Kinetyka na maturze to prawie zawsze jedno pytanie: co się stanie z szybkością reakcji, gdy pobawimy się stężeniami. Otóż cała tajemnica siedzi w równaniu kinetycznym v = k[A]x[B]y, gdzie wykładniki x i y (rzędy reakcji) mówią, jak mocno dany reagent wpływa na szybkość. I uwaga, te wykładniki wcale nie muszą być równe współczynnikom z równania reakcji, wyznacza się je doświadczalnie. Wzięliśmy cztery zadania z jasnym wynikiem, część rozłożoną też na filmie. Lecimy.
Jak to działa w praktyce
Zmieniasz stężenie któregoś reagenta n razy? Szybkość zmienia się n do potęgi równej rzędowi tego reagenta. Rząd 2 i podwojenie stężenia to wzrost 22 = 4 razy. Rząd 1 i potrojenie to 3 razy. Rząd 0 i cokolwiek zrobisz, szybkość ani drgnie. A gdy w zadaniu coś przereaguje, musisz najpierw z stechiometrii policzyć nowe stężenia substratów, dopiero potem wstawić je do równania kinetycznego.
Dla reakcji X + 2Y ⟶ 3C w temperaturze 290 K stała szybkości wynosi k = 0,19 mol2·dm−6·s−1, a równanie kinetyczne ma postać v = k[X]2[Y]. Stężenia początkowe to [X] = 0,12 mol/dm3 oraz [Y] = 0,06 mol/dm3, produktu na początku nie było. Oblicz szybkość początkową oraz szybkość po pewnym czasie, gdy stężenie związku C osiągnie 0,03 mol/dm3.
Rozwiązanie tłumaczę na filmie:
Pokaż rozwiązanie
Szybkość początkową liczymy wprost ze stężeń początkowych:
Teraz potrzebujemy stężeń po czasie. Powstało 0,03 mol/dm3 związku C. Ze stechiometrii X + 2Y ⟶ 3C wynika, że na 3 mole C ubywa 1 mol X i 2 mole Y, więc X ubyło 0,01, a Y ubyło 0,02.
Nowe stężenia: [X] = 0,12 − 0,01 = 0,11 oraz [Y] = 0,06 − 0,02 = 0,04. Stała k jest niezmienna (zależy tylko od temperatury):
Dla reakcji 2NO + O2 ⟶ 2NO2 równanie kinetyczne ma postać v = k·pNO2·pO2. Jak zmieni się szybkość tej reakcji, jeśli objętość zbiornika reakcyjnego wzrośnie 3 razy?
Rozwiązanie tłumaczę na filmie:
Pokaż rozwiązanie
Z równania Clapeyrona pV = nRT wynika, że ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości. Trzykrotny wzrost objętości oznacza trzykrotny spadek ciśnienia każdego gazu, czyli nowe ciśnienia to ⅓ pNO oraz ⅓ pO2.
Wstawiamy do równania kinetycznego, patrząc jak zmieniają się poszczególne czynniki:
W pewnym momencie reakcji A + 3B ⟶ C stężenia wynoszą [A] = [B] = 10 mol/dm3. Reakcja jest rzędu I względem A i rzędu III względem B. Jak zmieni się szybkość reakcji, gdy przereaguje 20% substancji A?
Rozwiązanie tłumaczę na filmie:
Pokaż rozwiązanie
Równanie kinetyczne: v = k·[A]·[B]3. Szybkość początkowa (nie znamy k, ale się skróci):
Przereagowało 20% A, czyli 2 mol/dm3, więc zostaje 8. Ze stechiometrii A + 3B na każdy mol A przypadają 3 mole B, więc B ubyło 3 · 2 = 6, zostaje 4.
Stosunek: v0/v = 10000/512 ≈ 19,5.
Reakcja A + 3B ⟶ C zachodzi według równania kinetycznego v = k·cA·cB3. Jak zmieni się szybkość reakcji, gdy stężenie reagenta A wzrośnie czterokrotnie, a stężenie reagenta B zmaleje osiem razy?
Rozwiązanie tłumaczę na filmie:
Pokaż rozwiązanie
Oznaczmy początkowe stężenia jako x i y, wtedy v0 = k·x·y3. Po zmianie A jest cztery razy większe (4x), a B osiem razy mniejsze (⅛ y):
Rząd względem A wynosi 1, względem B wynosi 3, całkowity rząd to 4.
Cząsteczki nie czytają Twojego zeszytu
Rzędu reakcji nie odgadniesz z równania. Ale gdy już go masz, reszta to potęgi.
W kursie kinetykę rozkładamy na proste ruchy: rzędy reakcji, stała szybkości, wpływ temperatury. Dostajesz teorię po ludzku, filmy i zestaw zadań z pełnymi rozwiązaniami. Krok po kroku, aż po maturę.
To wycinek z lekcji o równaniu kinetycznym. W kursie jest ich więcej: całkowity i cząstkowy rząd reakcji, stała szybkości z jednostkami, równanie Arrheniusa i pełen zestaw zadań maturalnych.
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.