Sterpis Chemistry Academy

SC-KIN-006 - Έλεγχος προτεινόμενου μηχανισμού

Πρωτότυπη άσκηση Χημικής Κινητικής Γ΄ Λυκείου - Academy Edition 3.0

ΚεφάλαιοΤαχύτητα αντίδρασης

ΥποενότηταΜηχανισμός - αργό στάδιο

Δυσκολία🔴 7,5 / 10

Χρόνος18 λεπτά

Διδακτικός στόχος

✔ Να συνδέεις το αργό στοιχειώδες στάδιο με τον νόμο ταχύτητας.

✔ Να ελέγχεις αν ένας μηχανισμός συμφωνεί με πειραματικά δεδομένα.

✔ Να αναγνωρίζεις ενδιάμεσα προϊόντα.

✔ Να αθροίζεις στάδια και να ανακτάς την ολική αντίδραση.

Εκφώνηση

Για την ολική αντίδραση:

2NO_(g) + 2H_2(g) → N_2(g) + 2H₂O_(g)

έχει βρεθεί πειραματικά ο νόμος ταχύτητας:

υ=k[NO]²[H₂]

Προτείνονται οι παρακάτω δύο μηχανισμοί:

Μηχανισμός Ι

1ο στάδιο (αργό): 2NO + H₂ → N₂O + H₂O

2ο στάδιο (γρήγορο): N₂O + H₂ → N₂ + H₂O

Μηχανισμός ΙΙ

1ο στάδιο (αργό): NO + H₂ → HNO + H

2ο στάδιο (γρήγορο): HNO + H + NO + H₂ → N₂ + 2H₂O

Να ελέγξετε ποιος μηχανισμός συμφωνεί με τον πειραματικό νόμο ταχύτητας.
Να προσδιορίσετε τα ενδιάμεσα προϊόντα στον μηχανισμό που γίνεται αποδεκτός.
Να αποδείξετε ότι το άθροισμα των σταδίων δίνει την ολική αντίδραση.
Αν η [NO] διπλασιαστεί και η [H₂] υποδιπλασιαστεί, να υπολογίσετε πόσες φορές μεταβάλλεται η αρχική ταχύτητα.

Προσπάθησε μόνος σου

Οργάνωσε πρώτα τα δεδομένα και επίλεξε τη σχέση που συνδέει άμεσα το ζητούμενο με τις γνωστές ποσότητες.

Καθοδηγούμενη βοήθεια

Εμφάνιση 1ης βοήθειας

Γράψε τον νόμο ταχύτητας που προβλέπει το αργό στάδιο κάθε μηχανισμού.

Εμφάνιση 2ης βοήθειας

Ο αποδεκτός μηχανισμός πρέπει και να δίνει τον πειραματικό νόμο ταχύτητας και, με άθροιση των σταδίων, την ολική αντίδραση.

Πλήρης λύση

1ο βήμα: Κριτήριο επιλογής μηχανισμού

Για ένα στοιχειώδες αργό στάδιο, ο νόμος ταχύτητας γράφεται από τα αντιδρώντα του σταδίου και τους συντελεστές τους.

2ο βήμα: Έλεγχος Μηχανισμού Ι

Το αργό στάδιο είναι:

2NO + H₂ → N₂O + H₂O

Άρα ο νόμος ταχύτητας που προβλέπει ο μηχανισμός είναι:

υ=k[NO]²[H₂]

Ο νόμος αυτός συμφωνεί ακριβώς με τον πειραματικό νόμο ταχύτητας.

3ο βήμα: Έλεγχος Μηχανισμού ΙΙ

Το αργό στάδιο είναι:

NO + H₂ → HNO + H

Άρα θα προέκυπτε:

υ=k[NO][H₂]

Ο νόμος αυτός δεν συμφωνεί με τον πειραματικό. Επομένως ο Μηχανισμός ΙΙ απορρίπτεται.

4ο βήμα: Ενδιάμεσο προϊόν

Στον Μηχανισμό Ι το N₂O παράγεται στο πρώτο στάδιο και καταναλώνεται στο δεύτερο, χωρίς να εμφανίζεται στην ολική αντίδραση.

Ενδιάμεσο προϊόν: N₂O

5ο βήμα: Άθροισμα σταδίων

Στάδιο	Χημική εξίσωση
1ο	2NO + H₂ → N₂O + H₂O
2ο	N₂O + H₂ → N₂ + H₂O

Αθροίζουμε και απλοποιούμε το N₂O που εμφανίζεται και στα δύο μέλη:

2NO + 2H₂ → N₂ + 2H₂O

Προκύπτει η δοσμένη ολική αντίδραση.

6ο βήμα: Μεταβολή της ταχύτητας

υ=k[NO]²[H₂]

Με [NO]'=2[NO] και [H₂]'=(1/2)[H₂]:

υ'/υ=2²·(1/2)=2

Η αρχική ταχύτητα διπλασιάζεται.

Τελικές απαντήσεις: Αποδεκτός είναι ο Μηχανισμός Ι, ενδιάμεσο προϊόν είναι το N₂O και η νέα αρχική ταχύτητα είναι 2 φορές μεγαλύτερη.

Συχνά λάθη μαθητών

Χρησιμοποιούν την ολική αντίδραση για να γράψουν τον νόμο ταχύτητας.
Θεωρούν ενδιάμεσο προϊόν μια ουσία που εμφανίζεται στην ολική εξίσωση.
Δεν απλοποιούν τις ουσίες που παράγονται σε ένα στάδιο και καταναλώνονται σε επόμενο.

Τελικό συμπέρασμα

Ένας αποδεκτός μηχανισμός πρέπει να συμφωνεί τόσο με τον πειραματικό νόμο ταχύτητας όσο και με την ολική στοιχειομετρική εξίσωση.

Τι θα μπορούσε να ρωτήσει ακόμη ο εξεταστής;

Να εντοπιστεί το βραδύ στάδιο από δεδομένο ενεργειακό διάγραμμα.
Να συγκριθούν οι ταχύτητες μετά από άλλες μεταβολές συγκεντρώσεων.
Να εξεταστεί ο ρόλος ενός καταλύτη στον μηχανισμό.

Συνδέεται με

Νόμος ταχύτητας • Στοιχειώδη στάδια • Ενδιάμεσα προϊόντα • Ενέργεια ενεργοποίησης