,96  h.  W 

doświadczeniu II dla identycznych wartości p

0P

 = p

0T

 = 6,66·10

3

 Pa otrzymano następujące wyniki zależności 

ciśnienia całkowitego od czasu:

 

t/h

 

0

 

0,5

 

1

 

1,5

 

2

 

Pa

/

10

c

4

p

 

1,331

 

1,441

 

1,529

 

1,604

 

1,670

 

a)  Przyjmując, że równanie kinetyczne ma postać: v = k p

P

α 

p

T

β

. Oblicz α, β i k

b)  Zaproponowano następujący mechanizm reakcji:    

N

2

O

5

k

1

k  

1

NO

2

 + NO

3

-

   a następnie  

 

2

k

3

2NO

NO

NO

2



. Przyjmując, że stężenie NO

3

 jest małe i nie zmienia się w czasie 

wyprowadzić wyrażenie na szybkość reakcji –dp

p

/dt, wyrażając stałą szybkości reakcji sumarycznej 

za pomocą stałych szybkości reakcji elementarnych. 

Zadanie 38. W temperaturze 20

 o

C pod normalnym ciśnieniem przebiega nieodwracalny rozkład N

2

O

5

, przy 

czym k

1

 = 0,0010 min

-1

: 1) N

2

O

5(g)

 



1

k

N

2

O

4(g)

 + 1/2O

2(g)

  (P



1

k

C+1/2T). W tej samej temperaturze 

odwracalna  dysocjacja  N

2

O

zachodzi  bardzo  szybko,  a  jej  „ciśnieniowa  stała  równowagi”  jest  równa  45,0 

Tr:  2) 

N

2

O

4

k

2

k  

2

NO

2

-

2

 

Obliczyć  ciśnienia  cząstkowe  N

2

O

5

,  O

2

,  N

2

O

4

,  i  NO

2

  po  upływie  200  minut  od 

umieszczenia N

2

O

5

 w pustym naczyniu pod ciśnieniem 200 Tr.  

 
Zadanie  39.  Dla  reakcji  2NO  +  O

2

    2NO

2

  (*)  zaproponowano  następujący  mechanizm:

 

(1) 

NO + NO

k

1

k  

1

N

2

O

4

-

  a następnie   

(2) 

2

k

2

2

2

2NO

O

O

N

2



 

a)  Wyrazić pochodną d[NO

2

]/dt  za pomocą k

1

, k

-1

 i k

2

 jeżeli prężność N

2

O

2

 nie zmienia się w czasie 

b)  Obliczyć energię aktywacji reakcji przyjmując, że energia aktywacji reakcji „1”, „-1_ oraz „2” są 

odpowiednio równe 82kJ/mol, 205 kJ/mol oraz 183 kJ/mol. Uwzględnić, że v

-1

 >> v

2

Zadanie 40. W temperaturze 25,0

o

C przebiega pewna reakcja: A + B → C + D katalizowana produktem C. 

Jej  szybkość,  wprost  proporcjonalna  do  c

A

  i  c

C

  (v  =  k  c

A

  c

B

)  początkowo  wzrastała,  następnie  po  

23,9 minutach osiągnęła maksimum i zaczęła spadać. Początkowe stężenia reagentów wynosiły: c

0A

 = 0,326; 

c

0B

 = 0,284 i c

0C

 = 0,162 mol ·dm

-3

. Jakie będzie stężenie A w momencie osiągnięcia maksymalnej szybkości 

reakcji? 

a)  Ile wynosi stała szybkości reakcji? 

Zadanie 41. 

kwaśnym 

roztworze 

szybkość 

reakcji 

jodowania 

acetonu: 

CH

3

COCH

3

 + I

2

 



k

  CH

3

COCH

2

I + H

+

 + I

-

 (A+I) jest wprost proporcjonalna do iloczynu 

H

A

c

kc

v

,  

a nie zależy od stężenia jodu. Po czasie t

1

 roztwór zawierał  (c

0I

 – x) mol·dm

-3

 jodu w postaci  I

2

 i 


3

I

 .

 

a)  Podać scałkowane równanie kinetyczne tej reakcji 
b)  W 

doświadczeniu 

przeprowadzonym 

298 

stężenia 

początkowe 

wynosiły:  

c

0H+

  =  15,25  mmol·dm

-3

;  c

0A

  =  75,85  mmol·dm

-3

;  c

0I

  =  13,91  mmol·dm

-3

.  Po  czasie  9,99  ·  10

2

  s 

stężenie acetonu zmniejszyło się o 2,469. Obliczyć stałą szybkości reakcji. 

c)  W  doświadczeniu  B    c

0H+

  =  100  mmol·dm

-3

;  c

0A

  =  108  mmol·dm

-3

;  c

0I

  =  20  mmol·dm

-3

.  Po  jakim 

czasie od zapoczątkowania reakcji jej szybkość będzie największa? 

