Chemia - Matura Czerwiec 2018, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 8.
Reakcja redukcji tlenku azotu(II) wodorem przebiega zgodnie z równaniem:
2NO (g) + 2H2 (g) → N2 (g) + 2H2O (g)
Szybkość tej reakcji wyraża się następującym równaniem kinetycznym:
v = k ⋅ c2NO ⋅ cH2
W tym równaniu k jest współczynnikiem proporcjonalności zwanym stałą szybkości reakcji, cNO i cH 2 oznaczają stężenia molowe odpowiednio tlenku azotu(II) i wodoru. Stała szybkości k jest charakterystyczna dla danej reakcji, zależy od temperatury, ale nie zależy od stężenia substratów.
Na podstawie: K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna. Podstawy fenomenologiczne, Warszawa 2007.
W zamkniętym reaktorze o pojemności 2 dm3 zmieszano 6 moli tlenku azotu(II) i 4 mole wodoru. Podczas reakcji utrzymywano stałą temperaturę.
Oblicz stosunek szybkości opisanej reakcji w chwili, gdy przereaguje 50% początkowej ilości tlenku azotu(II), do szybkości początkowej tej reakcji.
Rozwiązanie
Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku
jako wielkości niemianowanej.
1 p. – zastosowanie poprawnej metody, ale
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
lub
– podanie wyniku jako wielkości mianowanej.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Początkowe stężenia substratów wynoszą:
[NO] = nNOV = 6 mol2 dm3 = 3 mol ∙ dm–3
[H2] = nH2V = 4 mol2 dm3 = 2 mol ∙ dm–3
Początkowa szybkość reakcji: v0 = k ∙ 32 ∙ 2 = 18 ∙ k
stężenia substratów po przereagowaniu 50% NO są równe:
[NO] = nNOV = (6 – 3) mol2 dm3 = 1,5 mol ∙ dm–3
[H2] = nH2V = (4 – 3) mol2 dm3 = 0,5 mol ∙ dm–3
Końcowa szybkość reakcji wynosi: v = k ∙ (1,5)2 ∙ 0,5 = 1,125 ∙ k
vv0 = 1,125 ∙ k18 ∙ k = 116 = 0,0625
lub
v0v = 161 = 10,0625
