Zadanie 5.
Treść
Informacja do zadań 5.–6.
W roztworze alkoholowo–wodnym zawierającym bromometan oraz wodorotlenek sodu przebiega reakcja opisana równaniem:
$\ce{CH3Br + OH- -> CH3OH + Br-}$
Zależność szybkości tej reakcji od stężeń reagentów przedstawia równanie kinetyczne:
$v = k \cdot c_{\ce{CH3Br}} \cdot c_{\ce{OH-}}$
W temperaturze 55 °C wartość $k$ jest równa $2{,}14 \cdot 10^{-2}\ \text{dm}^3 \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.
Opisaną reakcję otrzymywania metanolu prowadzono w jednakowej temperaturze w dwóch roztworach (I i II) o równej początkowej liczbie moli jonów $\ce{OH-}$ i bromometanu. Wskutek użycia większej ilości rozpuszczalnika objętość roztworu II była dwukrotnie większa. Trzej uczniowie – oznaczeni jako A, B i C – sformułowali wnioski dotyczące wpływu różnicy objętości roztworów na początkową szybkość reakcji. Wnioski poszczególnych uczniów zapisano w tabeli.
| Uczeń | Wniosek |
|---|---|
| A | Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest dwukrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II. |
| B | Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest czterokrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II. |
| C | Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest taka sama jak początkowa szybkość reakcji w roztworze II. |
Rozstrzygnij, który uczeń (A, B czy C) sformułował poprawny wniosek. Odpowiedź uzasadnij.
Poprawny wniosek sformułował uczeń …
Uzasadnienie: …
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […].
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […].
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 2) przewiduje wpływ: stężenia […] substratów […] na szybkość reakcji […].
Zasady oceniania 1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie zawierające porównanie wartości stężeń substratów w roztworach I i II. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Poprawny wniosek sformułował uczeń: B
Przykładowe uzasadnienia:
- W równaniu kinetycznym występuje iloczyn stężeń molowych jonów $\ce{OH-}$ i cząsteczek $\ce{CH3Br}$, a każde z nich w roztworze I jest dwukrotnie większe niż w roztworze II.
- Gdy oba stężenia (jonów $\ce{OH-}$ i cząsteczek $\ce{CH3Br}$) są dwa razy większe, to ich iloczyn jest cztery razy większy.
$v_1 = k \cdot c_{\ce{CH3Br}} \cdot c_{\ce{OH-}}$
$v_2 = k \cdot \dfrac{1}{2} c_{\ce{CH3Br}} \cdot \dfrac{1}{2} c_{\ce{OH-}} = \dfrac{1}{4} v_1 \Rightarrow$
$v_1 = 4 v_2$