Voorbeeldvrae en bespreking van reaksiesnelheidsvergelykings en reaksievolgorde
Die verstaan en bestudering van reaksiesnelhede en reaksieordes is 'n noodsaaklike deel van die studie van chemiese kinetika. In hierdie artikel sal ons die basiese konsepte bespreek, voorbeeldprobleme aanbied en 'n bespreking van reaksiesnelvergelykings en reaksieordes aanbied.
Inleiding tot Reaksiespoed en Reaksieorde
Reaksietempo
Die reaksiesnelheid is die tempo van verandering in die konsentrasie van 'n reaktant of produk per tydseenheid. In tempovergelykings sien ons dikwels die volgende algemene vorm:
[Tempo = k [A]^m [B]^n]
Waar:
– \(\text{tempo}\) is die reaksietempo.
– \(k\) is die reaksietempokonstante.
– \([A]\) en \([B]\) is die konsentrasies van reaktante A en B.
– \(m\) en \(n\) is die reaksieordes met betrekking tot A en B.
Reaksieorde
Die orde van 'n reaksie beskryf hoeveel invloed die konsentrasie van 'n reaktant op die reaksiespoed het. Die totale orde van 'n reaksie is die som van die ordes van elke reaktant.
Voorbeeldvrae en bespreking van reaksiesnelheid en reaksievolgorde
Voorbeeldvraag 1
Vraag:
Die reaksie tussen stof A en stof B word gegee deur die chemiese vergelyking:
\[ A + 2B \regs pyltjie C \]
Dit is bekend dat die reaksiespoed vir hierdie reaksie is:
[Tempo = k [A]^2 [B]]
1. Bepaal die reaksieorde met betrekking tot A en B.
2. Bepaal die totale orde van die reaksie.
Bespreking:
1. Uit die tempovergelyking (\(tempo = k [A]^2 [B]) kan ons sien dat:
– Die orde van reaksie met betrekking tot A is 2 (omdat die eksponent van \([A]\) 2 is).
– Die orde van reaksie met betrekking tot B is 1 (omdat die eksponent van \([B]\) 1 is).
2. Die totale orde van die reaksie is die som van die ordes van elke reaktant:
– Totale bestelling = Bestelling A + Bestelling B = 2 + 1 = 3.
Voorbeeldvraag 2
Vraag:
Uit 'n eksperiment is die volgende reaksiesnelheidsdata verkry:
| [A] (mol/L) | [B] (mol/L) | Reaksiespoed (mol/L s) |
|———-|———-|————————–|
| 0.1 | 0.1 | 0.01 |
| 0.1 | 0.2 | 0.02 |
| 0.2 | 0.2 | 0.08 |
1. Bepaal die reaksievolgorde vir reaktante A en B.
2. Bereken die reaksietempokonstante (k).
Bespreking:
1. Om die orde van 'n reaksie te bepaal, moet ons kyk na hoe die reaksiespoed verander wanneer die konsentrasie van die reaktante verander word:
– Bepaal die reaksieorde met betrekking tot A:
Vergelyk eksperimente 2 en 3:
– \([A]\) neem toe van 0.1 M tot 0.2 M (verdubbel), terwyl \([B]\) 0.2 M bly.
– Die reaksietempo neem toe van 0.02 mol/L s tot 0.08 mol/L s (viervoudig).
Die reaksieorde met betrekking tot A kan bepaal word deur die vergelyking:
[ \links(\frac{0.2}{0.1}\regs)^m = \frac{0.08}{0.02} \]
\[ 2^m = 4 \]
\[ m = 2 \]
– Bepaal die reaksieorde met betrekking tot B:
Vergelyk eksperimente 1 en 2:
– \([B]\) neem toe van 0.1 M tot 0.2 M (verdubbel), terwyl \([A]\) 0.1 M bly.
– Die reaksietempo neem toe van 0.01 mol/L s tot 0.02 mol/L s (verdubbel).
Die reaksieorde met betrekking tot B kan bepaal word deur die vergelyking:
[ \links(\frac{0.2}{0.1}\regs)^n = \frac{0.02}{0.01} \]
\[ 2^n = 2 \]
\[n = 1 \]
2. Bepaal die reaksietempokonstante (k):
Gebruik data van een van die eksperimente (byvoorbeeld, eksperiment 1):
[Tempo = k [A]^2 [B]]
[0.01 = k (0.1)^2 0.1]
\[ 0.01 = k ≥ 0.001 \]
[k = \frac{0.01}{0.001} = 10 \, \tex{L}^2/(\tex{mol}^2 \cdot \tex{s}) \]
Voorbeeldvraag 3
Vraag:
'n Reaksie volg die volgende tempovergelyking:
[Tempo = k [A]^{1/2} [B]^2]
As die aanvanklike konsentrasies van A en B onderskeidelik 0.36 M en 0.2 M is, wat is die reaksietempo by hierdie punt as (k = 5, L^5/2 / (mol^5/2 s))?
Bespreking:
Gebruik die gegewe tempovergelyking:
[Tempo = k [A]^{1/2} [B]^2]
Voer die gegewe waardes in:
[\tex{tempo} = 5 \cdot (0.36)^{1/2} \cdot (0.2)^2 \]
Bereken die konsentrasiewaarde:
\[ (0.36)^{1/2} = 0.6 \]
\[ (0.2)^2 = 0.04 \]
Voeg nou daardie waardes in die vergelyking in:
[\tex{tempo} = 5 ⋅ 0.6 ⋅ 0.04\]
\[ \teks{koers} = 5 \cdot 0.024 \]
\[ \tex{tempo} = 0.12 \, \tex{mol/L\ s} \]
Die reaksietempo by hierdie konsentrasie is 0.12 mol/L s-1.
Afsluiting
Die reaksiesnelheidsvergelyking en reaksieorde is fundamentele konsepte in chemiese kinetika. Deur te verstaan hoe reaktantkonsentrasies reaksiesnelhede beïnvloed, kan ons die tempo van 'n reaksie bereken en die tempokonstante bepaal. Hierdie artikel verskaf voorbeeldprobleme en oplossings om die begrip van hierdie konsepte te bevorder. 'n Goeie begrip van hierdie onderwerpe is noodsaaklik vir praktiese toepassings in die chemiese laboratorium en industriële prosesse.
Met gereelde oefening en noukeurige analise kan ons beter verstaan hoe om reaksieordes te bepaal en reaksietempovergelykings in verskeie situasies te gebruik. Lekker leer!
