Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση γενικής μορφής νόμου ταχύτητας.
Απάντηση: Για αντίδραση αΑ+βΒ → προϊόντα, ο νόμος ταχύτητας είναι υ=k[A]^x[B]^ψ, όπου k η σταθερά ταχύτητας και x, ψ εκθέτες που προσδιορίζονται πειραματικά (όχι απαραίτητα ίσοι με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές α, β).
Τι είναι σταθερά ταχύτητας;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.
Απάντηση: Η σταθερά ταχύτητας k είναι το μέγεθος που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τη φύση των αντιδρώντων, και είναι αριθμητικά ίση με την ταχύτητα της αντίδρασης όταν οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων είναι 1 mol L⁻¹.
Τι είναι απλή αντίδραση και τι πολύπλοκη;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση κριτηρίου (ταύτιση εκθετών με στοιχειομετρικούς συντελεστές).
Απάντηση: Απλή (στοιχειώδης) είναι η αντίδραση που πραγματοποιείται σε ένα μόνο στάδιο· οι εκθέτες του πειραματικού νόμου ταχύτητας ταυτίζονται με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Πολύπλοκη είναι η αντίδραση που πραγματοποιείται σε περισσότερα στάδια (ενδιάμεσες στοιχειώδεις αντιδράσεις)· οι εκθέτες του νόμου ταχύτητας δεν ταυτίζονται με τους συντελεστές της συνολικής χημικής εξίσωσης.
Τι είναι τάξη μιας αντίδρασης;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.
Απάντηση: Τάξη μιας αντίδρασης ως προς ένα αντιδρών είναι ο εκθέτης της συγκέντρωσής του στον πειραματικό νόμο ταχύτητας. Η ολική (συνολική) τάξη της αντίδρασης είναι το άθροισμα όλων αυτών των εκθετών.
Τι είναι μηχανισμός αντίδρασης και ποιο στάδιο αυτής καθορίζει τον νόμο της ταχύτητας;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού μηχανισμού και ρόλου βραδέος σταδίου.
Απάντηση: Μηχανισμός αντίδρασης είναι το σύνολο των ενδιάμεσων στοιχειωδών αντιδράσεων (σταδίων) μέσω των οποίων πραγματοποιείται μια πολύπλοκη αντίδραση. Το βραδύτερο στάδιο (αυτό με τη μικρότερη ταχύτητα) καθορίζει τον νόμο ταχύτητας ολόκληρης της αντίδρασης.
Τι ονομάζεται μηχανισμός αντίδρασης;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση σύντομου ορισμού.
Απάντηση: Μηχανισμός αντίδρασης ονομάζεται το σύνολο των στοιχειωδών αντιδράσεων (ενδιάμεσων σταδίων) μέσω των οποίων τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα.
Για την αντίδραση 2A(g)+3B(g) → Γ(g)+4Δ(g), ο νόμος ταχύτητας είναι υ=k[A][B]. (α) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης; (β) Η αντίδραση είναι απλή ή πολύπλοκη;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η τάξη είναι το άθροισμα των εκθετών· η αντίδραση είναι απλή μόνο αν οι εκθέτες ταυτίζονται με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές.
Λύση:
Απάντηση: α. Η αντίδραση είναι 2ης τάξης. β. Η αντίδραση είναι πολύπλοκη.
Με τι μονάδες μετράμε τη σταθερά ταχύτητας μιας αντίδρασης 1ης τάξεως και με τι μιας αντίδρασης 2ης τάξης;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Οι μονάδες του k προκύπτουν έτσι ώστε η ταχύτητα (mol L⁻¹ s⁻¹) να ισούται με k επί τη συγκέντρωση υψωμένη στην τάξη της αντίδρασης.
Λύση:
Απάντηση: 1ης τάξης: k σε s⁻¹. 2ης τάξης: k σε mol⁻¹ L s⁻¹.
Για την απλή αντίδραση 2A(g)+B(g) → Γ(g), η ταχύτητα σχηματισμού του Γ δίνεται από τη σχέση: (α) υ=k[A][B] (β) υ=k[A]² (γ) υ=k[A]²[B] (δ) υ=k[Γ]/([A]²[B]).
Σκέψη / Μεθοδολογία: Επειδή η αντίδραση δηλώνεται απλή, οι εκθέτες ταυτίζονται με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές: 2 για το Α, 1 για το Β.
Λύση:
Απάντηση: γ. υ=k[A]²[B].
Να εξηγήσετε αν ισχύουν οι προτάσεις: (α) Η ταχύτητα μιας αντίδρασης αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. (β) Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα και στις εξώθερμες και στις ενδόθερμες αντιδράσεις. (γ) Σκόνη ψευδαργύρου που ζυγίζει 20 g αντιδρά με περίσσεια HCl ταχύτερα από σύρμα ψευδαργύρου που ζυγίζει 20 g.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ταχύτητα εξαρτάται από τη φθίνουσα συγκέντρωση αντιδρώντων, την καθολική επίδραση της θερμοκρασίας, και την επιφάνεια επαφής.
