20 spośród wszystkich elektronów w atomie opisanych jest liczbą kwantową 𝑙 = 2
elektrony walencyjne atomu X w stanie podstawowym opisane są dwiema różnymi wartościami pobocznej liczby kwantowej (𝑙 = 0 i 𝑙 = 1), przy czym liczba elektronów walencyjnych opisanych poboczną liczbą kwantową 𝑙 = 1 jest większa, niż liczba elektronów walencyjnych opisanych poboczną liczbą kwantową 𝑙 = 0
tylko jeden z elektronów walencyjnych jest niesparowany.
Pierwiastek X reaguje z chlorem, w wyniku czego powstaje związek, w którym procentowa masowa zawartość chloru wynosi 45,6%.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i wskaż model, który przedstawia budowę przestrzenną cząsteczki związku pierwiastka X z chlorem.
Wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy się wykładniczym wzrostem wartości stałej szybkości reakcji 𝑘. Tę zależność opisuje równanie Arrheniusa:
𝑘 = 𝐴 ∙ e–𝐸a𝑅∙𝑇
gdzie 𝐸a oznacza energię aktywacji, 𝑅 – uniwersalną stałą gazową, a 𝑇 – temperaturę bezwzględną wyrażoną w kelwinach. Czynnik e–𝐸a𝑅∙𝑇 informuje o tym, jaka część zderzających się molekuł ma energię większą lub równą energii aktywacji, natomiast czynnik 𝐴, nazywany czynnikiem przedwykładniczym, określa częstotliwości zderzeń efektywnych. Wartość czynnika 𝐴 jest w praktyce niezależna od temperatury. Równanie Arrheniusa może być przekształcone do postaci logarytmicznej:
ln(𝑘) = – 𝐸a𝑅 ∙ 1𝑇 + ln𝐴
będącej równaniem liniowym (𝑦=𝑎𝑥+𝑏), opisującym zależność logarytmu naturalnego1 ze stałej szybkości reakcji ln(𝑘) od odwrotności temperatury 1𝑇. Wartość (– 𝐸a𝑅) jest współczynnikiem kierunkowym tej prostej.
Badano przebieg reakcji chemicznej, zachodzącej między wodorem i chlorkiem bromu, przebiegającej według następującego równania reakcji:
H2 (g) + 2BrCl (g) → Br2 (g) + 2HCl (g)
Po ustaleniu mechanizmu opisanej reakcji określono jej równanie kinetyczne jako:
𝑣 = 𝑘 ∙ 𝑐H2 ∙ 𝑐BrCl
Tę reakcję przeprowadzano w różnych temperaturach należących do przedziału od 310 K do 380 K i za każdym razem wyznaczono wartość jej stałej szybkości. Otrzymane dane zestawiono w tabeli.
Nr pomiaru
Temperatura 𝑇, K
Stała szybkości reakcji 𝑘, dm3 ∙ mol−1 ∙ s−1
1
310
5,33∙10–3
2
320
6,90∙10–3
3
330
8,78∙10–3
4
340
11,02∙10–3
5
350
13,66∙10–3
6
360
16,73∙10–3
7
370
20,26∙10–3
8
380
24,29∙10–3
1 logarytm o podstawie równej liczbie Eulera, wynoszącej e ≈ 2,7183, podlega takim samym regułom działań jak pozostałe logarytmy o innych podstawach należących do zbioru liczb rzeczywistych.
Uzupełnij tabelę brakującymi wartościami ln(𝒌) (z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku) oraz narysuj wykres zależności logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji pomiędzy wodorem a chlorkiem bromu ln(𝒌) od odwrotności temperatury 1𝑇. Następnie oblicz wartość energii aktywacji tej reakcji.
Cząsteczki kwasu etanowego mogą łączyć się wiązaniami wodorowymi i tworzyć dimer:
Ten dimer występuje w stanie gazowym oraz w roztworach kwasu etanowego w rozpuszczalnikach nietworzących z nim wiązań wodorowych.
Roztwór 60,0 g kwasu octowego (1,00 mol) w 100,0 g benzenu wykazuje temperaturę wrzenia wyższą o 20,1°C względem wrzenia czystego benzenu. Podwyższenie temperatury wrzenia rozpuszczalnika jest proporcjonalne do łącznej liczby drobin substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Tę zależność opisuje poniższy wzór:
Δ𝑡 = 𝐾b ∙ 𝑛𝑚r
gdzie Δ𝑡 to różnica temperatury wrzenia roztworu i czystego rozpuszczalnika (wyrażona w °C), 𝑛 – sumaryczna liczba drobin w roztworze (wyrażona w molach), 𝑚r – masa rozpuszczalnika (wyrażona w kilogramach), a 𝐾b – stała ebulioskopowa, której wartość dla benzenu wynosi 2,51°C ∙ kg ∙ mol–1.
Oblicz stężeniową stałą równowagi reakcji:
2CH3COOH ⇄ (CH3COOH)2
w temperaturze T. W obliczeniach pomiń autodysocjację kwasu octowego i przyjmij, że otrzymany roztwór CH3COOH w benzenie miał gęstość równą 0,96 g ∙ cm–3.
przebiega w temperaturze 298 K według równania kinetycznego: 𝑣 = 𝑘 ∙ c2A ∙ cB.
