background image

LISTA 12 

Kinetyka – mechanizmy reakcji 

 
1.  Badano  reakcję  rozpadu  termicznego  etanu  na  eten  i  wodór,  mierząc  czas  połowicznego 
przereagowania  w  zależności  od  ciśnienia  początkowego  i  temperatury.  Otrzymano  następujące 
wyniki: 

T [K] 

900 

900 

950 

1000 

1500 

1100 

(p/p

o

)

t=0

 

0,15 

0,30 

0,30 

0,30 

0,30 

0,30 

τ

1/2

 [s] 

491,1 

490,2 

51,1 

6,8 

1,1 

0,2 

 

Obliczyć  rząd  reakcji,  jej  doświadczalną  energię  aktywacji  oraz  zmianę  entropii  aktywacji.  Odp.:  I 
rząd; 320,7 kJ/mol; 38,34 J/(mol·K).
 

2.  Reakcja  rozkładu  kwasu  acetonodwukarbonowego  CO(CH

2

COOH)

2

  =  CO(CH

3

)

2

  +  2CO

2

  jest 

reakcją  pierwszego  rzędu.  Okres  połowicznej  przemiany  w  temp.  273,2  K  wynosi  28180  min,  a  w 
temp. 313,2 K – 120 min. Obliczyć czas, w którym kwas przereaguje w 70 % w temperaturze 323,2 K. 
Odp.: 65,76 min

3. W reakcji II rzędu A + B = P stężenia początkowe substratów wynoszą c

oA

 = c

oB

 = 0,1 mol·dm

-3

. W 

temperaturze 300,2 K 90 % substratów przereagowało w ciągu 200 minut, a w temperaturze 320,2 K – 
w ciągu 40 minut. Obliczyć czas potrzebny do przereagowania 99 % substratów w temperaturze 330 K 
przy stężeniach początkowych substratów równych 0,01 mol·dm

-3

Odp.: 2117 min

4.  Badając  w  temperaturze  1373  K  reakcję  termicznego  rozkładu  amoniaku  na  katalizatorze,  który 
stanowił drut wolframowy, znaleziono następujące wartości czasu połowicznej przemiany dla różnych 
ciśnień początkowych NH

3

zakres wyższych ciśnień 

t [s] 

456 

222 

102 

p·10

-3

 [Pa] 

35,3 

17,3 

7,73 

 

zakres niskich ciśnień  

  t [s] 

60 

54 

48 

p·10

-2

 [Pa] 

21,3 

10,65 

5,3 

 

Wyznaczyć rząd reakcji dla obu zakresów ciśnienia. Odp.: 0 rząd; I rząd

5.  Stała  szybkości  rozpadu  termicznego  N

2

O

5

  (reakcja  I  rzędu)  w  fazie  gazowej  w  zależności  od 

temperatury wynosi: 

T [K] 

273 

298 

318 

338 

k [s

-1

7,8·10

-7

 

3,3·10

-5

 

5,0·10

-4

 

5,0·10

-3

 

Obliczyć  energię  aktywacji,  wartość  czynnika  częstości  A  występującego  we  wzorze  Arrheniusa, 
standardową zmianę entalpii i entropii aktywacji w 273 K.  

Odp.: 104 kJ/mol; 5,23·10

13

 s

-1

; 101 kJ/mol; 10 J/(mol·K)

6.  W  338  K  stała  szybkości  reakcji  rozpadu  N

2

O

5

  w  fazie  gazowej  wynosi  0,292  min

-1

,  zaś  energia 

aktywacji  103,2  kJ.  Obliczyć  stałą  szybkości  reakcji  i  czas  połowicznej  przemiany  w  temp.  353  K. 
Odp.: 1,39 min

-1

; 0,50 min. 

background image

7. Mutarotacja glukozy, która przebiega powoli w czystej wodzie, jest słabo katalizowana przez jony 
hydroniowe oraz mocno przez jony hydroksylowe. Stałą szybkości tego procesu można w przybliżeniu 
opisać następującym wzorem: 

