W wysokiej temperaturze może zachodzić rozkład metanu na substancje proste zgodnie
z równaniem:
CH4 (g) ⇄ C (s) + 2H2 (g)
Miarą wydajności tej reakcji jest równowagowy stopień przemiany metanu x, który wyraża
się wzorem:
x = n0[CH4] − n[CH4]n0[CH4]
W tym wzorze n0[CH4] oznacza początkową liczbę moli metanu, a n[CH4] – liczbę moli
tego gazu pozostałego po ustaleniu się stanu równowagi. Poniżej przedstawiono zależność
równowagowego stopnia przemiany metanu x od temperatury dla trzech wartości ciśnienia.
Na podstawie: P. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.
Wyjaśnij, dlaczego wydajność opisanej reakcji maleje ze wzrostem ciśnienia.
W wyniku pewnej odwracalnej reakcji chemicznej z dwóch substratów powstaje jeden
produkt. Przemiana przebiega w fazie gazowej, co oznacza, że oba substraty i produkt są
gazami. Reakcję tę przeprowadzono w zamkniętym reaktorze przy użyciu
stechiometrycznych ilości substratów w różnych temperaturach i pod różnym ciśnieniem.
Na poniższym diagramie przedstawiono, jaki procent objętości mieszaniny poreakcyjnej
w reaktorze stanowiła objętość produktu tej reakcji w zależności od warunków temperatury
i ciśnienia, w jakich przebiegała.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
Na podstawie analizy diagramu określ, czy w równaniu stechiometrycznym opisanej reakcji łączna liczba moli substratów jest mniejsza, czy – większa od liczby moli produktu, czy też – równa liczbie moli produktu. Odpowiedź uzasadnij.
Wodór na skalę przemysłową można otrzymać w wyniku konwersji węglowodorów parą
wodną w obecności katalizatorów. W pierwszym etapie powstaje tlenek węgla(II) i wodór.
Drugi etap tego procesu przebiega zgodnie z równaniem:
CO (g) + H2O (g) ⇄ CO2 (g) + H2 (g)
ΔH = – 42 kJ
Na podstawie: H.E. Avery, D.J. Shaw, Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej, Warszawa 1974.
8.1. (0–1)
Określ, jak na stałą równowagi, a – w konsekwencji – na wydajność powyższej reakcji,
wpłynie ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej. Odpowiedź uzasadnij.
8.2. (0–1)
Oceń, jak na wydajność przemiany CO w CO2 wpłynie dodawanie większej ilości
drugiego substratu, oraz podaj inny przykład zewnętrznego działania, które odniesie
taki sam skutek.
Energia aktywacji określa wielkość bariery energetycznej, którą muszą pokonać reagujące
drobiny, aby doszło do reakcji chemicznej. Im mniejsza jest energia aktywacji dla danej
reakcji, tym szybciej zachodzi przemiana. Dużą energię aktywacji reakcji można zmniejszyć,
jeżeli wprowadzi się do układu katalizator.
Nadtlenek wodoru ulega reakcji rozkładu według równania:
2H2O2 → 2H2O + O2
W temperaturze pokojowej szybkość rozkładu H2O2 jest mała. W poniższej tabeli podano
wartości energii aktywacji reakcji rozkładu H2O2 bez udziału katalizatora oraz z udziałem
różnych katalizatorów.
Nazwa katalizatora
Energia aktywacji rozkładu H2O2 w temperaturze T, kJ ⋅ mol−1
bez katalizatora
75
peroksydaza (enzym)
23
platyna
49
tlenek manganu(IV)
58
Na podstawie: E. A. Moelwyn-Hughes, Physical Chemistry, London, New York, Paris 2012.
Oceń, którego katalizatora spośród wymienionych w informacji należy użyć, aby
reakcja rozkładu nadtlenku wodoru w temperaturze T przebiegła z największą
szybkością. Napisz nazwę tego katalizatora.
