Χημεία (Β Γενικού Λυκείου - Ομάδα Προσ/σμού Θετικών Σπουδών) - Βιβλίο Μαθητή
3.3 Νόμος ταχύτητας - Μηχανισμός αντίδρασης 4.1 Έννοια χημικής ισορροπίας Επιστροφή στην αρχική σελίδα του μαθήματος

3.4 Ένα πείραμα χημικής κινητικής μελέτης

Κλείνοντας το κεφάλαιο, θα πρέπει για άλλη μια φορά να τονίσουμε τη σημασία που έχει το πείραμα στη μελέτη της χημικής κινητικής. Έτσι, αντί επιλόγου, παραθέτουμε ένα πείραμα χημικής κινητικής μελέτης, προσπαθώντας να αξιοποιήσουμε πολλά από τα στοιχεία που αναπτύξαμε στο παρόν κεφάλαιο.
Το πείραμα που θα μελετήσουμε στηρίζεται στην αντίδραση διαφόρων μετάλλων π.χ. Zn, Mg, Fe και Μn με αραιό H2SO4. Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα περιγράφονται με τις παρακάτω χημικές εξισώσεις:

Zn(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + Η2(g)
Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + Η2(g)
Mn(s) + H2SO4(aq) → MnSO4(aq) + Η2(g)
Mg(s) + H2SO4(aq) → MgSO4(aq) + Η2(g)
Η κινητική μελέτη των παραπάνω αντιδράσεων μπορεί να βασιστεί στη μέτρηση του όγκου του Η2 που ελευθερώνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα, κάνοντας χρήση της παρακάτω διάταξης:
ΣΧΗΜΑ 3.9 Πειραματική
				διάταξη για την κινητική
				μελέτη της αντίδρασης
				Μ+ Η2SO4 > ΜSO4 + H2^

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων δίνονται σε μορφή διαγραμμάτων V - t (καμπύλες αντίδρασης). Να σημειωθεί, ότι σε κάθε κουκκίδα αντιστοιχεί μια πειραματική μέτρηση. Με βάση τις καμπύλες και με τον τρόπο που υποδείξαμε στην ενότητα 1.1 (σχήμα 3.3) μπορούμε να προσδιορίσουμε την ταχύτητα των αντιδράσεων σε διαφόρους χρόνους, ΔV/Δt – t.

ΣΧΗΜΑ 3.10 Καμπύλες
				αντίδρασης (V – t).
ΣΧΗΜΑ 3.11 Ταχύτητα
				αντίδρασης σε συνάρτηση με
				το χρόνο (ΔV/Δt – t).

Να παρατηρήσουμε ότι τη μέγιστη την περίοδο t1-30s ταχύτητα έχει το Mn, ακολουθεί το Mg και τελευταίος έρχεται ο Fe, ο οποίος παρουσιάζει αξιοσημείωτη σταθερότητα (βλέπε σχήμα 3.11). Το παραπάνω πείραμα οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φύση του μετάλλου. Θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε το πείραμα μελετώντας αυτή τη φορά τη παράμετρο «επιφάνεια επαφής», προσδιορίζοντας την καμπύλη της αντίδρασης ενός μετάλλου π.χ. Mn με διαφορετικού μεγέθους κόκκους (κρατώντας τις υπόλοιπες παραμέτρους σταθερές). Ανάλογα, μπορούμε να μελετήσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας, της συγκέντρωσης, του καταλύτη κ.τ.λ.

Για παράδειγμα, η μελέτη της επίδρασης του καταλύτη στην αντίδραση Zn(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + Η2(g) οδηγεί στο παρακάτω σχήμα:

ΣΧΗΜΑ 3.12 Επίδραση
				καταλύτη (Cu) στην
				αντίδραση
				Zn(s) + Η2SO4 (aq) > ZnSO4
				+ H2^

Τέλος, να παρατηρήσουμε, ότι η πειραματική μελέτη της επίδρασης της συγκέντρωσης των αντιδρώντων στη ταχύτητα οδηγεί στον προσδιορισμό της τάξης της αντίδρασης και έτσι ανοίγει ο δρόμος για τη διερεύνηση του μηχανισμού της αντίδρασης.

Εικόνα Γνωρίζεις ότι......

Απεικόνιση μέσω υπολογιστή της δομής ενός ενζύμου του οποίου παρουσιάζεται η ανθρακική αλυσίδα σαν πράσινη κορδέλα, ενώ η ενεργή μορφή του υποστρώματος παρουσιάζεται με το ιώδες χρώμα.

