Poniższy wykres ilustruje zmianę energii podczas reakcji opisanej następującym równaniem:
X2 (g) + Y2 (g) ⇄ 2XY (g)
Określ, czy wydajność reakcji, w której otrzymuje się produkt XY, wzrośnie, zmniejszy się
czy pozostanie taka sama, jeśli w układzie w stanie równowagi,
następuje spadek temperatury w warunkach izobarycznych (𝒑 = 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐭).
następuje spadek ciśnienia w warunkach izotermicznych (𝑻 = 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐭).
Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu.
W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie 𝑝, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności
od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych
mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości
zestawiono w tabeli.
Rodzaj mieszaniny
zimowy LPG
letni LPG
𝑛propanu ∶ 𝑛butanu
70 : 30
30 : 70
Gęstość, g ∙ cm−3 (T = 273 K)
0,54
0,56
Na podstawie: https://www.e-petrol.pl
Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.
Δ𝐻opropan (g) = – 2219 kJ · mol–1
Δ𝐻obutan (g) = – 2878 kJ · mol–1
17.1. (0–2)
Wykonano doświadczenie. Próbkę 1,0 dm3 letniego LPG przeprowadzono w stan gazowy
i spalono.
Oblicz energię, która wydzieli się do otoczenia w wyniku całkowitego spalenia 1,0 dm3letniego LPG. Wynik podaj w kilodżulach. Przyjmij, że wartości entalpii spalania
węglowodorów są takie same jak w warunkach standardowych. Załóż, że powyższe
wartości nie ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury oraz że energia jest
wymieniana z otoczeniem wyłącznie na sposób ciepła.
17.2. (0–1)
Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania 1,0 dm3zimowego LPG
jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) ilość energii wydzielana podczas
całkowitego spalania tej samej objętości letniego LPG.
Ilość CO2 emitowanego do atmosfery podczas spalania 1,0 dm3 LPG jest większa
w przypadku (letniego / zimowego) LPG.
Reakcja rozkładu NO2 przebiega zgodnie z równaniem:
2NO2 (g) ⇄ 2NO (g) + O2 (g)
W zamkniętym reaktorze prowadzono reakcję do momentu ustalenia się stanu równowagi. Zależność stałej równowagi 𝐾 opisanej reakcji rozkładu od temperatury przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Do reaktora o stałej pojemności równej 1,0 dm3 wprowadzono tlenek azotu(II) oraz tlen. W temperaturze 900 K zainicjowano reakcję syntezy tlenku azotu(IV). Stwierdzono, że po osiągnięciu stanu równowagi stężenie tlenku azotu(II) w reaktorze było równe
1,0 mol · dm–3, a stężenie tlenu wynosiło 2,0 mol · dm–3.
Oblicz wydajność reakcji utleniania tlenku azotu(II) prowadzonej w temperaturze 900 K. Wynik podaj w procentach.
Na podstawie: J. Kępiński, Technologia chemiczna nieorganiczna, Warszawa 1984.
Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
W warunkach izotermicznych (T = const) wzrost ciśnienia wywołany sprężeniem mieszaniny gazów w stanie równowagi poskutkuje spadkiem wydajności przemiany amoniaku w opisanym procesie.
P
F
2.
W warunkach izobarycznych (p = const) wzrost temperatury mieszaniny gazów w stanie równowagi poskutkuje spadkiem wydajności przemiany amoniaku w opisanym procesie.
Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu.
W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie 𝑝, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności
od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych
mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości
zestawiono w tabeli.
Rodzaj mieszaniny
zimowy LPG
letni LPG
𝑛propanu ∶ 𝑛butanu
70 : 30
30 : 70
Gęstość, g ∙ cm−3 (T = 273 K)
0,54
0,56
Na podstawie: https://www.e-petrol.pl
Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.
Δ𝐻opropan (g) = – 2219 kJ · mol–1
Δ𝐻obutan (g) = – 2878 kJ · mol–1
Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania 1,0 dm3zimowego LPG
jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) ilość energii wydzielana podczas
całkowitego spalania tej samej objętości letniego LPG.
Ilość CO2 emitowanego do atmosfery podczas spalania 1,0 dm3 LPG jest większa
w przypadku (letniego / zimowego) LPG.
Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu.
W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie 𝑝, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności
od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych
mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości
zestawiono w tabeli.
Rodzaj mieszaniny
zimowy LPG
letni LPG
𝑛propanu ∶ 𝑛butanu
70 : 30
30 : 70
Gęstość, g ∙ cm−3 (T = 273 K)
0,54
0,56
Na podstawie: https://www.e-petrol.pl
Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.
Δ𝐻opropan (g) = – 2219 kJ · mol–1
Δ𝐻obutan (g) = – 2878 kJ · mol–1
Wykonano doświadczenie. Próbkę 1,0 dm3 letniego LPG przeprowadzono w stan gazowy
i spalono.
Oblicz energię, która wydzieli się do otoczenia w wyniku całkowitego spalenia 1,0 dm3letniego LPG. Wynik podaj w kilodżulach. Przyjmij, że wartości entalpii spalania
węglowodorów są takie same jak w warunkach standardowych. Załóż, że powyższe
wartości nie ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury oraz że energia jest
wymieniana z otoczeniem wyłącznie na sposób ciepła.
W celu wyznaczenia stężeniowej stałej równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑇 do
reaktora o stałej pojemności wprowadzono azot i wodór. Początkowe stężenie azotu było
równe 0,20 mol ⋅ dm–3, a początkowe stężenie wodoru wynosiło 0,60 mol ⋅ dm–3.
Następnie reaktor zamknięto i utrzymywano stałą temperaturę 𝑇. W reaktorze zaszła reakcja
opisana poniższym równaniem.
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Po pewnym czasie stwierdzono, że ciśnienie w reaktorze obniżyło się do 75% początkowej
wartości i już się nie zmieniało.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑻.
W zamkniętym reaktorze zachodzi reakcja opisana równaniem:
X2 (g) + 2Y2 (g) → 2XY2 (g)
Zależność szybkości tej reakcji od stężenia opisuje poniższe równanie kinetyczne.
𝑣 = 𝑘 ∙ 𝑐𝒂X2 ∙ 𝑐𝒃Y2
Aby wyznaczyć wykładniki 𝑎 i 𝑏 w równaniu kinetycznym, przeprowadzono serię pomiarów:
w temperaturze 𝑇 mierzono zależność szybkości reakcji od stężenia jednego z substratów
przy stałym stężeniu drugiego. Na podstawie wyników pomiarów sporządzono poniższe
wykresy zależności szybkości reakcji od:
Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest
fałszywe.
1.
Zmniejszenie objętości reaktora w warunkach izotermicznych, przy niezmienionej początkowej liczbie moli substratów, skutkuje wzrostem szybkości opisanej reakcji.
P
F
2.
Wzrost temperatury w reaktorze w warunkach izobarycznych, przy niezmienionej początkowej liczbie moli substratów, skutkuje spadkiem szybkości opisanej reakcji.
P
F
10.2. (0–4)
W reaktorze o pojemności 4,0 dm3 umieszczono stechiometryczną mieszaninę, zawierającą
łącznie 12,0 mol gazów X2 i Y2, i zainicjowano reakcję syntezy gazu XY2. W układzie
utrzymywano temperaturę 𝑇.
Na podstawie analizy wykresów ustal i napisz wartości wykładników 𝒂 i 𝒃. Następnie
oblicz wartość stałej szybkości reakcji 𝒌 oraz oblicz szybkość tej reakcji
w temperaturze 𝑻 w chwili, gdy w reaktorze znajdowało się łącznie 9,0 mol wszystkich
gazów.
W poniższej tabeli podano wartości entalpii (w temperaturze 298 K) trzech przemian:
syntezy tlenku azotu(II)
syntezy tlenku azotu(IV)
syntezy amoniaku.
Przemiana
Równanie przemiany
Δ𝐻°, kJ
1.
N2 (g) + O2 (g) ⇄ 2NO (g)
+182,52
2.
2NO (g) + O2 (g) ⇄ 2NO2 (g)
–114,14
3.
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
–91,88
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (𝑇 = const) w układzie będącym w stanie równowagi, w którym przebiega przemiana 1., będzie skutkowało wzrostem stężenia tlenku azotu(II).
P
F
2.
Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (𝑝 = const) w układzie będącym w stanie równowagi, w którym przebiega przemiana 2., będzie skutkowało zwiększeniem wartości stałej równowagi reakcji syntezy tlenku azotu(IV).
Do zlewki zawierającej 100 cm3 wody destylowanej o temperaturze 25 °C dodano chlorek srebra(I). Po pewnym czasie w zlewce powstał nasycony roztwór chlorku srebra(I), czyli ustalił się stan równowagi między osadem a roztworem. Następnie w zlewce rozpuszczono pewną ilość chlorku potasu, która w tej objętości roztworu uległa całkowitemu rozpuszczeniu. Opisane doświadczenie przedstawiono na schemacie:
Rozstrzygnij, czy w wyniku dodania chlorku potasu do otrzymanej mieszaniny masa osadu w zlewce zwiększyła się, zmniejszyła się, czy też nie uległa zmianie. Odpowiedź uzasadnij. W uzasadnieniu odwołaj się do procesu równowagowego w roztworze.
W poniższej tabeli podano wartości entalpii (w temperaturze 298 K) trzech przemian:
syntezy tlenku azotu(II)
syntezy tlenku azotu(IV)
syntezy amoniaku.
Przemiana
Równanie przemiany
Δ𝐻°, kJ
1.
N2 (g) + O2 (g) ⇄ 2NO (g)
+182,52
2.
2NO (g) + O2 (g) ⇄ 2NO2 (g)
–114,14
3.
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
–91,88
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (𝑇 = const) w układzie będącym w stanie równowagi, w którym przebiega przemiana 1., będzie skutkowało wzrostem stężenia tlenku azotu(II).
P
F
2.
Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (𝑝 = const) w układzie będącym w stanie równowagi, w którym przebiega przemiana 2., będzie skutkowało zwiększeniem wartości stałej równowagi reakcji syntezy tlenku azotu(IV).
W poniższej tabeli podano wartości entalpii (w temperaturze 298 K) trzech przemian:
syntezy tlenku azotu(II)
syntezy tlenku azotu(IV)
syntezy amoniaku.
Przemiana
Równanie przemiany
Δ𝐻°, kJ
1.
N2 (g) + O2 (g) ⇄ 2NO (g)
+182,52
2.
2NO (g) + O2 (g) ⇄ 2NO2 (g)
–114,14
3.
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
–91,88
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
W celu wyznaczenia równania kinetycznego przemiany 2. przeprowadzono w temperaturze 𝑇 doświadczenia I–III. Wartości stężeń początkowych obu substratów oraz odpowiadające im wartości szybkości początkowych zestawiono w tabeli.
Stężenie początkowe, mol ∙ dm–3
Szybkość początkowa, mol ∙ dm–3 ∙ s–1
NO
O2
I
0,012
0,020
0,102
II
0,024
0,020
0,408
III
0,024
0,040
0,816
Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2006.
a) Na podstawie danych z tabeli uzupełnij równanie kinetyczne opisanej przemiany. Wpisz wartości wykładników w wyznaczone miejsca.
Równanie kinetyczne:
b) Spośród podanych odpowiedzi wybierz poprawną wartość stałej szybkości reakcji k w temperaturze T oraz właściwą jednostkę. Zaznacz A, B albo C oraz 1, 2 albo 3.
W roztworze wodnym nadtlenek wodoru rozkłada się zgodnie z równaniem:
2H2O2 (aq) → 2H2O (c) + O2 (g)
Reakcja ta zachodzi powoli, stąd trudno zauważyć wydzielanie się tlenu.
Przygotowano wodny roztwór nadtlenku wodoru i podzielono go na dwie porcje o tej samej objętości. Pierwszą porcję wlano do zlewki I, a drugą – do zlewki II. Zlewkę I pozostawiono w temperaturze 25°C, a do zlewki II w tej samej temperaturze dodano niewielką ilość tlenku manganu(IV). W zlewce I nie zauważono zmian. W zlewce II zaobserwowano gwałtowne wydzielanie bezbarwnego, bezwonnego i palnego gazu. Po zakończeniu reakcji roztwór nad osadem w zlewce II pozostał bezbarwny.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Tlenek manganu(IV) w opisanej reakcji pełni funkcję (katalizatora / substratu / produktu). Jego działanie polega na (podwyższeniu energii aktywacji /obniżeniu energii aktywacji / zwiększeniu stężenia substratu) reakcji.
