Zadanie 8.
Treść
Badano kinetykę reakcji utleniania tlenku azotu(II) zachodzącej zgodnie z równaniem:
$\ce{2NO(g) + O2(g) <=> 2NO2(g)}$
Stwierdzono, że:
- jest to reakcja pierwszego rzędu względem tlenu
- zależność szybkości reakcji od stężenia opisuje poniższe równanie kinetyczne.
$v = k \cdot c_{\ce{NO}}^{a} \cdot c_{\ce{O2}}^{b}$
W temperaturze 298 K zbadano zależność początkowej szybkości reakcji od stężenia tlenku azotu(II). Pomiary prowadzono przy stałym stężeniu tlenu wynoszącym 0,050 mol·dm−3. Wykres przedstawia uzyskaną zależność.
Na podstawie: J. Głowiński, J. Hoffmann, M. Wilk, Polish Journal of Chemical Technology, 23 (2021) 31.
a)
Uzupełnij tabelę. Wpisz brakujące wartości stężenia NO i szybkości reakcji.
| Stężenie NO, mol·dm−3 | Szybkość reakcji, mol·dm−3·s−1 |
|---|---|
| 0,034 | |
| 1,10 |
b)
Ustal i napisz wartości wykładników a i b w równaniu kinetycznym.
$v = k \cdot c_{\ce{NO}}^{\Box} \cdot c_{\ce{O2}}^{\Box}$
c)
Oblicz wartość stałej szybkości opisanej reakcji w temperaturze 298 K. Wynik zapisz z właściwą jednostką.
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: 1) definiuje i oblicza szybkość reakcji (jako zmianę stężenia reagenta w czasie); 3) […] na podstawie danych doświadczalnych ilustrujących związek między stężeniem substratu a szybkością reakcji określa rząd reakcji i pisze równanie kinetyczne.
Zasady oceniania: 3 pkt – poprawne wykonanie wszystkich czynności spośród wymienionych: uzupełnienie tabeli, ustalenie wykładników a i b, obliczenie wartości stałej szybkości reakcji z poprawną jednostką. 2 pkt – poprawne wykonanie dwóch dowolnych czynności spośród wymaganych do uzyskania 3 pkt. 1 pkt – poprawne wykonanie tylko jednej czynności spośród wymaganych do uzyskania 3 pkt. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca wymagań na 1 pkt albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązanie
a)
| Stężenie NO, mol·dm−3 | Szybkość reakcji, mol·dm−3·s−1 |
|---|---|
| 0,034 | 0,40 |
| 0,056 | 1,10 |
Uwaga: za poprawny należy uznać każdy odczyt wartości stężenia NO i szybkości reakcji adekwatny do wykresu z właściwą dokładnością.
b)
Rząd reakcji względem tlenu: 1 (podane w treści).
Na podstawie danych z wykresu: rząd reakcji względem tlenku azotu(II) to 2 – gdy stężenie NO
wzrasta 2-krotnie, szybkość reakcji wzrasta 4-krotnie; gdy stężenie NO wzrasta 3-krotnie,
szybkość reakcji wzrasta 9-krotnie.
$v = k \cdot c_{\ce{NO}}^{2} \cdot c_{\ce{O2}}^{1}$
c)
$k = v : (c_{\ce{NO}}^2 \cdot c_{\ce{O2}}) = (1{,}10 : (0{,}056^2 \cdot 0{,}05))\ \text{dm}^6\text{mol}^{-2}\text{s}^{-1} = 7015\ \text{dm}^6\text{mol}^{-2}\text{s}^{-1}$
ALBO
$k = (0{,}40 : (0{,}034^2 \cdot 0{,}05))\ \text{dm}^6\text{mol}^{-2}\text{s}^{-1} = 6920\ \text{dm}^6\text{mol}^{-2}\text{s}^{-1}$