Wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy się wykładniczym wzrostem wartości stałej szybkości reakcji . Tę zależność opisuje równanie Arrheniusa:
gdzie oznacza energię aktywacji, - uniwersalną stałą gazową, a - temperaturę bezwzględną wyrażoną w kelwinach. Czynnik informuje o tym, jaka część zderzających się molekuł ma energię większą lub równą energii aktywacji, natomiast czynnik , nazywany czynnikiem przedwykładniczym, określa częstotliwości zderzeń efektywnych. Wartość czynnika jest w praktyce niezależna od temperatury. Równanie Arrheniusa może być przekształcone do postaci logarytmicznej:
będącej równaniem liniowym (), opisującym zależność logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji od odwrotności temperatury . Wartość jest współczynnikiem kierunkowym tej prostej.
Badano przebieg reakcji chemicznej, zachodzącej między wodorem i chlorkiem bromu, przebiegającej według następującego równania reakcji:
Po ustaleniu mechanizmu opisanej reakcji określono jej równanie kinetyczne jako: .
Tę reakcję przeprowadzano w różnych temperaturach należących do przedziału od 310 K do 380 K i za każdym razem wyznaczono wartość jej stałej szybkości. Otrzymane dane zestawiono w tabeli.
| Nr pomiaru | Temperatura , K | Stała szybkości reakcji , |
|---|---|---|
| 1 | 310 | |
| 2 | 320 | |
| 3 | 330 | |
| 4 | 340 | |
| 5 | 350 | |
| 6 | 360 | |
| 7 | 370 | |
| 8 | 380 |
Uzupełnij tabelę brakującymi wartościami (z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku) oraz narysuj wykres zależności logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji pomiędzy wodorem a chlorkiem bromu od odwrotności temperatury . Następnie oblicz wartość energii aktywacji tej reakcji.
W tabeli pomocniczej do narysowania wykresu podano już dwie pierwsze wartości:
| , | 323 | 313 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Z równania Arrheniusa, przedstawionego w postaci logarytmicznej , należy wyciągnąć wniosek, że wartość energii aktywacji powinna być obliczona z wykorzystaniem wartości współczynnika kierunkowego funkcji liniowej, w której zmienną niezależną jest odwrotność temperatury, a zmienną zależną logarytm naturalny obliczony z wartości stałej szybkości reakcji chemicznej. W celu rozwiązania należy sporządzić wykres przedstawiający zależność .
Uzupełniona tabela:
| , |
|---|
Na podstawie tabeli należy sporządzić wykres: punkty układają się na linii prostej opadającej od wartości dla
Uwaga: za brak połączenia punktów na wykresie (pozostawienie wykresu w postaci nieciągłej) uczeń otrzymuje 0 punktów.
Korzystając z kalkulatora naukowego, należy obliczyć tangens kąta nachylenia albo ustalić równanie linii prostej:
albo
Następnie należy zauważyć, że , co pozwala obliczyć wartość energii aktywacji:
4 pkt - rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego obliczenia wartości energii aktywacji i podanie jej z poprawną jednostką.
3 pkt - sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(k) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(k) w funkcji odwrotności temperatury oraz zapisanie relacji łączącej wartość współczynnika kierunkowego linii najlepszego dopasowania z wartością energii aktywacji i uniwersalną stałą gazową.
ALBO
- poprawne obliczenie wartości energii aktywacji i podanie jej z poprawną jednostką, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wykres zawiera usterki, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
2 pkt - sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(k) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(k) w funkcji odwrotności temperatury.
ALBO
- sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(k) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(k) w funkcji odwrotności temperatury oraz błędne zapisanie relacji łączącej wartość współczynnika kierunkowego linii najlepszego dopasowania z wartością energii aktywacji i uniwersalną stałą gazową.
1 pkt - sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(k) w funkcji odwrotności temperatury.
ALBO
- sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(k) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(k) w funkcji odwrotności temperatury, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wykres zawiera usterki).
0 pkt - rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Porównujesz swoje rozwiązanie z kluczem? Maturownik+ oceni je analizą AI, policzy punkty wg schematu i zapisze Twoje błędy w kompendium.
Policz na kartce jak na maturze, odsłoń klucz i porównaj. Potem odhacz, żeby wiedzieć, co masz już za sobą.
ZrobioneOdhaczanie zapisuje się na Twoim koncie, więc wymaga darmowego konta. Zajmuje chwilę i wracasz do tego samego zadania.
| 323 |
|---|
| 313 |
|---|
| 303 |
|---|
| 294 |
|---|
| 286 |
|---|
| 278 |
|---|
| 270 |
|---|
| 263 |
|---|