Η παρουσία ενζύμων στον οργανισμό μας- επιπτώσεις από την απουσία ορισμένων-δηλητήρια

Είναι γνωστό ότι ο ανθρώπινος οργανισμός συντηρεί ένα εξαιρετικά πολύπλοκο σύστημα αντιδράσεων. Οι αντιδράσεις αυτές πρέπει να γίνονται σε αυστηρά καθορισμένα όρια ταχύτητας, ώστε να διατηρηθεί η ζωή. Το ρόλο αυτό, της ρύθμισης της ταχύτητας, αναλαμβάνουν τα ένζυμα. Ποια είναι όμως τα βασικά χαρακτηριστικά ενός ενζύμου;
1. Έχουν τις βασικές ιδιότητες ενός καταλύτη, δηλαδή επιταχύνουν την αντίδραση με ελάττωση της ενέργειας ενεργοποίησης.
2. Τα ένζυμα είναι περισσότερα αποτελεσματικά από τους συνηθισμένους καταλύτες, επιταχύνοντας την αντίδραση 106 έως 108 φορές.
3. Τα περισσότερα ένζυμα είναι μεγαλομόρια πρωτεϊνικής φύσης με σχετικές μοριακές μάζες που κυμαίνονται μεταξύ 10.000 και ενός εκατομμυρίου.
4. Έχουν εξαιρετικά εκλεκτική δράση.
5. Η καταλυτική τους δράση επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, συνήθως απενεργοποιούνται σε θερμοκρασίες πάνω από 50 oC.
6. Η δράση τους εξαρτάται από την τιμή του pH.
7. Η πλέον διαδεδομένη θεωρία που ερμηνεύει το μηχανισμό δράσης ενός ενζύμου, απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα, και είναι γνωστή ως η θεωρία “κλειδί-κλειδαριά”. Το υπόστρωμα (substrate), δηλαδή η ουσία που καταλύεται ενώνεται με την ενεργό περιοχή του ενζύμου (active site), με διαμοριακούς δεσμούς Van der Waals. Tο υπόστρωμα, δηλαδή, παίζει το ρόλο του κλειδιού και το ένζυμο της κλειδαριάς. Το υπόστρωμα ενεργοποιείται μόλις κολλήσει στο ένζυμο και έτσι η αντίδραση επιταχύνεται. Τα προϊόντα της αντίδρασης στη συνέχεια ξεκολλάνε από το ένζυμο και το φαινόμενο συνεχίζεται με άλλα μόρια υποστρώματος.

Εικόνα
Εικόνα

Η θεωρία «κλειδί- κλειδαριά» βρίσκει εφαρμογή στην περίπτωση ενός παραγώγου της θυροξίνης, που είναι ορμόνη του θυροειδούς (πορτοκαλί χρώμα), που ενώνεται με την ενεργή περιοχή της πρωτεΐνης πριαλβουμίνης (μπλε χρώμα). Κατ’ αυτό τον τρόπο η θυροξίνη μεταφέρεται στο αίμα.(απεικόνιση μέσω υπολογιστή)

Κατ’ αυτό τον τρόπο καταλύονται πολλές από τις λειτουργίες του ανθρώπου, όπως η πέψη, η αναπνοή, η σύνθεση νέων κυττάρων κλπ. Χιλιάδες ενζύμων είναι γνωστά σήμερα και καθένα απ’ αυτά επιτελεί μια συγκεκριμένη δράση.

Ένζυμα και ασθένειες

Ορισμένες ασθένειες προκαλούνται από την έλλειψη ή τη μεγάλη συγκέντρωση ορισμένων ενζύμων στον οργανισμό μας. Παράδειγμα φέρνουμε την περίπτωση της ασθένειας φαινυλοκετονουρίας η οποία είναι μια ασθένεια που προκαλείται από την έλλειψη του ενζύμου φαινυλαλανίνη υδροξυλάση (ένζυμο που καταλύει τη διάσπαση της φαινυλαλανίνης). Έτσι. το αμινοξύ φαινυλαλανίνη δεν μπορεί να οξειδωθεί και ένα μέρος του συσσωρεύεται στον εγκέφαλο, προκαλώντας διανοητική καθυστέρηση. Άλλο παράδειγμα είναι ο αλφισμός, ασθένεια που οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου τυροσινάση, που καταλύει το σχηματισμό χρωστικής των μαλλιών και των ματιών.

