Chemia - Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 5.
W zamkniętym reaktorze w stałej objętości (V = 1,00 dm3) znajduje się początkowa ilość gazowego substratu A równa 𝑛oA =1,100 mol. Układ ogrzano do temperatury 550°C, co zapoczątkowało reakcję rozkładu substratu A do gazowego produktu B. Układ termostatowano przez pewien czas, do ustalenia się równowagi dynamicznej pomiędzy reagentami A i B.
Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru stężeń reagentów A i B w trakcie trwania reakcji do momentu ustalenia się stanu równowagi dynamicznej w podanej temperaturze.
Po trzydziestu minutach od momentu osiągnięcia stanu równowagi od początku eksperymentu, po osiągnięciu stanu równowagi, do reaktora wprowadzono dodatkowo 0,800 mol reagenta A.
Uwagi od BiologHelp:
Zmodyfikowano oryginalną treść zadania od CKE, aby pokrywała się ona z poniższym wykresem załączonym do zadania oraz treścią polecenia.
Uzupełnij wykres tak, aby przedstawiał zmiany stężeń reagentów A i B w czasie trwania reakcji, od momentu wprowadzenia do układu dodatkowej ilości reagenta A (𝒕 = 𝟑𝟎 𝐦𝐢𝐧) do momentu zakończenia eksperymentu (𝒕 = 𝟔𝟎 𝐦𝐢𝐧).
Obliczenia:
Rozwiązanie
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego uzupełnienia wykresu.
3 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji.
ALBO
– poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji, uzupełnienie wykresu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką, wykres zawiera usterki).
2 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji i wyrażenie jej bez jednostki albo z jednostką moldm3.
ALBO
– poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, błędne obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji.
1 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie.
ALBO
– poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Objętość układu reakcyjnego jest równa 𝑉 = 1,00 dm3, dlatego stężenia reagentów są liczbowo równe ilościom substancji, wyrażonych w molach.
Analizując wykres, widzimy, że w pierwszym etapie doświadczenia z 1,10 mol substratu A pozostaje 0,20 mola, tak więc reakcji rozkładu ulega 0,90 mola substratu A. Z kolei w wyniku reakcji powstaje 1,80 mola produktu B (dwa razy więcej). Możemy więc zapisać równanie reakcji biegnącej w reaktorze:
A (g) ⇄ 2B (g)
Znając stężenia równowagowe reagentów A i B, możemy obliczyć wartość stężeniowej stałej równowagi tej reakcji:
𝐾c = [B]2[A] = 1,8020,20 = 16,20
Dodatek 0,8 mol substratu A zaburzył stan równowagi w układzie. Zgodnie z regułą przekory, układ będzie dążył do obniżenia stężenia reagenta A i w efekcie ustali się nowy stan równowagi dynamicznej:
𝐾c = (1,8 + 2𝑥)21,0 – 𝑥 = 16,2
16,2 – 16,2𝑥 = 3,24 + 7,2𝑥 + 4𝑥2
4𝑥2 + 23,4𝑥 – 12,96 = 0
𝑥1 = –6,36 𝒙2 = 0,509
nowe stężenia równowagowe:
[A]k = 1 – 0,509 = 0,491 ≈ 0,5 moldm3
[B]k = 1,8 + 2 ∙ 0,509 = 2,818 ≈ 2,8 moldm3
Uwagi od BiologHelp:
W oryginalnym kluczu CKE w grafice wykresu zostały ucięte wartości liczbowe na osi Y. W powyższej wersji zostało to poprawione.
