Zadanie 10.2. (0–4)
Treść
W zamkniętym reaktorze zachodzi reakcja opisana równaniem:
$\ce{X2 (g) + 2Y2 (g) -> 2XY2 (g)}$
Zależność szybkości tej reakcji od stężenia opisuje poniższe równanie kinetyczne.
$v = k \cdot c_{\ce{X2}}^{\ a} \cdot c_{\ce{Y2}}^{\ b}$
Aby wyznaczyć wykładniki a i b w równaniu kinetycznym, przeprowadzono serię pomiarów: w temperaturze T mierzono zależność szybkości reakcji od stężenia jednego z substratów przy stałym stężeniu drugiego. Na podstawie wyników pomiarów sporządzono poniższe wykresy zależności szybkości reakcji od:
- stężenia substratu X2 przy stałym stężeniu $c_{\ce{Y2}}$ = 1 mol·dm−3 (linia czerwona)
- stężenia substratu Y2 przy stałym stężeniu $c_{\ce{X2}}$ = 1 mol·dm−3 (linia zielona).
W reaktorze o pojemności 4,0 dm3 umieszczono stechiometryczną mieszaninę, zawierającą łącznie 12,0 mol gazów X2 i Y2, i zainicjowano reakcję syntezy gazu XY2. W układzie utrzymywano temperaturę T.
Na podstawie analizy wykresów ustal i napisz wartości wykładników a i b. Następnie oblicz wartość stałej szybkości reakcji k oraz oblicz szybkość tej reakcji w temperaturze T w chwili, gdy w reaktorze znajdowało się łącznie 9,0 mol wszystkich gazów.
Równanie kinetyczne:
$v = k \cdot c_{\ce{X2}}^{\ }$$\cdot c_{\ce{Y2}}^{\ }$
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) […] 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.
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 2) przewiduje wpływ: stężenia (ciśnienia) substratów […] na szybkość reakcji […]; 3) […] na podstawie danych doświadczalnych ilustrujących związek między stężeniem substratu a szybkością reakcji określa rząd reakcji i pisze równanie kinetyczne.
4 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między wielkościami danymi a szukanym równaniem kinetycznym oraz poprawne: ustalenie i napisanie wartości a i b w równaniu kinetycznym, obliczenie wartości stałej szybkości reakcji k, wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężeń reagentów w warunkach określonych w zadaniu, obliczenie szybkości reakcji w temperaturze T, napisanie wyniku z poprawną jednostką.
3 pkt – zastosowanie poprawnej metody […] jak wyżej, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych
LUB
- napisanie błędnej jednostki dla stałej szybkości reakcji k
LUB
- napisanie wyniku końcowego z błędną jednostką albo bez jednostki
ALBO
3 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, poprawne obliczenie k, poprawne wyznaczenie liczby moli/stężeń reagentów, ale:
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości.
2 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, obliczenie k, wyznaczenie liczby moli/stężeń reagentów, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych lub napisanie błędnej jednostki dla stałej szybkości reakcji k
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości
ALBO
2 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, poprawne obliczenie k, ale:
- błędne wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężenia reagentów albo brak wyznaczenia wielkości
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości
ALBO
2 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, poprawne wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężeń reagentów, ale:
- błędne obliczenie wartości stałej szybkości reakcji k albo brak obliczenia wielkości
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości.
1 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, obliczenie k, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych lub napisanie błędnej jednostki dla stałej szybkości reakcji k
- błędne wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężeń reagentów w warunkach określonych w zadaniu albo brak wyznaczenia wielkości
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości
ALBO
1 pkt – poprawne ustalenie i napisanie a i b, wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężeń reagentów, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych
- błędne obliczenie wartości stałej szybkości reakcji k albo brak obliczenia wielkości
- błędne obliczenie wartości szybkości reakcji w temperaturze T albo brak obliczenia wielkości
ALBO
1 pkt – poprawne wyznaczenie liczby moli reagentów lub stężeń reagentów w warunkach określonych w zadaniu oraz błędne wyznaczenie albo brak wyznaczenia: wartości a lub b w równaniu kinetycznym, wartości stałej szybkości reakcji k oraz szybkości reakcji w temperaturze T.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.