Pavyzdiniai klausimai ir reakcijos greičio lygčių bei reakcijos tvarkos aptarimas
Reakcijos greičių ir reakcijos eilių supratimas ir tyrimas yra esminė cheminės kinetikos tyrimo dalis. Šiame straipsnyje aptarsime pagrindines sąvokas, pateiksime pavyzdžių uždavinių ir aptarsime reakcijos greičio lygtis bei reakcijos eiles.
Įvadas į reakcijos greitį ir reakcijos tvarką
Laju Reaksi
Reakcijos greitis yra reagento arba produkto koncentracijos kitimo greitis per laiko vienetą. Greičio lygtyse dažnai matome tokią bendrą formą:
[tempas] = k [A]^m [B]^n]
Kur:
– \(\text{rate}\) yra reakcijos greitis.
– \(k\) yra reakcijos greičio konstanta.
– \([A]\) ir \([B]\) yra reagentų A ir B koncentracijos.
– \(m\) ir \(n\) yra reakcijos eilės A ir B atžvilgiu.
Reakcijos tvarka
Reakcijos eilė apibūdina, kiek reagento koncentracija daro įtaką reakcijos greičiui. Bendra reakcijos eilė yra kiekvieno reagento eilių suma.
Pavyzdiniai klausimai ir reakcijos greičio bei reakcijos tvarkos aptarimas
1 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Medžiagos A ir medžiagos B reakciją apibūdina cheminė lygtis:
\[ A + 2B \rodyklė dešinėn C \]
Yra žinoma, kad šios reakcijos greitis yra:
[\text{greitis} = k \cdot [A]^2 \cdot [B]]
1. Nustatykite reakcijos eilę A ir B atžvilgiu.
2. Nustatykite bendrą reakcijos eilę.
Diskusija:
1. Iš greičio lygties \( \text{rate} = k \cdot [A]^2 \cdot [B] \) matome, kad:
– Reakcijos eilė A atžvilgiu yra 2 (nes \([A]\) laipsnio rodiklis lygus 2).
– Reakcijos eilė B atžvilgiu yra 1 (nes \([B]\) laipsnio rodiklis lygus 1).
2. Bendra reakcijos eilė yra kiekvieno reagento eilių suma:
– Bendra užsakymo suma = Užsakymas A + Užsakymas B = 2 + 1 = 3.
2 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Iš eksperimento gauti šie reakcijos greičio duomenys:
| [A] (mol/l) | [B] (mol/l) | Reakcijos greitis (mol/l s) |
|———-|———-|—————————–|
| 0.1 | 0.1 | 0.01 |
| 0.1 | 0.2 | 0.02 |
| 0.2 | 0.2 | 0.08 |
1. Nustatykite reagentų A ir B reakcijos eilę.
2. Apskaičiuokite reakcijos greičio konstantą (k).
Diskusija:
1. Norėdami nustatyti reakcijos eilę, turime išnagrinėti, kaip keičiasi reakcijos greitis, kai keičiasi reagentų koncentracija:
– Nustatykite reakcijos eilę A atžvilgiu:
Palyginkite 2 ir 3 eksperimentus:
– \([A]\) padidėja nuo 0.1 M iki 0.2 M (padvigubėja), o \([B]\) išlieka 0.2 M.
– Reakcijos greitis padidėja nuo 0.02 mol/L s iki 0.08 mol/L s (keturis kartus).
Reakcijos eilę A atžvilgiu galima nustatyti pagal lygtį:
\[ \left(\frac{0.2}{0.1}\right)^m = \frac{0.08}{0.02} \]
\[2^m = 4 \]
\[ m = 2 \]
– Nustatykite reakcijos eilę B atžvilgiu:
Palyginkite 1 ir 2 eksperimentus:
– \([B]\) padidėja nuo 0.1 M iki 0.2 M (padvigubėja), o \([A]\) išlieka 0.1 M.
– Reakcijos greitis padidėja nuo 0.01 mol/L s iki 0.02 mol/L s (padvigubėja).
Reakcijos eilę B atžvilgiu galima nustatyti pagal lygtį:
\[ \left(\frac{0.2}{0.1}\right)^n = \frac{0.02}{0.01} \]
\[2^n = 2 \]
\[n = 1 \]
2. Nustatykite reakcijos greičio konstantą (k):
Naudokite duomenis iš vieno iš eksperimentų (pavyzdžiui, 1 eksperimento):
[\text{greitis} = k \cdot [A]^2 \cdot [B]]
\[0.01 = k \cdot (0.1)^2 \cdot 0.1 \]
\[0.01 = k \cdot 0.001 \]
\[k = \frac{0.01}{0.001} = 10 \, \text{L}^2/(\text{mol}^2 \cdot \text{s}) \]
3 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Reakcija vyksta pagal šią greičio lygtį:
\[ \text{tempo} = k \cdot [A]^{1/2} \cdot [B]^2 \]
Jei pradinės A ir B koncentracijos yra atitinkamai 0.36 M ir 0.2 M, koks yra reakcijos greitis šiame taške, jei \(k = 5 \, \text{L}^{5/2} / (\text{mol}^{5/2} \cdot \text{s}) \)?
Diskusija:
Naudokite pateiktą greičio lygtį:
\[ \text{tempo} = k \cdot [A]^{1/2} \cdot [B]^2 \]
Įveskite nurodytas vertes:
\[ \text{greitis} = 5 \cdot (0.36)^{1/2} \cdot (0.2)^2 \]
Apskaičiuokite koncentracijos vertę:
\[ (0.36)^{1/2} = 0.6 \]
\[ (0.2)^2 = 0.04 \]
Dabar įrašykite šias vertes į lygtį:
\[ \text{greitis} = 5 \cdot 0.6 \cdot 0.04 \]
\[ \text{tempo} = 5 \cdot 0.024 \]
[ [ _____ greitis } = 0.12 ____, _____ mol/l s } ___]
Reakcijos greitis esant šiai koncentracijai yra 0.12 mol/l s.
Išvada
Reakcijos greičio lygtis ir reakcijos eilė yra pagrindinės cheminės kinetikos sąvokos. Suprasdami, kaip reagentų koncentracijos veikia reakcijos greitį, galime apskaičiuoti reakcijos greitį ir nustatyti greičio konstantą. Šiame straipsnyje pateikiami pavyzdiniai uždaviniai ir sprendimai, padėsiantys suprasti šias sąvokas. Geras šių temų supratimas yra būtinas praktiniam pritaikymui chemijos laboratorijoje ir pramoniniuose procesuose.
Dažnai praktikuodamiesi ir atidžiai analizuodami, galime geriau suprasti, kaip nustatyti reakcijos eiles ir naudoti reakcijos greičio lygtis įvairiose situacijose. Smagaus mokymosi!