Zadanie  42.  W  temperaturze  25

0

C  badano  wpływ  chlorku  sodowego  na  szybkość  reakcji 

nadtlenodwusiarczanu potasowego z jodkami:   

2

2
4

2
8

2

I

2SO

2I

O

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(N) 

(I) 

 

background image

 

7

Dla stężeń początkowych c

0N

 = 1,5·10

-4

  mol·dm

-3

c

0A

  = 5,0·10

-4

  mol·dm

-3 

otrzymano  następującą zależność 

stałej szybkości k od stężenia chlorku sodowego:

 

10

4

 c

NaCl

 / mol·dm

-3

 

18

 

36

 

60

 

90

 

120

 

144

 

10

5

 k / dm

3

·mol

-1

·s

-1

 

1,733

 

1,862

 

2,000

 

2,147

 

2,300

 

2,417

 

Wykazać  zgodność  z  zależnością  Brönsteda-Bjerruma  i  obliczyć  stałą  szybkości  reakcji  dla  „zerowej”  siły 
jonowej.

 

Zadanie 

43. 

Katalizowana 

kwasem 

estryfikacja: 

H2O

R

RCOO

OH

R

RCOOH

k



 

(K + A  E + W) przebiega praktycznie do końca. Szybkość reakcji opisana jest równaniem: 

A

K

H

c

c

kc

v

Dla pH = 2 i stężeń początkowych c

0K

 = c

0A

 = 0,01 mol·dm

-3

 czasy półtrwania reakcji zmieniają się w funkcji 

temperatury w następujący sposób:

 

t/

0

C

 

15

 

20

 

25

 

30

 

t

1/2

/h

 

2,002

 

1,408

 

1,004

 

0,719

 

a)  Oblicz pozorną i rzeczywistą stałą szybkości reakcji w tych temperaturach 
b)  Oblicz entalpię i entropię aktywacji dla 25

o

C. 

Zadanie 

44. 

Hydroliza  octanu 

metylu 

w  obecności  HCl  przebiega  w 

myśl  równania: 

OH

CH

COOH

CH

O

H

COOCH

CH

3

3

H

2

3

3



 (

A

K

W

E

H



). Zakłada się, że reakcja jest 

nieodwracalna  a  stężenie  kwasu  (HCl)  jest  pomijalnie  małe.  Jeżeli  stężenia  początkowe  estru  i  wody  były 
odpowiednio równe: c

0E

 = 0,7013 mol·dm

-3

c

0W

 = 52,19 mol·dm

-3

 uzyskano następującą zależność stężenia 

estru w funkcji czasu:

 

t/min

 

200

 

280

 

445

 

620

 

1515

 

1705

 

c

E

/mol·dm

-3

 

0,6168

 

0,5842

 

0,5286

 

0,4702

 

0,2714

 

0,2425

 

Jeżeli  natomiast  stężenia  [mol·dm

-3

]  początkowe  estru  i  wody  były  odpowiednio  równe  2,511  i  0,993 

a rozpuszczalnikiem był aceton to otrzymano następującą zależność stężenia estru od czasu: 

 

t/min

 

60

 

120

 

180

 

240

 

c

E

/mol·dm

-3

 

2,373

 

2,250

 

2,152

 

2,093

 

Wyznacz stałą szybkości reakcji w środowisku wodnym i acetonowym. 
 
Zadanie 45. Hydroliza dioctanu glikolu etylowego w środowisku kwaśnym przebiega dwuetapowo: 

 

W  temperaturze  18

o

C  wartość  stałych  k

1

  i  k

2

  są  tego  samego  rzędu.  Sumaryczne  stężenie  monoestru  (B) 

i glikolu  (C)  oznaczono  miareczkując  uwolniony  kwas  octowy  wodorotlenkiem  baru.  Otrzymano 
następujące wyniki: 
t/h

 

0

 

47,5

 

96

 

192

 

288

 

 

10

3

 c

(B + C)

 / mol·dm

-3

 

0

 

11,65

 

21,96

 

38,45

 

50,84

 

88,25

 

W  celu  wyznaczenia  stałych  k

1

  i  k

wykonano  dodatkowe  badanie  reakcji  hydrolizy  octanu  glikolu  (B) 

uzyskując, tą samą metodą co poprzednią, następujące rezultaty:

 

t/h

 

0

 

47

 

96

 

192

 

388

 

 

10

3

 c

B

 / mol·dm

-3

 

111,0

 

103,6

 

96,1

 

83,6

 

72,6

 

0

 

Wyznacz stałe szybkości k

1

 i k

2

.