3

3

0

H O

H O

OH

OH

k

k

k

c

k

c

+

+

= +

+

 

w którym wymiar k jest podany w min

1

 k

o

 oznacza stałą szybkości reakcji w czystej wodzie, a 

+

3

H O

k

 i 

k

OH

-

  są  to  katalityczne  stałe  szybkości  odpowiednich  jonów.  Stała  szybkości  k  w  roztworze  4,8·10

-3

 

mol·dm

-3

  kwasu  solnego  wynosiła  6,00·10

-3

  min

-1

,  a  w  roztworze  2,47·10

-2

  mol·dm

-3

  HCl  wynosiła 

8,92·10

-3

 min

-1

. Na podstawie tych danych należy obliczyć wartości k

o

 i 

+

3

H O

k

.  

Odp.: 5,3·10

-3

 min

-1

; 0,147 dm

3

·mol

-1

·min

-1

8. Dla reakcji autokatalitycznej 

1

2

k

k

A

B

C

D

→

+

+

←

szybkość reakcji jest wyrażona jako: 

1

2

A

A B

A C

dc

k c c

k c c

dt

υ

= −

=

+

.  Stała  szybkości  reakcji  k

1

  =  1,5·10

-3

  dm

3

mol

-1

·min

-1

  oraz  k

2

  =  8·10

-3

 

dm

3

mol

-1

·min

-1

, a stężenie początkowe substratów c

oA 

= c

oB

 = 0,02 mol·dm

-3

. Ile wynosi stężenie A dla 

maksymalnej wartości szybkości reakcji?  
Odp.: 1,23·10

-2

 mol·dm

-3

.  

9. Michaelis i Menten w swojej klasycznej pracy na temat kinetyki inwersji sacharozy katalizowanej 
enzymem  inwertazą  wyznaczali  zmiany  kąta  skręcenia  płaszczyzny  polaryzacji  światła  przez 
roztwory sacharozy, następujące w wyniku przebiegu reakcji. Roztwory, których pH utrzymywano za 
pomocą  buforu  na  wartości  4,7  zawierały  zawsze  jednakową  ilość  enzymu  natomiast  różne 
początkowe  ilości  sacharozy.  W  jednej  serii  doświadczeń  wykonanej  w  298  K  znaleziono  wartości 
początkowej  szybkości  reakcji  (wyrażonej  w  umownych  jednostkach  stopniach  kątowych  na  minutę 
(

°⋅

min

–1

) jako funkcję początkowego stężenia sacharozy [S]

0

:  

 

 [S

o

] [mol

dm

–3

]   0,0052   0,0104   0,0208   0,0416   0,0833  0,1670  0,3330  

υ

o

  [

°⋅

min

–1

 0,866 

1,466 

2,114 

2,666 

3,236 

3,636 

3,636   

(

α

ο

 – 

α

 

) [

°

]  

0,293 

0,630 

1,190 

2,247 

4,560 

9,350 

18,570  

 

Wartości  podane  w  ostatnim  wierszu  tabeli  przedstawiają  zmianę  kąta  skręcenia  płaszczyzny 
polaryzacji światła po całkowitym przereagowaniu i pozwalają przeliczyć szybkość reakcji na wartość 
wyrażoną  w  jednostkach  [mol

dm

–3

s

–1

].  Obliczyć  wartość  stałej  Michaelisa  K

M

  i  maksymalną 

szybkość reakcji w roztworze o danym stężeniu katalizatora.  

Odp.: 1,94

⋅⋅⋅⋅

10

–2

 mol

⋅⋅⋅⋅

dm

–3

; 1,90

⋅⋅⋅⋅

10

–3

 mol

⋅⋅⋅⋅

dm

-3

⋅⋅⋅⋅

s

–1

10.  Stała  Michaelisa  reakcji  katalizowanej  enzymatycznie  w  temp.  298  K  wynosi  0,035  mol

dm

–3

Szybkość tej reakcji przy  stężeniu substratu 0,110 mol

dm

–3

 wynosi 1,15

10

–3

 mol

dm

–3

s

–1

. Jaka jest 

maksymalna szybkość tej reakcji? Odp.: 1,52

⋅⋅⋅⋅

10

–3

 mol

⋅⋅⋅⋅

dm

–3

⋅⋅⋅⋅

s

–1