Stała szybkości 𝑘 opisanej przemiany w temperaturze 298 K jest równa
6,7 ∙ 103 dm6 ∙ mol–2 ∙ s–1. Początkowe stężenie substancji A wynosiło 4 mol ∙ dm−3,
a początkowe stężenie substancji B było równe 3 mol ∙ dm−3.
Oblicz szybkość opisanej reakcji w momencie, w którym przereagowało 𝟓𝟎 %
początkowej ilości substancji B.
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.
Reakcję CH3Br z NaOH prowadzono w temperaturze 55 °C. Po pewnym czasie stężenie
jonów OH− – wskutek przebiegu reakcji chemicznej – zmalało z 0,060 mol ∙ dm−3
do wartości
0,050 mol ∙ dm−3, a szybkość reakcji wynosiła 1,07 · 10−5 mol ∙ dm−3 ∙ s−1.
Cer może tworzyć związki chemiczne wyłącznie na +III (bezbarwne sole) albo na +IV stopniu utlenienia (związki czerwono-pomarańczowe). Roztwory soli ceru(IV) można stosować do miareczkowania wszystkich substancji organicznych i nieorganicznych o właściwościach redukujących. Roztwory zawierające kation Ce4+ otrzymuje się poprzez rozpuszczenie w wodzie lub rozcieńczonym kwasie siarkowym(VI) dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) (NH4)4Ce(SO4)4 ∙ 2H2O, który dysocjuje całkowicie na jony amonowe, ceru(IV) i siarczanowe(VI). Substancją zalecaną do ustalenia dokładnej wartości stężenia molowego kationów Ce4+ (nastawienia miana roztworu) jest tlenek arsenu(III) As2O3. Reakcja pomiędzy jonami ceru(IV) a tlenkiem arsenu(III) prowadzi do powstania kwasu arsenowego(V) H3AsO4 i odbarwienia roztworu.
W celu ustalenia stężenia molowego pewnej substancji organicznej przygotowano roztwór mianowany jonów ceru Ce4+ poprzez rozpuszczenie 𝑚𝑥 gramów dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) w wodzie destylowanej i dopełnienie roztworu wodą do całkowitej objętości równej 1,000 dm3. Podczas nastawiania miana roztworu jonów ceru Ce4+, 200,0 cm3 tego roztworu przereagowało dokładnie z 1,790 g tlenku arsenu(III).
Oblicz, ile gramów dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) zużyto do przygotowania roztworu mianowanego kationów ceru(IV).
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
Aby przewidzieć, czy w układzie – mieszaninie reakcyjnej substratów i produktu – został już
osiągnięty stan równowagi, można obliczyć tzw. iloraz reakcji Q. Wyrażenie na iloraz reakcji
jest takie samo jak wyrażenie na stałą równowagi, lecz stężenia w nim występujące dotyczą
dowolnego stadium przemiany. Obliczoną wartość ilorazu reakcji Q porównuje się
z wartością Kc. Jeżeli Q < Kc, to można założyć, że (w dążeniu do osiągnięcia stanu
równowagi) reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów, jeżeli Q > Kc – w kierunku
tworzenia substratów.
Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2006.
W temperaturze T do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY.
Oblicz iloraz reakcji Q w momencie zmieszania reagentów w temperaturze T.
Następnie uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród
podanych w nawiasie.
W momencie zmieszania reagentów w temperaturze 𝑇 szybkość reakcji syntezy produktu XY
jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) szybkość reakcji rozpadu produktu XY na
substraty.
Większość soli potasu jest dobrze lub bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie. Jedną z nielicznych soli potasu słabo rozpuszczalnych w wodzie jest chloran(VII) potasu. Iloczyn rozpuszczalności tej soli, w temperaturze 20°C, wynosi 𝐾S(KClO4) = 1,05 · 10–2. Z tego powodu aniony chloranowe(VII) są odczynnikiem stosowanym w jakościowej analizie chemicznej do wykrywania obecności kationów potasu. Pojawienie się białego osadu, po dodaniu do badanego roztworu kilku cm3 nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu, świadczy o obecności kationów potasu w tym roztworze:
K++ ClO–4 ⟶ KClO4↓
Rozpuszczalności chloranu(VII) sodu w wodzie, w temperaturze 20°C, wynosi
𝑅NaClO4 = 205,0 g100 g H2O,
a gęstość nasyconego roztworu tej soli w temperaturze 20°C wynosi
𝑑r.nas.NaClO4 = 1,58 g∙cm–3.
Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th Edition, CRC Press 2009.
Rozstrzygnij, czy dodanie 2,00 cm3 nasyconego (w temperaturze 20°C) roztworu chloranu(VII) sodu do 15,00 cm3 roztworu chlorku potasu o stężeniu molowym równym 0,020 mol ∙ dm–3 spowoduje, że wytrąci się osad chloranu(VII) potasu. Załóż, że objętość otrzymanej mieszaniny jest sumą objętości roztworów przed zmieszaniem. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
W temperaturze 𝑇 do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY. Stężeniowa stała równowagi w temperaturze T jest równa
Kc = 4,0.
Oblicz stężenie równowagowe substratów (X2 i Y2) opisanej przemiany
w temperaturze T.