Ένζυμα και θεραπεία

Τα ένζυμα παίζουν σημαντικότατο ρόλο στη θεραπεία ορισμένων ασθενειών, όπως το ένζυμο θρομβίνη για την επούλωση πληγών. Επίσης το ένζυμο λυσοζύμη, που βρίσκεται στα δάκρυα των ματιών μας, καταλύει τη διάσπαση ορισμένων βακτηριδίων. Άλλο παράδειγμα είναι το ένζυμο στρεπτοκινάση, που καταλύει τη διάσπαση θρόμβων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση καρδιοπαθειών.

Ένζυμα και δηλητηριάσεις

Η ενεργή δράση των ενζύμων καταστρέφεται από ορισμένες ουσίες που ενώνονται δεσμικά με τα ενεργά κέντρα των ενζύμων και τα απενεργοποιούν. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται παρεμποδιστές ή αναστολείς. Πολλές ουσίες οφείλουν τη δηλητηριώδη δράση τους στο γεγονός ότι δρουν σαν παρεμποδιστές της ενζυματικής δράσης. Αν μάλιστα λάβει κανείς υπ’ όψιν του ότι τα ένζυμα βρίσκονται στον οργανισμό μας σε εξαιρετικά μικρές ποσότητες, αντιλαμβάνεται γιατί ορισμένα δηλητήρια προκαλούν το θάνατο ακόμα και σε ελάχιστες ποσότητες. Η φοβερή δηλητηριώδης δράση π.χ. του υδροκυανίου αποδίδεται στο γεγονός ότι απενεργοποιεί τη δράση ορισμένων ενζύμων, σχηματίζοντας σύμπλοκα με τα βαρέα μέταλλα των ενζύμων. Επίσης η δηλητηριώδης δράση ορισμένων τοξικών μεταλλικών ιόντων όπως του μολύβδου και του υδραργύρου, πιστεύεται ότι οφείλεται στην απενεργοποίηση που προκαλούν στα ενεργά κέντρα ενζύμων.

Ανακεφαλαίωση
1. Η χημική κινητική μελετά την ταχύτητα, τους παράγοντες που την επηρεάζουν και τους μηχανισμούς των αντιδράσεων.
2. Σύμφωνα με τη θεωρία των συγκρούσεων για να αντιδράσουν δύο μόρια πρέπει να συγκρουστούν αποτελεσματικά. Η ελάχιστη τιμή ενέργειας που απαιτείται να έχουν τα μόρια για να συγκρουστούν αποτελεσματικά ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης, Εa.
3. Ταχύτητα αντίδρασης, u, είναι η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός από αντιδρώντα ή τα προϊόντα, Δc, στην αντίστοιχη μεταβολή του χρόνου, Δt. Δηλαδή,
Εικόνα
4. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης είναι: α. επιφάνεια επαφής των στερεών, β. η συγκέντρωση των αντιδρώντων, γ. η θερμοκρασία, δ. η πίεση (εφόσον ένα τουλάχιστον από τα αντιδρώντα είναι αέριο), ε. οι ακτινοβολίες, στ. οι καταλύτες.
5. Ο καταλύτης αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, γιατί δημιουργεί μια νέα πορεία, που έχει μικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης.
6. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης της γενικής μορφής: αΑ + βΒ + γΓ → προϊόντα δίνεται από τη σχέση υ = k[A]x[B]ψ[Γ]ω, όπου x,ψ,ω αριθμοί που προσδιορίζονται πειραματικά.
7. Στην ειδική περίπτωση όπου x=α, ψ=β και ω=γ η αντίδραση χαρακτηρίζεται απλή, σε κάθε άλλη περίπτωση η αντίδραση είναι πολύπλοκη και κρύβει ενδιάμεσα στάδια.
8. Τάξη αντίδρασης ονομάζεται το άθροισμα x+ψ+ω.
9. H σταθερά k ονομάζεται σταθερά ταχύτητας και ισούται αριθμητικά με την ταχύτητα της αντίδρασης, όταν οι συγκεντρώσεις καθενός από τα αντιδρώντα είναι 1 mol L-1.
 
