Kinetyka: czas reakcji I rzędu: zadania z rozwiązaniami

No dobra, teraz do reakcji dorzucamy czas. Cała magia to jeden wzór dla reakcji I rzędu: ln(c0/c) = kt. Jak ogarniasz logarytmy, reszta jest mechaniczna, a stężenie możesz swobodnie zamienić na masę, liczbę moli albo ciśnienie. Cztery prawdziwe zadania, każde z filmem. Lecimy.

Jeden wzór dla reakcji pierwszego rzędu

Prawie wszystko liczymy z jednej zależności: ln(c0/c) = kt, gdzie c0 to stężenie początkowe, a c to stężenie po czasie t. Bardzo ważny szczegół: po lewej stronie mamy stosunek ilości, więc zamiast stężeń możemy wstawić liczby moli, masy albo ciśnienia (przelicznik i tak się skróci). Z tego samego wzoru wypada czas półtrwania t½ = ln2/k. Sprawdzamy w akcji.

Zadanie 1szukamy czasu

Rozkład chloroetanu to reakcja I rzędu ze stałą szybkości k = 5·10−6 s−1. W zbiorniku o pojemności 2 dm3 było 8 moli chloroetanu. Po jakim czasie liczba moli zmaleje do 0,5 mola?

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Można przeliczyć na stężenia (c0 = 8/2 = 4, c = 0,5/2 = 0,25), ale to niepotrzebne: we wzorze mamy stosunek, a objętość jest ta sama, więc podstawiamy wprost liczby moli. ln(8/0,5) = ln(4/0,25) = ln16.

t = ln(c0/c) / k = ln16 / (5·10−6)
t = 2,77 / (5·10−6) = 5,55·105 s
t ≈ 5,55·105 s (około 6,4 doby)
Zadanie 2stężenie i czas

Dla reakcji A → B + C stała szybkości wynosi k = 0,0028 s−1, a początkowe stężenie substratu to 1,58 mol/dm3. a) Jakie będzie stężenie substratu po 5 minutach? b) Po jakim czasie stężenie spadnie do 0,22 mol/dm3?

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Jednostka k (s−1) zdradza reakcję I rzędu, więc korzystamy z naszego wzoru. Czas przeliczamy na sekundy.

a) t = 5 min = 300 s. Przekształcamy wzór na c = c0·e−kt:

c = 1,58 · e−0,0028·300 = 1,58 · e−0,84 = 1,58 · 0,432 = 0,68

b) tu szukamy czasu:

t = ln(1,58/0,22) / 0,0028 = ln(7,18) / 0,0028 = 1,97 / 0,0028 = 704 s
a) c ≈ 0,68 mol/dm3  ·  b) t ≈ 704 s (≈ 11,7 min)
Zadanie 3stała szybkości i t½

W temperaturze 760 K 15% próbki cyklopropanu przekształciło się w propen w czasie 6,8 min. Reakcja jest I rzędu. Oblicz stałą szybkości oraz czas połowicznego przereagowania (w minutach).

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Skoro przereagowało 15%, to zostało 85%. Możemy przyjąć c0 = 100% i c = 85% (procenty też się skrócą):

k = ln(100/85) / 6,8 = ln(1,176) / 6,8 = 0,163 / 6,8 = 0,0239 min−1

Czas półtrwania liczymy z gotowego wzoru:

t½ = ln2 / k = 0,693 / 0,0239 = 29 min
k ≈ 0,0239 min−1, t½ ≈ 29 min
Zadanie 4datowanie węglem, pułapka masy

Próbka zawiera 1,5 milimola węgla C-14. Jaką masę C-14 będzie zawierać po 2255 latach? Przyjmij t½ = 5730 lat (rozpad promieniotwórczy to reakcja I rzędu).

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Najpierw stała szybkości z czasu półtrwania:

k = ln2 / 5730 = 1,21·10−4 rok−1

Teraz liczba moli po 2255 latach:

n = 1,5 · e−1,21·10−4·2255 = 1,5 · e−0,273 = 1,5 · 0,761 = 1,14 mmol

Na koniec masa. Uwaga na pułapkę: to izotop C-14, więc masa molowa to 14 g/mol, a nie 12:

m = 1,14·10−3 mol · 14 g/mol = 0,016 g
m ≈ 0,016 g (przy błędnym M = 12 wyszłoby 0,014 g)

Czas na czas

Reakcja I rzędu to jeden wzór z logarytmem. Resztę robi zwykłe podstawianie.

W kursie masz reakcje wszystkich rzędów, czas połowiczny, przeliczanie stężeń na mole, masy i ciśnienia oraz wyprowadzanie wzorów. Teoria po ludzku, filmy i zestaw zadań z pełnymi rozwiązaniami. Krok po kroku, aż po maturę.

To wycinek z lekcji o czasie w kinetyce. W kursie jest ich znacznie więcej: reakcje zerowego i drugiego rzędu, rozpoznawanie rzędu po jednostce k, wyprowadzanie t½ i t¾ oraz pełen zestaw zadań maturalnych z kinetyki.

Chcesz ogarnąć chemię na spokojnie?

Rozkładam maturę z chemii na czynniki pierwsze, krok po kroku

Cała teoria i zadania wytłumaczone po ludzku, z filmami do wielu z nich, tak żeby chemia w końcu miała sens. Zobacz kurs maturalny, albo zacznij od darmowego kursu i sprawdź, jak tłumaczę, zanim cokolwiek wydasz.

Darmowy kurs dostajesz na swoje konto. Bez spamu.