Zbadano, jak w warunkach izotermicznych (𝑇=const) stężenia reagentów X i Y wpływają na szybkość reakcji chemicznej:
X (g) + Y (g) → XY (g)
Ogólne równanie kinetyczne opisanej reakcji ma postać:
v = k ∙ c𝒂X∙𝑐𝒃Y
Ustalono, że:
stężenie reagenta X nie ma wpływu na szybkość reakcji
szybkość reakcji zależy od stężenia reagenta Y w sposób przedstawiony na wykresie.
Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Dla opisanej reakcji wartość liczbowa wykładnika 𝒂 w równaniu kinetycznym jest równa (0 / 1 / 2), natomiast wykładnika 𝒃 jest równa (1 / 2 / 3). Jeżeli w warunkach izotermicznych pojemność reaktora, w którym jest prowadzona reakcja, zostanie zwiększona, to szybkość reakcji (wzrośnie / zmaleje / nie ulegnie zmianie).
Stężeniowa stała równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) Δ𝐻 > 0
w temperaturze T wynosi 1,0.
13.1. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F –
jeśli jest fałszywe.
1.
Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało wzrostem wydajności reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
2.
Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (p = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało zmniejszeniem wartości stałej równowagi reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
13.2. (0–2)
W reaktorze o pojemności 1,0 dm3 zmieszano w temperaturze T tlenek węgla(IV) i wodór.
Sumaryczna liczba moli tych reagentów była równa 10.
Oblicz początkową liczbę moli tlenku węgla(IV) i początkową liczbę moli wodoru
w mieszaninie, jeżeli wiadomo, że do momentu ustalenia się stanu równowagi
w temperaturze T przereagowało 60% wodoru.
Przemiany katalizowane przez jeden z produktów są nazywane reakcjami
autokatalitycznymi.
Reakcja jodowania acetonu, prowadzona w roztworze wodnym w obecności jonów
hydroniowych, przebiega w dwóch etapach:
W etapie 1. zachodzą powolne przemiany prowadzące do powstania enolu. Etap 2. to
szybka reakcja enolu z jodem, której produkt przekształca się w jodoaceton.
20.1. (0–1)
Napisz, który etap: 1. czy 2., opisanego mechanizmu jodowania acetonu, decyduje
o szybkości powstawania produktu. Wpisz właściwy numer poniżej.
20.2. (0–1)
Napisz w formie jonowej sumaryczne równanie reakcji jodowania acetonu. Zastosuj
wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.
20.3. (0–1)
Napisz wzór drobiny, która pełni funkcję katalizatora w reakcji jodowania acetonu.
Rozstrzygnij, czy reakcja jodowania acetonu jest zaliczana do reakcji
autokatalitycznych.
Chlorki kwasowe otrzymuje się przez podstawienie grupy –OH kwasu karboksylowego
atomem chloru. Zazwyczaj stosuje się w tym celu chlorek tionylu o wzorze SOCl2, ponieważ
produkty nieorganiczne – tlenek siarki(IV) oraz chlorowodór – są gazami i można je łatwo
oddzielić od produktu organicznego.
Chlorki kwasowe to bardzo reaktywne pochodne kwasów karboksylowych. Ich reakcje
z alkoholami przebiegają szybko i praktycznie nieodwracalnie. Ten proces można
zilustrować równaniem:
R1COCl + R2–OH → R1COOR2 + HCl
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2011.
Wyjaśnij, dlaczego reakcja powstawania estru z chlorku kwasowego i alkoholu
zachodzi z większą wydajnością niż reakcja otrzymywania identycznego estru z kwasu
karboksylowego i alkoholu w obecności H2SO4. W odpowiedzi porównaj przebieg obu
reakcji.
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).
W roztworze alkoholowo-wodnym zawierającym bromometan oraz wodorotlenek sodu
przebiega reakcja opisana równaniem:
CH3Br + OH− → CH3OH + Br−
Zależność szybkości tej reakcji od stężeń reagentów przedstawia równanie kinetyczne:
v = k ∙ cCH3Br ∙ cOH−
W temperaturze 55 °C wartość k jest równa 2,14 · 10−2 dm3 · mol−1 · s−1.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.
Opisaną reakcję otrzymywania metanolu prowadzono w jednakowej temperaturze w dwóch
roztworach (I i II) o równej początkowej liczbie moli jonów OH– i bromometanu. Wskutek
użycia większej ilości rozpuszczalnika objętość roztworu II była dwukrotnie większa.
