Egzanp Kesyon Diskisyon sou Sinetik Chimik
Sinetik chimik se yon branch chimi ki etidye vitès reyaksyon chimik yo ak faktè ki enfliyanse yo. Yon konpreyansyon apwofondi sou sinetik chimik esansyèl pou syantis ak enjenyè chimi yo ka devlope pwosesis endistriyèl efikas epi konprann divès reyaksyon byochimik ki fèt nan òganis vivan yo. Atik sa a pral diskite sou plizyè pwoblèm egzanp ki gen rapò ak sinetik chimik ak solisyon yo pou bay yon konpreyansyon pi pwofon sou sijè sa a.
Egzanp Kesyon 1: Detèminasyon Lòd Reyaksyon an
Kesyon:
Yon reyaksyon gen ekwasyon vitès jeneral sa a:
\[ R = k[A]^m[B]^n \]
Ki kote:
– \(R \) se vitès reyaksyon an,
– \(k \) se konstan vitès la,
– \([A] \) ak \([B]\) se konsantrasyon reyaktif A ak B yo,
– \(m\) ak \(n\) se lòd reyaksyon yo parapò ak A ak B.
Li konnen ke eksperyans lan te fèt ak varyasyon konsantrasyon sa yo:
| Eksperyans | \([A]\) (mol/L) | \([B]\) (mol/L) | Vitès reyaksyon (mol/(Ls)) |
|————–|——————-|———————–|——————————|
| 1 | 0,10 | 0,20 | 0,030 |
| 2 | 0,10 | 0,40 | 0,060 |
| 3 | 0,20 | 0,20 | 0,120 |
Detèmine lòd reyaksyon an parapò ak A ak B epi valè konstan vitès la \(k\).
Diskisyon:
Pou detèmine lòd reyaksyon an parapò ak A ak B, nou dwe konpare vitès reyaksyon yo ak diferan varyasyon konsantrasyon.
Premyèman, nou detèmine lòd reyaksyon an parapò ak B lè nou konpare eksperyans 1 ak 2:
\[ \frac{\text{R2}}{\text{R1}} = \frac{k[A]^m [B_2]^n}{k[A]^m [B_1]^n} \]
\[ \frac{0,060}{0,030} = \frac{[0,10]^m [0,40]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 2 = \goch(\frac{0,40}{0,20}\dwat)^n \]
\[ 2 = 2^n \]
\[n = 1\]
Lòd reyaksyon an parapò ak B se 1.
Apre sa, nou detèmine lòd reyaksyon an parapò ak A lè nou konpare eksperyans 1 ak 3:
\[ \frac{\text{R3}}{\text{R1}} = \frac{k[A_3]^m [B]^n}{k[A_1]^m [B]^n} \]
\[ \frac{0,120}{0,030} = \frac{[0,20]^m [0,20]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 4 = \goch(\frac{0,20}{0,10}\dwat)^m \]
\[ 4 = 2^m \]
\[m = 2\]
Lòd reyaksyon an parapò ak A se 2.
Kidonk, ekwasyon vitès reyaksyon an se:
\[ R = k[A]^2[B] \]
Kounye a, nou jwenn valè konstan vitès la \(k\). Sèvi ak done ki soti nan eksperyans 1 an:
\[ 0,030 = k[0,10]^2[0,20] \]
\[ 0,030 = k ⋅ 0,01 ⋅ 0,20 ]
\[ 0,030 = k \ fwa 0,002 \]
\[ k = \frac{0,030}{0,002} \]
k = 15 L²/(mol² s)
Kidonk, konstan vitès la \(k\) se 15 L²/(mol²·s).
Egzanp Kesyon 2: Mwatye lavi yon reyaksyon dezyèm lòd
Kesyon:
Etandone yon reyaksyon dezyèm lòd ak ekwasyon vitès la:
\[ R = k[A]^2 \]
Konstan vitès reyaksyon an (\( k \)) se 0,5 L/(mol·s). Si konsantrasyon inisyal reyaktif la \( [A]_0 \) se 1 mol/L, jwenn mwatye lavi reyaksyon an.
Diskisyon:
Pou reyaksyon dezyèm lòd yo, yo ka kalkile mwatye lavi a (\( t_{1/2} \)) lè l sèvi avèk ekwasyon an:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{k[A]_0} \]
Ranplase valè yo konnen yo:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5 \fwa 1} \]
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5} \]
\[ t_{1/2} = 2 \ \tèks{s} \]
Kidonk, mwatye lavi yon reyaksyon dezyèm lòd ak yon konstan vitès 0,5 L/(mol·s) ak yon konsantrasyon reyaktif inisyal 1 mol/L se 2 segonn.
Egzanp Kesyon 3: Enèji Aktivasyon atravè Ekwasyon Arrhenius la
Kesyon:
Yon reyaksyon gen de konstan vitès diferan nan de tanperati diferan:
– Nan 300 K, konstan vitès la (\( k_1 \)) se 0,2 L/(mol·s)
– Nan 350 K, konstan vitès la (\( k_2 \)) se 0,4 L/(mol·s)
Detèmine enèji aktivasyon (\(E_a \)) reyaksyon an lè l sèvi avèk ekwasyon Arrhenius la:
\[ k = A e^{-E_a/(RT)} \]
Diskisyon:
Ekwasyon Arrhenius la kapab ekri nan fòm logaritmik jan sa a:
\[ \ln k = \ln A – \frac{E_a}{RT} \]
Nou ka itilize de done konstan vitès nan de tanperati diferan pou detèmine \( E_a \):
Ann ekri de ekwasyon pou de kondisyon sa yo:
\[ \ln k_1 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1} \]
\[ \ln k_2 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2} \]
Lè nou soustrè de ekwasyon sa yo:
\[ \ln k_2 – \ln k_1 = \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2}\right) – \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1}\right) \]
\[ \ln \left(\frac{k_2}{k_1}\right) = -\frac{E_a}{R} \left(\frac{1}{T_2} – \frac{1}{T_1}\right) \]
Ranplase valè \(k_1\), \(k_2\), \(T_1\), ak \(T_2\):
\[ \ln \left(\frac{0,4}{0,2}\right) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ \ln (2) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{300 – 350}{350 \cdot 300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{-50}{105000}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{2100}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{17462850/2100} \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8314} \]
\[ E_a = 0,693 \fwa 8314 \]
E_a = 5761,842 J/mol
Kidonk, enèji aktivasyon an (\(E_a \)) pou reyaksyon an se anviwon 5761,842 J/mol oubyen anviwon 5,76 kJ/mol.
-
Konnen sinetik chimik ak konprann diskisyon pwoblèm sa yo enpòtan anpil nan plizyè domèn, patikilyèman nan endistri chimik la ak rechèch syantifik. Pwoblèm egzanp ki anwo a bay yon konpreyansyon sou metòd pou detèmine lòd reyaksyon, mwatye lavi, ak enèji aktivasyon, ki enpòtan anpil pou devlopman teknolojik ak yon konpreyansyon pi pwofon sou mekanis reyaksyon chimik yo.
