3. En del reaktioner går snabbt – andra långsamt
Transcription
3. En del reaktioner går snabbt – andra långsamt
3. En del reaktioner går snabbt – andra långsamt 3.1. Hur ändras hastigheten för en reaktion om a) temperaturen höjs b) de reagerande ämnenas koncentration ökas? 3.2. a) Vad menas med en katalysator? b) Ge exempel på reaktioner där en katalysator deltar. 3.3. Varför går reaktioner där ett fast ämne deltar snabbare om det fasta ämnet är finpulvriserat än om det förekommer i bitar? 3.4. Kolmonoxid reagerar med kvävedioxid enligt formeln CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) a) Reaktionshastigheten ökar när man höjer kolmonoxidens koncentration. Varför? b) Alla kollisioner mellan kolmonoxid- och kvävedioxidmolekyler leder inte till reaktion. Varför? 3.5. a) Vad menas med ett aktiverat komplex? b) Vad gäller om energiinnehållet hos ett aktiverat komplex 3.6. a) Vad menas med aktiveringsenergin för en reaktion? b) Vilket samband råder mellan aktiveringsenergi och reaktionshastighet? 3.7. När man sätter saltsyra till kristaller av natriumkarbonat utvecklas koldioxid. a) Skriv formeln för reaktionen. b) Man utför en serie försök där reaktionsbetingelserna varieras något. Från början använder man saltsyra som har koncentrationen 2 mol/dm3. Vilken eller vilka av följande förändringar kommer att medföra att reaktionshastigheten ökar? 1. Man låter reaktionen ske vid en högre temperatur. 2. Man pulvriserar natriumkloridkristallerna innan saltsyran sätts till. 3. Man använder i stället saltsyra med koncentrationen 4 mol/dm3. 4. Man sätter till dubbla volymen saltsyra med koncentrationen 2 mol/dm3. 3.8.* En blandning av a mol kolmonoxid och b mol kvävedioxid upphettas till en viss temperatur i en behållare med volymen V dm3. Då sker reaktionen CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) Man bestämmer reaktionshastigheten och finner att det bildas x mol kvävemonoxid per sekund. Vad skulle reaktionshastigheten ha varit om man i stället hade haft a mol kolmonoxid och b mol kvävedioxid i en behållare med hälften så stor volym, alltså V/2 dm3? 3.9. Följande diagram visar energiförhållandena både för reaktionen A + B → C + D och för reaktionen i motsatt riktning, dvs. för reaktionen C + D → A + B. Energi P C+D Q R A+B a) Vilken är aktiveringsenergin för reaktionen A + B → C + D? b) Vilken är aktiveringsenergin för reaktionen C + D → A + B? c) Vilken är entalpiändringen för reaktionen A + B → C + D? d) Är reaktionen A + B → C + D exoterm eller endoterm? 3.10. Två ämnen, A och B, kan under vissa förhållanden reagera under bildning av två olika produkter, C eller D. Följande diagram visar energiförhållandena för reaktionerna: Energi X Y C A+B D X och Y är aktiverade komplex. Vilket av ämnena – C eller D – bildas troligen i störst mängd? Motivera svaret. Liber AB. Denna sida får kopieras. 6 3.11. Graferna i följande diagram visar hur energin ändras när sönderdelningen av ammoniak NH3 → 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) sker genom två olika reaktionsvägar. kJ Energi I 300 II 200 B C D E 100 ½ mol N2 + 1½ mol H2 A 0 1 mol NH3 Vilken sträcka i diagrammet representerar a) entalpiändringen vid sönderdelning av ammoniak b) den största aktiveringsenergin vid sönderdelning av ammoniak c) den minsta aktiveringsenergin för bildandet av ammoniak enligt formeln 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) → NH3(g)? 