Λέξεις Κλειδιά
Στοιχειώδεις αντιδράσεις Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα
Μηχανισμός αντίδρασης Καταλύτες
Θεωρία συγκρούσεων Αυτοκατάλυση
Ενέργεια ενεργοποίησης Ένζυμα
Ενεργοποιημένο σύμπλοκο Νόμος ταχύτητας
Ταχύτητα αντίδρασης Σταθερά ταχύτητας
Καμπύλη αντίδρασης Τάξη αντίδρασης
Ερωτήσεις – Ασκήσεις - Προβλήματα

Εικόνα

Εικόνα

Εικόνα

Ερωτήσεις Επανάληψης
1. Με τι ασχολείται η χημική κινητική;
2. Τι λέγεται ενέργεια ενεργοποίησης;
3. Τι είναι ενεργοποιημένο σύμπλοκο;
4. Πώς ορίζεται η μέση ταχύτητας μιας αντίδρασης;
5. Πώς ορίζεται η στιγμιαία ταχύτητα μιας αντίδρασης;
6. Τι είναι καμπύλη αντίδρασης;
7. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την ταχύτητα μιας αντίδρασης;
8. Πώς μεταβάλλεται η ταχύτητα μιας αντίδρασης αν αυξηθούν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων;
9. Σε ποιες αντιδράσεις η μεταβολή της πίεσης επηρεάζει την ταχύτητα αντίδρασης;
10. Πώς επιδρά η αύξηση της επιφάνειας στερεού αντιδρώντος στην ταχύτητα της αντίδρασης
11. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία των αντιδρώντων τι μεταβολή παρατηρείται στην ταχύτητα της αντίδρασης;
12. Τι ονομάζεται καταλύτης;
13. Τι ονομάζεται ομογενής κατάλυση και τι ετερογενής κατάλυση;
Αναφέρατε ένα παράδειγμα σε κάθε περίπτωση.
14. Τι ονομάζεται αυτοκατάλυση; Δώστε ένα παράδειγμα.
15. Τι είναι ένζυμα ή βιοκαταλύτες και ποια είναι τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ενζύμων σε σχέση με τους άλλους καταλύτες;
16. Ποιες είναι οι σημαντικότερες θεωρίες κατάλυσης;
17. Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας;
18. Τι είναι σταθερά ταχύτητας;
19. Τι είναι απλή αντίδραση και τι πολύπλοκη;
20. Τι είναι τάξη μιας αντίδρασης;
21. Τι είναι μηχανισμός αντίδρασης και ποιο στάδιο αυτής καθορίζει το νόμο της ταχύτητας;
Ασκήσεις - Προβλήματα
α. Ταχύτητα Αντίδρασης
22. Πώς ορίζεται η ταχύτητα της αντίδρασης
A + B → Γ + Δ;
23. Με τι μονάδες μετράμε συνήθως την ταχύτητα αντίδρασης;
24. Τι ονομάζεται μηχανισμός αντίδρασης;
25. Το ακόλουθο σχήμα δείχνει τη μεταβολή στην ενέργεια αντιδρώντων και προϊόντων για την εξώθερμη αντίδραση: A + B → Γ + Δ
Ποια είναι η ενέργεια ενεργοποίησης αυτής της αντίδρασης και ποια της αντίστροφης αντίδρασης Γ + Δ → A + B ;
Εικόνα
26. Nα συμπληρωθούν τα κενά στις προτάσεις:
(α) Η καμπύλη της αντίδρασης δείχνει πως ………………….. η συγκέντρωση ενός από τα ………………….. ή ……………………σε συνάρτηση με το χρόνο
(β) Το ενδιάμεσο προϊόν της σύγκρουσης των αντιδρώντων μορίων …………………. την ενέργεια ενεργοποίησης και ονομάζεται …………………………. σύμπλοκο.
(γ) Η ταχύτητα σχηματισμού (ρυθμός μεταβολής συγκέντρωσης) του ΗΙ στην αντίδραση H2 + I2 → 2HI είναι ……………….. από την ταχύτητα (ρυθμό) κατανάλωσης του Η2 και αυτή είναι ……………….. με την ταχύτητα (ρυθμό) κατανάλωσης του Ι2.
*27. Δίνονται οι καμπύλες μεταβολής των συγκεντρώσεων των συστατικών της χημικής αντίδρασης Α → Β συναρτήσει του χρόνου.
(i) Ποια καμπύλη αντιστοιχεί σε κάθε συστατικό της αντίδρασης; Ποια θα είναι η ταχύτητα της αντίδρασης μετά τη χρονική στιγμή tν, Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
 