Λύση:
Απάντηση: (α) Όχι. (β) Ναι. (γ) Ναι.
Η αντίδραση 2A(g)+B(g) → Γ(g) πραγματοποιείται σε ένα στάδιο (απλή). Βάζουμε 3 mol Α και 2 mol Β σε δοχείο 1 L. Όταν η ποσότητα του Γ γίνει 1 mol, η ταχύτητα σχηματισμού του Γ, υ₂, σε σχέση με την αρχική υ₁ θα είναι: (α) υ₂=υ₁/18 (β) υ₂=υ₁/12 (γ) υ₂=υ₁/9 (δ) υ₂=18υ₁.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Απλή αντίδραση ⟹ υ=k[A]²[B]. Υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις A, B στις δύο χρονικές στιγμές (V=1L, άρα mol=συγκέντρωση) και τον λόγο υ₂/υ₁.
Λύση:
Απάντηση: α. υ₂=υ₁/18.
Δίνεται η απλή αντίδραση A(g)+2B(g) → 2Γ(g). Ποιες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; (α) Η αντίδραση είναι τρίτης τάξης. (β) Αυξάνουμε τη θερμοκρασία, οπότε η ταχύτητα της αντίδρασης ελαττώνεται. (γ) Διπλασιάζεται ο όγκος του δοχείου, οπότε η ταχύτητα γίνεται οκτώ φορές μικρότερη. (δ) Η σταθερά ταχύτητας k έχει μονάδες mol L⁻¹ s⁻¹.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Απλή αντίδραση ⟹ υ=k[A][B]², τάξη 1+2=3. Ο διπλασιασμός όγκου υποδιπλασιάζει κάθε συγκέντρωση.
Λύση:
Απάντηση: α. Σ. β. Λ. γ. Σ. δ. Λ.
Σε δοχείο όγκου V=4 L βάζουμε 6 mol αερίου Α και 4 mol αερίου Β, όπου πραγματοποιείται η απλή αντίδραση A+2B → Γ. (α) Ποιος είναι ο νόμος ταχύτητας; (β) Αν η σταθερά ταχύτητας είναι k=10 M⁻² min⁻¹, ποια είναι η αρχική ταχύτητα (t=0); (γ) Μετά από χρόνο t βρέθηκαν στο δοχείο 4,5 mol Α. Ποια είναι η ταχύτητα της αντίδρασης τη στιγμή t;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Απλή αντίδραση ⟹ εκθέτες = στοιχειομετρικοί συντελεστές (1 για Α, 2 για Β) ⟹ υ=k[A][B]². Υπολογίζουμε συγκεντρώσεις (mol/V) στις δύο χρονικές στιγμές, λαμβάνοντας υπόψη ότι για κάθε mol A που καταναλώνεται, καταναλώνονται 2 mol B.
Λύση:
Απάντηση: (α) υ=k[A][B]². (β) υ₀=15 M min⁻¹. (γ) υ_t=45/64≈0,703 M min⁻¹.
Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχουν 0,6 mol αερίου A₂ και 0,8 mol αερίου B₂. Μετά την πάροδο 2 min βρέθηκε ότι έχουν παραχθεί 0,8 mol AB. Να βρεθεί η αρχική ταχύτητα της απλής αντίδρασης A₂(g)+B₂(g) → 2AB(g) και η ταχύτητά της στο τέλος του δεύτερου λεπτού. Δίνεται k=10⁻³ L mol⁻¹ s⁻¹.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Απλή αντίδραση 1ης τάξης ως προς καθένα ⟹ υ=k[A₂][B₂]. Χρειάζεται μετατροπή min σε s για συνέπεια μονάδων, και υπολογισμός συγκεντρώσεων A₂,B₂ στο τέλος από τη στοιχειομετρία 1:1:2.
Λύση:
Απάντηση: Αρχική ταχύτητα: 4,8×10⁻⁴ mol L⁻¹ s⁻¹. Ταχύτητα στο τέλος του 2ου λεπτού: 0,8×10⁻⁴ mol L⁻¹ s⁻¹.
