Piemēru jautājumi un reakcijas ātruma vienādojumu un reakcijas secības apspriešana
Reakcijas ātruma un reakcijas secības izpratne un pētīšana ir svarīga ķīmiskās kinētikas izpētes sastāvdaļa. Šajā rakstā mēs apspriedīsim pamatjēdzienus, sniegsim piemērus problēmām un apspriedīsim reakcijas ātruma vienādojumus un reakcijas secību.
Ievads reakcijas ātrumā un reakcijas secībā
Ladžu Reaksi
Reakcijas ātrums ir reaģenta vai produkta koncentrācijas izmaiņu ātrums laika vienībā. Ātruma vienādojumos mēs bieži redzam šādu vispārīgu formu:
\[ \text{likme} = k \cdot [A]^m \cdot [B]^n \]
Kur:
– \(\text{rate}\) ir reakcijas ātrums.
– \(k\) ir reakcijas ātruma konstante.
– \([A]\) un \([B]\) ir reaģentu A un B koncentrācijas.
– \(m\) un \(n\) ir reakcijas kārtas attiecībā pret A un B.
Reakcijas secība
Reakcijas kārta apraksta, cik lielā mērā reaģenta koncentrācija ietekmē reakcijas ātrumu. Reakcijas kopējā kārta ir katra reaģenta kārtu summa.
Piemēru jautājumi un reakcijas ātruma un reakcijas secības apspriešana
1. jautājuma piemērs
Jautājums:
Reakciju starp vielu A un vielu B apraksta ķīmiskais vienādojums:
\[ A + 2B \labā bultiņa C \]
Ir zināms, ka šīs reakcijas ātrums ir:
\[ \text{likme} = k \cdot [A]^2 \cdot [B] \]
1. Nosakiet reakcijas secību attiecībā pret A un B.
2. Nosakiet reakcijas kopējo kārtu.
Diskusija:
1. No ātruma vienādojuma ( \text{rate} = k \cdot [A]^2 \cdot [B] \) var redzēt, ka:
– Reakcijas kārta attiecībā pret A ir 2 (jo \([A]\) eksponents ir 2).
– Reakcijas kārta attiecībā pret B ir 1 (jo \([B]\) eksponents ir 1).
2. Reakcijas kopējā kārta ir katra reaģenta kārtu summa:
– Kopējais pasūtījums = Pasūtījums A + Pasūtījums B = 2 + 1 = 3.
2. jautājuma piemērs
Jautājums:
No eksperimenta tika iegūti šādi reakcijas ātruma dati:
| [A] (mol/L) | [B] (mol/L) | Reakcijas ātrums (mol/L s) |
|———-|———-|—————————–|
| 0.1 | 0.1 | 0.01 |
| 0.1 | 0.2 | 0.02 |
| 0.2 | 0.2 | 0.08 |
1. Nosakiet reaģentu A un B reakcijas secību.
2. Aprēķiniet reakcijas ātruma konstanti (k).
Diskusija:
1. Lai noteiktu reakcijas secību, mums jāaplūko, kā mainās reakcijas ātrums, mainoties reaģentu koncentrācijai:
– Nosakiet reakcijas secību attiecībā pret A:
Salīdziniet 2. un 3. eksperimentu:
– \([A]\) palielinās no 0.1 M līdz 0.2 M (dubultojas), kamēr \([B]\) paliek 0.2 M.
– Reakcijas ātrums palielinās no 0.02 mol/L s līdz 0.08 mol/L s (četras reizes).
Reakcijas secību attiecībā pret A var noteikt ar vienādojumu:
\[ \left(\frac{0.2}{0.1}\right)^m = \frac{0.08}{0.02} \]
\[2^m = 4 \]
\[ m = 2 \]
– Nosakiet reakcijas secību attiecībā pret B:
Salīdziniet 1. un 2. eksperimentu:
– \([B]\) palielinās no 0.1 M līdz 0.2 M (dubultojas), kamēr \([A]\) paliek 0.1 M.
– Reakcijas ātrums palielinās no 0.01 mol/L s līdz 0.02 mol/L s (dubultojas).
Reakcijas secību attiecībā pret B var noteikt ar vienādojumu:
\[ \left(\frac{0.2}{0.1}\right)^n = \frac{0.02}{0.01} \]
\[2^n = 2 \]
\[n = 1 \]
2. Nosakiet reakcijas ātruma konstanti (k):
Izmantojiet datus no viena no eksperimentiem (piemēram, 1. eksperimenta):
\[ \text{likme} = k \cdot [A]^2 \cdot [B] \]
\[0.01 = k \cdot (0.1)^2 \cdot 0.1 \]
\[0.01 = k \cdot 0.001 \]
\[k = \frac{0.01}{0.001} = 10 \, \text{L}^2/(\text{mol}^2 \cdot \text{s}) \]
3. jautājuma piemērs
Jautājums:
Reakcija notiek saskaņā ar šādu ātruma vienādojumu:
\[ \text{likme} = k \cdot [A]^{1/2} \cdot [B]^2 \]
Ja sākotnējās A un B koncentrācijas ir attiecīgi 0.36 M un 0.2 M, kāds ir reakcijas ātrums šajā brīdī, ja \(k = 5 \, \text{L}^{5/2} / (\text{mol}^{5/2} \cdot \text{s}) \)?
Diskusija:
Izmantojiet doto ātruma vienādojumu:
\[ \text{likme} = k \cdot [A]^{1/2} \cdot [B]^2 \]
Ievadiet norādītās vērtības:
\[ \text{likme} = 5 \cdot (0.36)^{1/2} \cdot (0.2)^2 \]
Aprēķiniet koncentrācijas vērtību:
\[ (0.36)^{1/2} = 0.6 \]
\[ (0.2)^2 = 0.04 \]
Tagad ievietojiet šīs vērtības vienādojumā:
\[ \text{ātrums} = 5 \cdot 0.6 \cdot 0.04 \]
\[ \text{likme} = 5 \cdot 0.024 \]
[ātrums = 0.12, mol/l s]
Reakcijas ātrums pie šīs koncentrācijas ir 0.12 mol/L s.
Secinājums
Reakcijas ātruma vienādojums un reakcijas secība ir ķīmiskās kinētikas pamatjēdzieni. Izprotot, kā reaģentu koncentrācijas ietekmē reakcijas ātrumu, mēs varam aprēķināt reakcijas ātrumu un noteikt ātruma konstanti. Šajā rakstā sniegti problēmu piemēri un risinājumi, lai palīdzētu izprast šos jēdzienus. Laba šo tēmu izpratne ir būtiska praktiskai pielietošanai ķīmijas laboratorijā un rūpnieciskajos procesos.
Ar regulāru praksi un rūpīgu analīzi mēs varam labāk izprast, kā noteikt reakcijas secības un izmantot ātruma vienādojumus dažādās situācijās. Lai jauka mācīšanās!
