Zadanie 7.2. (0–2)

2024 Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych › Wpływ czynników na przebieg reakcji Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Treść

Chlorek fosforu(V) o wzorze $\ce{PCl5}$ ulega rozkładowi zgodnie z równaniem:

$\ce{PCl5 (g) <=> PCl3 (g) + Cl2 (g)}$ $\Delta H > 0$

Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) $\ce{PCl5}$ w trakcie – opisanej w informacji wstępnej – reakcji prowadzonej w temperaturze 260 °C.

Wykres: stężenie PCl5 maleje wykładniczo w czasie i stabilizuje się po osiągnięciu równowagi w chwili t, przy 260°C

Tę reakcję przeprowadzono ponownie w tym samym reaktorze. Zmieniono jedynie temperaturę, w której znajdował się układ – wynosiła ona 400 °C.

Poniżej zestawiono wykresy przedstawiające zależność stężenia PCl₅ od czasu. Osie na wszystkich wykresach są wyskalowane tak samo.

Rozstrzygnij, na którym z poniższych wykresów (1.–4.) niebieska linia przedstawia zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) PCl₅ w trakcie reakcji prowadzonej w wyższej temperaturze. Odpowiedź uzasadnij – zapisz dwa różne argumenty.

Wykres 1: linia 400°C (niebieska) i 260°C (czerwona przerywana) przecinają się, obie opadają do zbliżonego poziomu — Wykres 1.

Wykres 2: linia 400°C (niebieska) opada szybciej i stabilizuje się niżej niż linia 260°C (czerwona przerywana) — Wykres 2.

Wykres 3: linia 400°C (niebieska) opada wolniej i stabilizuje się wyżej niż linia 260°C (czerwona przerywana) — Wykres 3.

Wykres 4: linia 400°C (niebieska) opada szybciej, ale stabilizuje się wyżej niż linia 260°C (czerwona przerywana) — Wykres 4.

Rozstrzygnięcie: …

Argumenty: 1. … 2. …

Pokaż odpowiedź

Wymagania określone w podstawie programowej

Wymagania ogólne
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 […].

Wymagania szczegółowe
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 6) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: stan dynamicznej równowagi i stała równowagi; pisze wyrażenie na stałą równowagi danej reakcji; 8) wymienia czynniki, które wpływają na stan równowagi reakcji […]; stosuje regułę Le Chateliera–Brauna (regułę przekory) do jakościowego określenia wpływu zmian temperatury […] i ciśnienia na układ pozostający w stanie równowagi dynamicznej.

Zasady oceniania 2 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i napisanie dwóch poprawnych argumentów. 1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawny jeden argument. 0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.

Rozwiązanie

Rozstrzygnięcie: wykres 2.

Argumenty:

W wyższej temperaturze reakcje chemiczne (w obu kierunkach) przebiegają szybciej, więc stan równowagi ustali się szybciej (przed czasem $t$).
Reakcja rozkładu $\ce{PCl5}$ jest procesem endotermicznym, więc w wyższej temperaturze jej wydajność będzie wyższa – przereaguje więcej $\ce{PCl5}$ i jego stężenie równowagowe będzie niższe niż w przypadku reakcji prowadzonej w 260 °C.