Σε ορισμένη θερμοκρασία, για την αντίδραση A(g)+2B(g) → Γ(g)+Δ(g), δόθηκαν τα πειραματικά δεδομένα: Πείραμα 1: [A]=0,1, [B]=0,1, υ=2×10⁻² mol L⁻¹ min⁻¹. Πείραμα 2: [A]=0,1, [B]=0,2, υ=4×10⁻². Πείραμα 3: [A]=0,4, [B]=0,1, υ=8×10⁻². Πείραμα 4: [A]=0,4, [B]=0,05, υ=4×10⁻². (α) Ποιος είναι ο νόμος ταχύτητας; (β) Ποια η τάξη της αντίδρασης; (γ) Ποια η σταθερά ταχύτητας;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε ζεύγη πειραμάτων όπου μεταβάλλεται μόνο μία συγκέντρωση, για να απομονώσουμε την τάξη ως προς κάθε αντιδρών (μέθοδος αρχικών ταχυτήτων).
Λύση:
Απάντηση: (α) υ=k[A][B]. (β) Η αντίδραση είναι 2ης τάξης. (γ) k=2 mol⁻¹ L min⁻¹.
Για την αντίδραση αA+βB+γΓ → προϊόντα, βρέθηκαν πειραματικά: Πείραμα 1: [A]=0,1, [B]=0,1, [Γ]=0,1, υ=3×10⁻⁴ mol L⁻¹ min⁻¹. Πείραμα 2: [A]=0,3, [B]=0,2, [Γ]=0,1, υ=18×10⁻⁴. Πείραμα 3: [A]=0,3, [B]=0,1, [Γ]=0,1, υ=9×10⁻⁴. Πείραμα 4: [A]=0,3, [B]=0,2, [Γ]=0,2, υ=36×10⁻⁴. (α) Ποιος είναι ο νόμος ταχύτητας; (β) Ποια η σταθερά ταχύτητας;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε ζεύγη πειραμάτων που διαφέρουν μόνο σε μία συγκέντρωση κάθε φορά.
Λύση:
Απάντηση: (α) υ=k[A][B][Γ]. (β) k=0,3 mol⁻² L² min⁻¹.
Από πειράματα διαπιστώθηκε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης A+3B → Γ ακολουθεί τον νόμο υ=k[A][B]². Να εξηγήσετε την πειραματική διαπίστωση και να δώσετε πιθανό μηχανισμό.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ολική τάξη είναι 3 (1+2), ενώ οι στοιχειομετρικοί συντελεστές είναι 1 και 3 — δεν ταυτίζονται, άρα η αντίδραση δεν είναι απλή και χρειάζεται μηχανισμός δύο σταδίων με το βραδύ στάδιο συμβατό με τον νόμο ταχύτητας.
Λύση:
Απάντηση: Η αντίδραση δεν είναι απλή (ολική τάξη 3 ≠ άθροισμα συντελεστών 1+3=4, και ο εκθέτης του Β δεν ταυτίζεται με τον συντελεστή του). Πιθανός μηχανισμός: A+2B→AB₂ (αργό, καθορίζει τον νόμο υ=k[A][B]²), AB₂+B→Γ (γρήγορο).
Για την αντίδραση 2NO(g)+Cl₂(g) → 2NOCl(g), διαπιστώνεται πειραματικά ότι διπλασιάζοντας τη συγκέντρωση του NO και του Cl₂ ταυτόχρονα, η ταχύτητα οκταπλασιάζεται, ενώ διπλασιάζοντας μόνο τη συγκέντρωση του Cl₂, η ταχύτητα απλώς διπλασιάζεται. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Αν υ=k[NO]^x[Cl₂]^y, ο διπλασιασμός μόνο του Cl₂ δίνει 2^y, και ο ταυτόχρονος διπλασιασμός και των δύο δίνει 2^(x+y).
Λύση:
Απάντηση: Η αντίδραση είναι 3ης τάξης (2ης ως προς NO, 1ης ως προς Cl₂), δηλαδή υ=k[NO]²[Cl₂].
Για την αντίδραση 2H₂(g)+2NO(g) → 2H₂O(g)+N₂(g), σε σταθερή θερμοκρασία, δίνονται: Πείραμα 1: [NO]=0,70, [H₂]=0,39, υ=0,19 mol L⁻¹ s⁻¹. Πείραμα 2: [NO]=1,40, [H₂]=0,39, υ=0,76. Πείραμα 3: [NO]=1,40, [H₂]=0,78, υ=1,52. (α) Ποιος είναι ο νόμος ταχύτητας; (β) Ποια η τάξη της αντίδρασης; (γ) Γιατί η τάξη δεν μπορεί να υπολογιστεί από τη στοιχειομετρία της εξίσωσης;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε πειράματα 1-2 (μεταβάλλεται μόνο [NO]) και 2-3 (μεταβάλλεται μόνο [H₂]).
Λύση:
Απάντηση: (α) υ=k[NO]²[H₂]. (β) Η αντίδραση είναι 3ης τάξης. (γ) Επειδή η αντίδραση δεν είναι απλή/στοιχειώδης, ο πειραματικός νόμος ταχύτητας δεν συνδέεται άμεσα με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές της συνολικής εξίσωσης.