Trzej uczniowie – oznaczeni jako A, B i C – sformułowali wnioski dotyczące wpływu różnicy
objętości roztworów na początkową szybkość reakcji. Wnioski poszczególnych uczniów
zapisano w tabeli.
Uczeń
Wniosek
A
Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest dwukrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II.
B
Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest czterokrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II.
C
Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest taka sama jak początkowa szybkość reakcji w roztworze II.
Rozstrzygnij, który uczeń (A, B czy C) sformułował poprawny wniosek. Odpowiedź
uzasadnij.
Równowagowy stopień przereagowania etenu, który jest miarą wydajności przedstawionej
reakcji, zależy od warunków prowadzenia procesu: temperatury i ciśnienia. Tę zależność
przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, Warszawa 2008.
Wyjaśnij, dlaczego w danej temperaturze równowagowy stopień przereagowania etenu
w opisanej reakcji jest tym większy, im wyższe jest ciśnienie, pod którym prowadzona
jest reakcja.
Gaz syntezowy, czyli mieszanina CO i H2, jest otrzymywany w przemyśle różnymi metodami.
Niżej podano równania dwóch reakcji, w których powstaje taka mieszanina.
I II
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 CH4 + H2O → CO + 3H2
ΔH<0 ΔH>0
Na poniższym wykresie przedstawiono zależność stopnia przemiany metanu
od temperatury dla dwóch różnych wartości ciśnienia dla jednej z tych reakcji. Stopień
przemiany metanu jest miarą wydajności reakcji – im większy stopień przemiany, tym
większa wydajność reakcji.
Na podstawie: M. Pańczyk, T. Borowiecki, Otrzymywanie i zastosowanie gazu syntezowego, Lublin 2013.
4.1. (0–1)
Napisz numer reakcji (I albo II), do której odnosi się powyższy wykres stopnia
przemiany metanu. Odpowiedź uzasadnij – uwzględnij efekt energetyczny reakcji.
Numer reakcji:
Uzasadnienie:
4.2. (0–1)
Uzupełnij zdanie o wpływie ciśnienia na stopień przemiany metanu – wybierz i zaznacz
jedną odpowiedź spośród podanych w nawiasie. Wyjaśnij przedstawioną na wykresie
zależność stopnia przemiany metanu od ciśnienia.
W stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany
metanu.
Ważnym etapem produkcji kwasu siarkowego(VI) jest katalityczne utlenianie tlenku siarki(IV) do tlenku siarki(VI) opisane równaniem:
2SO2(g) + O2(g) katalizator, 𝑇 2SO3(g)
W tabeli podane są wartości stałej równowagi tej reakcji w wybranych temperaturach.
Temperatura, ºC
450
500
600
700
Stała równowagi
0,35⋅105
0,52⋅104
0,22⋅103
0,23⋅102
Na podstawie: Z. Sarbak, Reakcje i procesy katalityczne, „LAB. Laboratoria. Aparatura. Badania”, nr 6, Katowice 2010.
Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany stężenia molowego reagentów w trakcie opisanej reakcji prowadzonej w dwóch różnych temperaturach 𝑇1 i 𝑇2. Zmiana temperatury z 𝑇1 do 𝑇2 nastąpiła po ustaleniu się stanu równowagi w momencie zaznaczonym przerywaną linią i oznaczonym jako 𝑡𝐴.
5.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy w momencie 𝒕A nastąpiło podwyższenie, czy – obniżenie temperatury. Odpowiedź uzasadnij. W uzasadnieniu uwzględnij efekt energetyczny opisanej reakcji.
Rozstrzygnięcie:
Uzasadnienie:
5.2. (0–1)
Na poniższych wykresach przedstawiono zmiany stężenia reagenta do ustalenia stanu równowagi. Na wykresie 1. powtórzono z poprzedniego wykresu (s. 4) krzywą ilustrującą zmianę stężenia molowego SO3 w temperaturze 𝑇1 – od momentu zapoczątkowania reakcji do momentu zmiany temperatury na 𝑇2. Obok przedstawiono wykresy 2. i 3. Osie na wykresach 1.–3. są wyskalowane tak samo.
Wybierz wykres (2. albo 3.), który może odpowiadać reakcji utleniania SO2 do SO3 w temperaturze 𝑻1 prowadzonej bez udziału katalizatora, i napisz jego numer. Wybór uzasadnij.