3.12. Väte och fluor reagerar spontant med varandra: 1/2 H2(g) + 1/2 F2(g) → HF(g) Energiförhållandena vid reaktionen framgår följande diagram. c) Reaktionsentalpin ∆H = –268 kJ per mol H2 som reagerar. d) Aktiveringsenergin är 208 kJ per mol vätgas som reagerar. e) Aktiveringsenergin för den omvända reaktionen är 372 kJ per mol vätefluorid som faller sönder. 3.13. Hastigheten för en reaktion uttrycks ofta som koncentrationsändring per tidsenhet. Om koncentrationen för ett ämne ändras från 0,100 mol/dm3 vid tidpunkten t = 6,0 min till 0,080 mol/dm3 vid t = 10,0 min är reaktionens medelhastighet i detta tidsintervall 0,100 − 0,080 mol/dm 3 mol/dm 3 = 5,0 ⋅ 10 −3 10,0 − 6,0 min min Vid ett tillfälle studerade man hastigheten för reaktionen CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) vid 400 oC Kolmonoxidens koncentration bestämdes vid olika tidpunkter: t/s 0 10 20 30 40 [CO]/mol·dm–3 0,100 0,067 0,050 0,040 0,033 Bestäm reaktionens medelhastighet mellan a) 0 och 10 sekunder b) 30 och 40 sekunder 3.14.* Vid upphettning av en viss kemisk förening bildas en gas Y. Grafen i följande diagram visar gasvolymen som funktion av reaktionstiden. Volym bildad gas 3 cm kJ Energi 30 372 I Z 25 300 20 268 ½ mol H2 + ½ mol F2 II 15 200 X Y 100 10 5 Reaktionstid 0 0 0 1 mol HF Vilket av följande påståenden är felaktigt? a) Reaktionsentalpin per mol bildad vätefluorid representeras av sträckan x. b) Reaktionen är exoterm. Liber AB. Denna sida får kopieras. 2 4 6 8 10 12 14 min Bestäm reaktionshastigheten 4 minuter efter reaktionens start? Ange hastigheten i cm3 gas per minut enligt alternativ a eller b nedan. a) Beräkna medelhastigheten genom att avläsa gasvolymerna vid 3 min och 5 min. b) Använd metoden som visades i uppgift 3.2 sidan 35 i läroboken (dvs. dra tangenten till kurvan i punkten t = 4 min.) 7 3.15.* En laborant studerade hastigheten för reaktionen då ett magnesiumband löses i saltsyra: Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) Ett magnesiumband som hade substansmängden 4,0 · 10–3 mol lades i en kolv med 20 cm3 1,00 mol/dm3 HCl. Vätgasen samlades upp i ett graderat rör och dess volym lästes av vid bestämda tidpunkter. Tiden, t, räknades från tidpunkten då reaktionen startade. t/s 0 30 60 90 120 150 180 3 V/cm 0 30 48 63 73 81 88 Lösningens temperatur hölls konstant. Vätgasens molvolym kan antas vara 25,0 dm3/mol. a) Beräkna substansmängden vätgas som bildats vid tidpunkten 30 sekunder. b) Vilken var reaktionens medelhastighet, uttryckt i mol bildad vätgas per sekund, under tiden 0 till 30 sekunder? c) Vilken var reaktionens medelhastighet under tiden 60 till 90 sekunder? d) Vilken var reaktionens medelhastighet under tiden 120 till 150 sekunder? e) Ange någon orsak till att reaktionshastigheten ändrades med tiden. 3.16.* Dikvävepentaoxid sönderdelas spontant enligt formeln N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g) Vid ett försök som utfördes vid 45 oC mätte man koncentrationen för den bildade kvävedioxiden vid olika tidpunkter och beräknade sedan dikvävepentaoxidens koncentration vid samma tidpunkter. Följande diagram visar hur pentaoxidens koncentration minskade under försöket: mol · dm–3 [N2O5] 16 · 10–3 12 · 10–3 8 · 10–3 –3 4 · 10 Tid 0 0 20 40 60 80 min Bestäm halveringstiden för dikvävepentaoxid, dvs. den tid som krävs för att substansmängden dikvävepentaoxid ska minska till hälften. Hos denna kemiska reaktion är halveringstiden konstant. 3.17. a) Vad menas med reaktionsmekanismen för en reaktion? b) Ammoniak bildas av vätgas och kvävgas enligt formeln 3H2 + N2 → 2NH3 Är det troligt att denna reaktionsformel beskriver reaktionsmekanismen? Motivera svaret. Liber AB. Denna sida får kopieras. 8