 

 
Zadanie  46.  Kwas  d-kamforowy  rozkłada  się  w  wyższych  temperaturach  na  dwutlenek  węgla  i komforę 

w myśl  reakcji: 

2

16

10

k

15

10

CO

O

H

C

OCOOH

H

C

1



.  Kinetykę  tej  reakcji  badano  w  różnych 

rozpuszczalnikach  i  stwierdzono,  że  w  etanolu  ubytek  kwasu  d-kamforowego  był  znacznie  większy  niż 
w innych 

rozpuszczalnikach 

wyniku 

przebiegu 

równoległej 

reakcji 

estryfikacji: 

O

H

H

OCOOC

H

C

OH

H

C

OCOOH

H

C

2

5

2

16

10

k

5

2

15

10

2



Przebieg 

obu 

reakcji 

śledzono 

w następujący sposób:

 

background image

 

8

a)  Miareczkowano próbki mieszaniny reakcyjnej o objętości 20,00cm

3

 roztworem Ba(OH)

2

 o stężeniu 

0,050mol dm

-3

 

b)  Wydzielający się CO

2

 pochłaniano i oznaczano jego łączną masę w przeliczeniu na 200 cm

3

 roztworu 

reagującego. 

W temperaturze 98

o

C uzyskano następujące wyniki:

 

t/min 

10 

20 

30 

40 

60 

80 

V

Ba(OH)2

 / cm

3

 

20,00 

16,26 

13,25 

10,68 

8,74 

5,88 

3,99 

m

CO2

 / g  

0,0841 

0,1545 

0,2094 

0,2482 

0,3045 

0,3556 

Wyznaczyć rzędy i stałe szybkości obu reakcji przy założeniu, że w podanych warunkach są one praktycznie 
nieodwracalne. 
 
Zadanie 47. Wyznaczyć rząd i stałą szybkości reakcji (1) rozkładu N

2

O

5

 w fazie gazowej

 

2N

2

O

5(g)

 → 2N

2

O

4(g)

 + O

2(g)

 (1)  z uwzględnieniem reakcji odwracalnej rozkładu N

2

O

4(g) 

 

N

2

O

4(g)

 → 2NO

2(g)

 (2)  Rozkład  N

2

O

5(g)

  badano  w  układzie  izochorycznym  w temperaturze  55,0

o

C  mierząc 

ciśnienie całkowite w funkcji czasu. Otrzymano następujące wyniki: 

 

t/min

 

3

 

4

 

6

 

10

 

14

 

22

 

30

 

 

P/Tr

 

424,5

 

449,0

 

491,8

 

551,3

 

589,4

 

634,0

 

654,5

 

673,7

 

Wartość „ciśnieniowej stałej równowagi” reakcji (2)

N2O4

2

NO2

P

P

K

p

 i stan jej równowagi ustala się niemal 

natychmiast. 
 
Zadanie 48. Badając w 1373 K reakcję termicznego rozkładu amoniaku na katalizatorze (drut wolframowy) 
znaleziono następujące wartości okresu połowicznej przemiany dla różnych ciśnień początkowych NH

3

:

 

10

-3

 p

0

 / Pa

 

35,3

 

17,3

 

7,73

 

2,13

 

1,07

 

0,53

 

t

1/2

 / s 

456

 

222

 

102

 

60

 

54

 

48

 

Wyznaczyć  rząd  reakcji  i  przedyskutować  otrzymane  wyniki  z  punktu  widzenia  mechanizmu  reakcji 
kontaktowych Langmuira-Hinselwooda. 
 
Zadanie  49.  Dla  reakcji  przebiegającej  zgodnie  z  równaniem  stechiometrycznym: 

  

określono  doświadczalnie  równanie  kinetyczne: 

.  Zaproponować  możliwy  mechanizm 

reakcji. 

 

 

 

Zadanie  50.  Dla  reakcji  przebiegającej  w  fazie  gazowej  zgodnie  z  równaniem:  2NO  +  O

2

 

  2NO

2

 

określono  doświadczalnie  równanie  kinetyczne  v  =  k  [NO]

α

  [O

2

]

β

,  gdzie  α  =  2  a  β  =  1.  Stwierdzono,  że 

szybkość  reakcji  maleje  ze  wzrostem  temperatury  (co  to  oznacza?).  Zaproponować  możliwy  mechanizm 
reakcji. {NO w fazie stałej występuje jako N

2

O

2

}

 

Zadanie 51. Szybkość reakcji:

O

H

CHNO

CH

OH

NO

CH

CH

2

2

3

k

2

2

3



 

  

(A) 

                                        (B) 

określa równanie: 

B

A

A

c

kc

dt

dc

 

 

a)  Wiedząc, że w temperaturze 25,0

0

C w czasie 0,25 minut przereaguje 0,5% początkowej ilości 

substancji A, obliczyć stałą szybkości reakcji. Stężenia początkowe wynosiły: 
c

0E

 = 0,00200 mol·dm

-3

c

0OH-

 = 0,300 mol·dm

-3

  

b)  Obliczyć czas, po którym przereaguje połowa początkowej ilości substancji A.