(ii) Σε διάγραμμα c-t να σχεδιαστούν ποιοτικά (χωρίς τη χρήση αριθμητικών δεδομένων) οι καμπύλες αντίδρασης για το αντιδρών συστατικό της αντίδρασης Α → Β όταν αυτή πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες Τ1 και Τ2, όπου Τ12. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.
Εικόνα
Εικόνα
28. Πώς ορίζεται η στιγμιαία ταχύτητα της ομογενούς αντίδρασης;
2A(g)+ 3B(g) → Γ(g)+ 4Δ(g)
*29. Δίνεται η μονόδρομη αντίδραση
Στην αρχή έχουμε ισομοριακές ποσότητες Α και Β και η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε δοχείο σταθερού όγκου και σε σταθερή θερμοκρασία.
2A(g) + 3B(g) → Γ(g) + 4Δ(g) Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές (σημειώστε Σ) και ποιες είναι λανθασμένες (σημειώστε Λ);
(α) Η συγκέντρωση του Β αυξάνεται καθόλη τη διάρκεια της αντίδρασης.
(β) Η συγκέντρωση του Γ αυξάνεται καθόλη τη διάρκεια της αντίδρασης.
(γ) Στο τέλος της αντίδρασης η συγκέντρωση του Α μηδενίζεται
(δ) Στο τέλος της αντίδρασης η συγκέντρωση του Β μηδενίζεται
(ε) Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης η πίεση παραμένει σταθερή
30. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης:
N2(g)+ 3H2(g) → 2NH3(g)
ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του Ν2 είναι υ1 και ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης της NH3 είναι υ2. O λόγος υ12 είναι ίσος με:
(α) 1 (β) 2 (γ) 3 (δ) 1/2
31. Για την αντίδραση:
2A(g)+ 3B(g) → Γ(g)+ 2Δ(g)
   
   

ποιος από τους παρακάτω λόγους δεν εκφράζει την ταχύτητα της αντίδρασης:
Εικόνα
32. Σε δοχείο όγκου 2 L εισάγουμε 0,8 mol αερίου Α και 0,3 mol αερίου Β, που αντιδρούν σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:
Α(g) + B(g) → Γ(g).
Μετά από 2 s υπάρχουν στο δοχείο 0,6 mol Α. Ποια είναι η μέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα δύο πρώτα δευτερόλεπτα;
33. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 0,6 mol αερίου Α και 2 mol αερίου Β, που αντιδρούν σύμφωνα με τη χημική εξίσωση
A(g) + 2B(g) → 3Γ(g).
Mετά από 10 s περισσεύουν 0,4 mol A. Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα πρώτα 10 s.


β. Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης – Νόμος ταχύτητας
34. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης επειδή:
(α) η συχνότητα των συγκρούσεων των μορίων μεγαλώνει
(β) οι συγκρούσεις των μορίων είναι πιο βίαιες
(γ) μεγαλύτερο ποσοστό μορίων έχει την ελάχιστη ενέργεια, ώστε να δώσει αποτελεσματικές συγκρούσεις
(δ) οι δεσμοί των μορίων χαλαρώνουν
35. Αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C θεωρούμε ότι διπλασιάζει την ταχύτητα της αντίδρασης:
A(g) → B(g)+ Γ(g)
Αν σε θερμοκρασία 40 °C η αρχική ταχύτητα είναι υ, σε θερμοκρασία 80 °C και για σταθερή συγκέντρωση του Α η ταχύτητα θα είναι:
(α) 8υ (β) 16υ (γ) 4υ (δ) 80υ
36. Για την αντίδραση:
2A(g)+ 3B(g) → Γ(g)+ 4Δ(g)
o νόμος της ταχύτητας είναι: υ = k[A][B]
(α) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;
(β) Η αντίδραση είναι απλή ή πολύπλοκη;
 
37. Με τι μονάδες μετράμε τη σταθερά ταχύτητας μιας αντίδρασης 1ης τάξεως και με τι μιας αντίδρασης 2ης τάξης;
38. Να συμπληρωθούν τα κενά των προτάσεων:
(α) Η αύξηση της επιφάνειας επαφής του στερεού προκαλεί ….……. της ταχύτητας γιατί στην περίπτωση αυτή ……………… ο αριθμός των ……………… συγκρούσεων των αντιδρώντων.
(β) Η μεταβολή της πίεσης επηρεάζει την ταχύτητα της αντίδρασης μόνο στην περίπτωση κατά την οποία μεταξύ των αντιδρώντων υπάρχει ………………. . Αυτό συμβαίνει επειδή στα αέρια η μεταβολή της πίεσης μεταβάλλει ανάλογα τη ………………. .
(γ) Η κατάλυση χαρακτηρίζεται ……………….. όταν σε άλλη φάση βρίσκονται τα αντιδρώντα σώματα και σε άλλη ο ………………. . (δ) Τα ένζυμα έχουν …………….. δράση, δηλαδή ένα ένζυμο για …… ………………… .
39. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις εξηγεί σωστά τη δράση ενός καταλύτη;
(α) Αυξάνει την απόδοση της αντίδρασης
(β) Αυξάνει την κινητική ενέργεια των μορίων των αντιδρώντων
(γ) Δίνει έναν άλλο μηχανισμό στην αντίδραση
(δ) Παρεμποδίζει την αμφίδρομη αντίδραση
*40.