Glukoza jest syntetyzowana przez rośliny zielone podczas procesu fotosyntezy, w którym
światło słoneczne dostarcza energię niezbędną do wytworzenia tego monosacharydu. Wiele
cząsteczek glukozy łączy się następnie wiązaniami chemicznymi, w wyniku czego tworzy
materiał budulcowy lub zapasowy rośliny.
6CO2 + 6H2O światło słoneczne 6O2 +
C6H12O6
glukoza
celuloza, skrobia
Organizm ludzki nie wytwarza enzymów koniecznych do trawienia celulozy, więc dla człowieka źródłem węglowodanów jest skrobia. Jest ona trawiona w ustach i żołądku przez
enzymy glikozydazy, w których obecności rozkłada się na glukozę.
Na podstawie: John McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000.
Uzupełnij poniższe zdanie – określ funkcję, jaką glikozydazy pełnią w opisanej reakcji
rozkładu skrobi (podkreśl wybraną nazwę).
Glikozydazy pełnią w tej reakcji funkcję (katalizatora / substratu / produktu).
Tlenek siarki(IV) na skalę techniczną można otrzymać w wyniku redukcji siarczanu(VI)
wapnia (anhydrytu) węglem w temperaturze 900°C. Proces ten opisano poniższym
równaniem.
2CaSO4 + C T 2CaO + CO2 + 2SO2 ∆H = 1090 kJ
Na podstawie: H. Koneczny, Podstawy technologii chemicznej, Warszawa 1973.
Uzupełnij poniższe zdania. Podkreśl właściwe określenie spośród wymienionych
w każdym nawiasie.
Podniesienie temperatury, w której prowadzony jest proces otrzymywania tlenku siarki(IV),
będzie przyczyną (zmniejszenia / zwiększenia) wydajności reakcji, gdyż jest to proces
(egzoenergetyczny / endoenergetyczny). Stopień rozdrobnienia anhydrytu i węgla (ma wpływ / nie ma wpływu) na szybkość tej reakcji.
W temperaturze 20°C i pod ciśnieniem 1005 hPa wykonano eksperyment, którego przebieg
przedstawiono na rysunku. W kolbie zaszła reakcja opisana równaniem:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
W opisanych warunkach eksperymentu reakcja magnezu z kwasem solnym zachodziła bardzo
szybko.
Wymień dwa sposoby zmiany warunków wykonania eksperymentu, w których wyniku
szybkość zachodzącej reakcji będzie mniejsza.
W celu wyznaczenia równania kinetycznego reakcji opisanej równaniem:
2H2 (g) + 2NO (g) ⇄ N2 (g) + 2H2O (g)
do sześciu reaktorów wprowadzono jednocześnie tlenek azotu(II) i wodór. Początkowe
stężenia obu reagentów oraz początkowe szybkości reakcji w każdym reaktorze
(w temperaturze T) podane są w poniższej tabeli.
Reaktor
Stężenie, mol · dm−3
Początkowa szybkość reakcji, mol · dm−3 · s−1
NO
H2
I
0,005
0,001
v
II
0,005
0,002
2v
III
0,005
0,003
3v
IV
0,001
0,005
0,2v
V
0,002
0,005
0,8v
VI
0,003
0,005
1,8v
Podaj, ile razy zwiększy się początkowa szybkość reakcji, jeżeli w temperaturze T
stężenie wodoru podwoi się przy niezmienionym stężeniu tlenku azotu(II).
stężenie tlenku azotu(II) wzrośnie trzykrotnie przy niezmienionym stężeniu wodoru.
W reaktorze o pojemności 1 dm3 umieszczono 2,00 mole substancji A oraz 6,00 moli
substancji B i w temperaturze T przeprowadzono reakcję egzotermiczną, która przebiegła
zgodnie z poniższym schematem.
A (g) + 2B (g) ⇄ 2C (g)
Po osiągnięciu stanu równowagi stwierdzono, że substancja A przereagowała w 78%.
Oceń, czy zmieniła się (wzrosła lub zmalała), czy nie uległa zmianie wydajność reakcji
otrzymywania produktu C, jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpił
wzrost temperatury w warunkach izobarycznych (p = const).
wzrost ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const).
