Zadanie 6.
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.
Reakcję $\ce{CH3Br}$ z $\ce{NaOH}$ prowadzono w temperaturze 55 °C. Po pewnym czasie stężenie jonów $\ce{OH-}$ – wskutek przebiegu reakcji chemicznej – zmalało z $0{,}060\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ do wartości $0{,}050\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$, a szybkość reakcji wynosiła $1{,}07 \cdot 10^{-5}\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3} \cdot \text{s}^{-1}$.
Oblicz początkowe stężenie molowe bromometanu.
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 […]; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 6) wykonuje obliczenia […] dotyczące: liczby moli […] po zmieszaniu substratów w stosunku stechiometrycznym i niestechiometrycznym.
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 2) przewiduje wpływ: stężenia […] substratów […] na szybkość reakcji […].
Zasady oceniania 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia stężenia bromometanu, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wartości stężenia molowego bromometanu w $\text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia stężenia bromometanu, ale: – popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego LUB – podanie wyniku liczbowego w innej jednostce niż $\text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ lub bez jednostki, ALBO – obliczenie stężenia bromometanu odpowiadającego stężeniu jonów $\ce{OH-}$ równemu $0{,}05\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
| $c_0$, $\text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ | $\Delta c$, $\text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ | $c_k$, $\text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ | |
|---|---|---|---|
| $\ce{CH3Br}$ | x | −0,01 | x−0,01 |
| $\ce{OH-}$ | 0,06 | −0,01 | 0,05 |
$v = k \cdot c_{\ce{CH3Br}} \cdot c_{\ce{OH-}}$
$v = 2{,}14 \cdot 10^{-2}\ \text{dm}^3 \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \cdot (\text{x}-0{,}01)\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3} \cdot 0{,}05\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$
$v = 1{,}07 \cdot 10^{-5}\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3} \cdot \text{s}^{-1}$
$\text{x} = 0{,}020$
Początkowe stężenie bromometanu wynosiło $0{,}020\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$
Sposób 2.
$v = k \cdot c_{\ce{CH3Br}} \cdot c_{\ce{OH-}}$
$\text{x} = \dfrac{v}{k \cdot c_{\ce{OH-}}}$
$\text{x} = \dfrac{1{,}07 \cdot 10^{-5}}{2{,}14 \cdot 10^{-2} \cdot 0{,}05} \Rightarrow \text{x} = 0{,}010$
$c_{\ce{CH3Br}} = \text{x} + 0{,}010 = 0{,}020$
Początkowe stężenie bromometanu wynosiło $0{,}020\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$