Να εξηγήσετε αν ισχύουν ή όχι οι ακόλουθες προτάσεις. Να αναφέρετε σχετικό παράδειγμα, όπου το κρίνετε σκόπιμο.
(α) Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα μόνο των ενδόθερμων αντιδράσεων.
(β) Η αντίδραση 3A(g) + 2B(g) → Γ(g) + 4Δ(g) είναι 5ης τάξης.
(γ) Η απλή αντίδραση: A(g) + 2B(g) → Γ(g) + Δ(g) είναι τρίτης τάξης
(δ) Οι μονάδες της σταθεράς ταχύτητας k για όλες τις αντιδράσεις είναι:
mol.L-1.s-1.

(ε) Επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C διπλασιάζει την ταχύτητα, είναι φανερό ότι η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 100 °C θα εικοσαπλασιάζει την ταχύτητα.

41. Για την απλή αντίδραση: 2A(g)+ B (g) → Γ(g) , η ταχύτητα σχηματισμού του Γ δίνεται από τη σχέση:

Εικόνα
42. Να εξηγήσετε αν ισχύουν ή όχι οι ακόλουθες 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 διαλύματος HCl ταχύτερα από ότι σύρμα ψευδαργύρου που ζυγίζει 20 g.
43. Η αντίδραση 2A(g)+ B(g) → Γ(g) πραγματοποιείται σε ένα στάδιο. Βάζουμε 3 mol του Α και 2 mol του Β σε δοχείο 1 L. Όταν η ποσότητα του Γ γίνει 1 mol, η ταχύτητα σχηματισμού του Γ υ2 σε σχέση με την αντίστοιχη αρχική ταχύτητα υ1 θα είναι:
Εικόνα
44. Δίνεται η απλή αντίδραση A(g)+ 2B(g) → 2Γ(g) . Εξηγήστε ποιες από τις παρακάτω 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.
*45. Σε δοχείου όγκου V = 4 L βάζουμε 6 mol αερίου Α και 4 mol αερίου Β, οπότε πραγματοποιείται η απλή αντίδραση:
A + 2B → Γ
(α) Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας;
(β) Αν η σταθερά ταχύτητας είναι k =10 M-2min-1, ποια είναι η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης (t = 0);
(γ) Μετά χρόνο t βρέθηκαν στον δοχείο 4,5 mol Α. Ποια είναι η ταχύτητα της αντίδρασης τη χρονική στιγμή t;
*46. Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχουν 0,6 mol αερίου Α2 και 0,8 mol αερίου Β2. Μετά την πάροδο 2 min βρέθηκε ότι παράγονται 0,8 mol ΑΒ. Να βρεθεί η αρχική ταχύτητα της απλής αντίδρασης:
A2(g) + B2(g) → 2AB(g)
και η ταχύτητά της στο τέλος του δεύτερου λεπτού. Δίνεται η σταθερά ταχύτητας, k=10-3 L mol-1 s-1.
*47. Σε ορισμένη θερμοκρασία, βρέθηκαν τα παρακάτω πειραματικά δεδομένα για την αντίδραση:
A(g)+ 2B(g) → Γ(g)(g)

Πείραμα cA αρχ / mol L-1 cB αρχ / mol L-1 υαρχ / mol L-1 min-1
1 0,1 0,1 2.10-2
2 0,1 0,2 4.10-2
3 0,4 0,1 8.10-2
4 0,4 0,05 4.10-2

(α) Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας;
(β) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;
(γ) Ποια είναι η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης;
 
   
*48. Για την αντίδραση: αΑ+βΒ+ γΓ → προϊόντα , βρέθηκαν πειραματικά τα εξής αποτελέσματα:

Πείραμα cA / mol L-1 cB / mol L-1 cΓ / mol L-1 υ / mol L-1 min-1
1 0,1 0,1 0,1 3.10-4
2 0,3 0,2 0,1 18.10-4
3 0,3 0,1 0,1 9.10-4
4 0,3 0,2 0,2 36.10-4

(α) Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας της αντίδρασης;
(β) Ποια είναι η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης;
49. Από πειράματα διαπιστώθηκε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης:
A + 3B → Γ
ακολουθεί το νόμο υ = k[A][B]2. Να εξηγήσετε αυτή την πειραματική διαπίστωση και δώστε έναν πιθανό μηχανισμό για την αντίδραση.
*50. Για την αντίδραση: 2NO(g) + Cl2(g) → 2NOCl(g)
βρίσκουμε ότι διπλασιάζοντας τη συγκέντρωση του ΝΟ και του Cl2, η ταχύτητα οκταπλασιάζεται, ενώ αν διπλασιάσουμε μόνο τη συγκέντρωση του Cl2, η ταχύτητα απλώς διπλασιάζεται. Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;
*51. Για την αντίδραση: 2H2(g)+ 2NO(g) → 2H2O(g)+ N2(g)
που γίνεται σε σταθερή θερμοκρασία, λαμβάνονται τα παρακάτω δεδομένα:

Πείραμα cNO αρχ / mol L-1 cH2 αρχ / mol L-1 υαρχ / mol L-1 min-1
1 0,70 0,39 0,19
2 1,40 0,39 0,76
3 1,40 0,78 1,52

(α) Ποιος είναι ο νόμος της ταχύτητας της αντίδρασης;
(β) Ποια είναι η τάξη της αντίδρασης;
(γ) Να εξηγήσετε γιατί η τάξη της αντίδρασης δεν μπορεί να υπολογιστεί με βάση τη στοιχειομετρία της παραπάνω εξίσωσης.
   
Γενικά Προβλήματα
**52. Οι γραφικές παραστάσεις των συγκεντρώσεων των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση: A(g) + 3Γ(g) → 2B(g) + Δ(g)

σε συνάρτηση με το χρόνο, φαίνονται στα παρακάτω τέσσερα (Ι έως ΙV) διαγράμματα.
Εικόνα
(α) Ποια από τις καμπύλες αυτές αντιστοιχεί στην ουσία Α, ποια στη Β, ποια στη Γ και ποια στη Δ;
(β) Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των σωμάτων μετά το τέλος της αντίδρασης
(γ) Ποια είναι η μέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα πρώτα 20 s;
(δ) Ποιος είναι ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης κάθε ουσίας Α, Β, Γ και Δ στα πρώτα 20s;
(ε) Ποια είναι η ταχύτητα της αντίδρασης τη χρονική στιγμή t = 20 s;
**53. Όταν περίσσεια σκόνης MgCO3 προστεθεί σε 50 mL διαλύματος HCl 1 M λαμβάνει χώρα η μονόδρομη αντίδραση:
MgCO3 + 2HCl → MgCl2 + H2O + CO2
Να προβλέψετε την επίδραση που θα έχουν οι ακόλουθες μεταβολές (i-vi)
(α) στην αρχική ταχύτητα και (β) στο συνολικό όγκο του CO2 που θα σχηματιστεί.
Στο (α) ερώτημα απαντήστε: βραδύτερη - ταχύτερη -ίδια
Στο (β) ερώτημα απαντήστε: μικρότερος - μεγαλύτερος - ίδιος
i. Ίδια ποσότητα MgCO3 προστίθεται υπό τη μορφή μεγαλύτερων κόκκων σκόνης.
ii. 1 g NaOH διαλύεται στο οξύ πριν προστεθεί το MgCO3.
iii. 50 mL διαλύματος HCl 2 Μ χρησιμοποιούνται αντί 50 mL διαλύματος ΗCl 1 Μ.
iv. 25 mL διαλύματος HCl 2 Μ χρησιμοποιούνται αντί 50 mL διαλύματος ΗCl 1 Μ.
v. Ίσος όγκος νερού προστίθεται στο οξύ πριν από την προσθήκη του MgCO3.
vi. 100 mL διαλύματος ΗCl 1 M χρησιμοποιούνται αντί 50 mL διαλύματος ΗCl 1 M.
 