W roztworze wodnym nadtlenek wodoru rozkłada się zgodnie z równaniem:
2H2O2 (aq) → 2H2O (c) + O2 (g)
Reakcja ta zachodzi powoli, stąd trudno zauważyć wydzielanie się tlenu.
Badano zależność szybkości rozkładu nadtlenku wodoru od stężenia wodnego roztworu tej substancji w temperaturze T = 40°C oraz w temperaturze T1. Wyniki eksperymentu przedstawiono na poniższym wykresie.
Źródło: H.F. Holtzclaw, W.R. Robinson, College Chemistry, Lexington, Toronto 1988.
Uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Dla danego stężenia nadtlenku wodoru szybkość jego rozkładu jest w temperaturze T1 (mniejsza / większa), niż w temperaturze T = 40 °C, co oznacza, że temperatura T1 jest (wyższa / niższa) od temperatury 40 °C.
Węgiel i tlenek węgla(IV) umieszczono w zamkniętym pojemniku o objętości 1 dm3 w temperaturze T i pod ciśnieniem p. Następnie zainicjowano reakcję chemiczną. Po pewnym czasie osiągnięto stan równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:
C (s) + CO2 (g) ⇄ 2CO (g) ΔH > 0
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Zmniejszenie objętości reaktora w warunkach izotermicznych (T = const.) nie wpływa na stan równowagi.
P
F
2.
Po wprowadzeniu katalizatora wzrasta wydajność reakcji, w której powstaje tlenek węgla(II).
Związek chemiczny o nazwie 2-metyloprop-1-en (izobutylen) jest ważnym surowcem
w syntezach organicznych. Przeprowadzono dwie reakcje z udziałem 2-metyloprop-1-enu
jako substratu. W reakcji I ten związek poddano polimeryzacji i otrzymano poliizobutylen.
W reakcji II przeprowadzono addycję bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu.
Addycja bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie z dwuetapowym
mechanizmem ukazanym na poniższym schemacie.
Na wykresie przedstawiono zmianę energii potencjalnej drobin podczas przebiegu reakcji
chemicznej.
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2018.
23.1. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F –
jeśli jest fałszywe.
1.
Entalpia reakcji addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu przyjmuje wartość ujemną (Δ𝐻 < 0).
P
F
2.
Reakcja addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie z mechanizmem nukleofilowym.
P
F
23.2. (0–1)
Szybkość reakcji chemicznej zależy od szybkości najwolniejszego etapu danej przemiany.
Rozstrzygnij, który etap – 1 czy 2 – jest wolniejszy, więc decyduje o szybkości reakcji
addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu. Odpowiedź uzasadnij.
Molową entalpię spalania butan-1-olu można wyznaczyć doświadczalnie. W tym celu szklany palnik napełnia się butan-1-olem, a następnie waży. Za pomocą tak przygotowanego palnika ogrzewa się kolbę zawierającą wodę o znanej masie. Proces spalania alkoholu prowadzi się przez pewien czas, przy czym stale kontroluje się za pomocą termometru temperaturę wody w kolbie. Na zakończenie doświadczenia palnik waży się powtórnie.
Przeprowadzono opisane doświadczenie i na podstawie zmiany temperatury wody określono, że w tym doświadczeniu woda pobrała 𝑄 = 50 400 J energii cieplnej pochodzącej ze spalania butan-1-olu.
W tabeli poniżej zestawiono dane z pomiaru masy palnika podczas doświadczenia.
Masa palnika napełnionego butan-1-olem
219,80 g
Masa palnika po zakończeniu doświadczenia
218,32 g
11.1. (0–1)
Napisz równanie reakcji spalania całkowitego butan-1-olu. Zastosuj wzory sumaryczne substratów i produktów.
11.2. (0–2)
Na podstawie efektu cieplnego reakcji (𝑄) można obliczyć entalpię reakcji (Δ𝐻).
Oblicz molową entalpię spalania butan-1-olu. Pomiń straty ciepła. Wynik zapisz w zaokrągleniu do liczb całkowitych oraz z jednostką kJ·mol‒1. Uwzględnij odpowiedni znak entalpii reakcji.