**54. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγουμε 6 mol αερίου Α και 5 mol αερίου Β, τα οποία αντιδρούν σύμφωνα με την αντίδραση:
A(g) + B(g) → Γ(g) + Δ(g)
Για τον προσδιορισμό της ταχύτητας αντίδρασης έγινε μια σειρά μετρήσεων, την οποία αναφέρουμε στον ακόλουθο πίνακα:

t / min 0 1 2 3 4
c Γ / mol L-1 0 3 4 4,5 4,7

(α) Να γίνει η γραφική παράσταση της σχέσης c Γ=f(t)
(β) Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα 2 πρώτα λεπτά.
(γ) Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης για το χρονικό διάστημα 1,5 min – 2,5 min
(δ) Να υπολογίσετε την ταχύτητα της αντίδρασης για τη χρονική στιγμή t = 2 min
55. Ποια από τις παρακάτω γραφικές παραστάσεις αντιπροσωπεύει την ταχύτητα μιας ενζυματικά καταλυόμενης αντίδρασης σε συνάρτηση με την αύξηση της θερμοκρασίας;
Εικόνα
56. Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου 1 L εισάγουμε 3 mol NO και 1 mol Cl2, θερμαίνουμε στους 527 °C, οπότε γίνεται η απλή μονόδρομη αντίδραση σε σταθερή θερμοκρασία: 2NO(g) + Cl2(g) → 2NOCl(g)
με αρχική ταχύτητα 1,8.10-3 mol L-1 s-1
(α) Ποια είναι η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης;
(β) Ποια θα είναι η ταχύτητα της αντίδρασης, όταν περισσεύουν 0,4 mol Cl2;
(γ) Ποια θα είναι η ταχύτητα της αντίδρασης όταν περισσεύει 1 mol NO;
(δ) Ποια ήταν η αρχική ολική πίεση, ποια η πίεση τη στιγμή που περισσεύουν 0,4 mol Cl2 και ποια τη στιγμή που περισσεύει 1 mol NO;

Εικόνα

Δραστηριότητα

Ένζυμα - Βιολογικοί Καταλύτες

Η πατάτα, πέρα από το άμυλο, περιέχει και ένα ένζυμο γνωστό με το όνομα καταλάση. Αυτό έχει πλην των άλλων και την ικανότητα να καταλύει την διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο.
Η2Ο2 → Η2Ο + ½ Ο2
Την δράση του ενζύμου αυτού αλλά και τις επιδράσεις διαφόρων παραγόντων όπως της θερμοκρασίας πάνω στην ταχύτητα της αντίδρασης αυτής μπορείτε να την διαπιστώσετε με το παρακάτω απλό πείραμα.
Προμηθευτείτε από το φαρμακείο ένα μπουκάλι με διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου (οξυζενέ κοινώς…). Τα διαλύματα αυτά είναι συνήθως 3% w/v σε Η2Ο. Μεταφέρετε περίπου 50 mL από το οξυζενέ σε ένα καθαρό ποτήρι. Κόψτε μια φέτα από φρέσκια πλυμένη πατάτα και ρίξτε τη στο διάλυμα. Αυτή όντας ελαφρότερη θα επιπλέει.
Παρατηρήστε ότι σχεδόν αμέσως γύρω από την πατάτα θα σχηματισθούν πολλές φυσαλίδες από αέριο (Ο2), ένδειξη ότι η παραπάνω αντίδραση προχωρά γρήγορα. Το υπόλοιπο διάλυμα παραμένει «ήρεμο», ένδειξη ότι εκεί η διάσπαση του Η2Ο2 είναι πολύ αργή.
Να εκτιμήσετε αν η έκλυση των φυσαλίδων γίνεται με σταθερό ρυθμό.
Θερμάνετε το διάλυμα πριν και ρίξτε μετά την πατάτα. Παρατηρείτε κάποια διαφορά; Με την ίδια λογική ψύξτε το διάλυμα στο ψυγείο και επαναλάβατε το πείραμα. Τι παρατηρείτε;
Ψήστε την πατάτα σε ένα φούρνο και μετά ρίξτε την στο διάλυμα. Παρατηρείτε κάτι το διαφορετικό; Που οφείλεται αυτό;

 

 

Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
29. α. Λ, β. Σ, γ. Λ, δ. Σ, ε. Σ
30. δ
31. δ
34. γ
35. β
39. γ
40. α. όχι, β. όχι, γ. ναι, δ. όχι,
ε. όχι
41. γ
42. α. όχι, β. ναι, γ. ναι
43. α
44. α. Σ, β. Λ, γ. Σ, δ. Λ
55. γ