Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

Transkript

1 Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2 Fredagen den 11 mars 2005 kl 8-13 Uppgifterna märkta (GKII) efter uppgiftens nummer är avsedda både för tentan i Kemisk Dynamik och för dem som deltenterar den utgångna kursen Fysikalisk kemi GKII Maximum är 10p per uppgift. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! För godkänt som KD-tenta krävs 20p. (Som omtenta på GKII har den en annan betygsskala, i kombination med resultat på deltentamen i Molekylär Struktur) lla eventuella grafer skall ritas på millimeterpapper. Tentavakten ska ha sådant, om det inte redan delats ut Tillåtna hjälpmedel är Räknedosa, BET och Kemiinstitutionens Formelsamling lla använda ekvationer som inte finns i formelsamlingen skall motiveras och alla gjorda antaganden skall redovisas Du behöver inte ägna tid åt att härleda de integrerade hastighetsekvationerna för nollte, första eller andra ordningens reaktion Not: Uppgifterna är inte nödvändigtvis ordnade efter svårighetsgrad! 1. (GKII) a) Man har i fem experiment studerat reaktionen O 2 (g) + 2NO(g) 2NO 2 (g) och funnit följande samband mellan initiala reaktantkoncentrationer och initiala reaktionshastigheter (koncentrationer är givna i mol L 1 och reaktionshastigheter i mol L 1 s 1 ): Experiment nr. [O 2 ] [NO] Uppmätt hastighet Bestäm härur respektive reaktionsordningar för reaktanterna. (5p) b) (GKII) I det fall att reaktantkoncentrationer uttrycks i mol L 1, ange korrekt enhet för hastighetskonstanter för nollte, första, andra och tredje ordningens reaktion. (2p) 1

2 c) (GKII) Tabellen ovan visar experimentella mätdata för sönderfall av N 2 O i gasfas. Man har sedan sökt identifiera reaktionen som (a) nollte, (b) första eller (c) andra ordningens, via grafiska metoder (se respektive diagram). Ja, vad blev det? Har man kanske missat något väsentligt? En vettig kommentar kan ge upp till: (3p) 2. (GKII) ntag att vi har en blandning av gaserna och B, med partialtrycken p respektive p B, över en fast yta. Beläggningsgraden av på ytan är θ, och av B, θ B. nge Langmuirs antaganden för modellering av gasadsorption, och visa att adsorptionsisotermen för under givna förhållanden blir av formen: θ = K p 1 + K p + K B p B 2

3 3. a) Betrakta följande parallella reaktionsförlopp k 1 B k 2 C ktiveringsenergierna är 45.1 kj mol 1 för den första och 69.8 kj mol 1 för den andra reaktionen. Om hastighetskonstanterna är lika vid 320 K, vid vilken temperatur kommer k 1 /k 2 att vara = 2? (5p) b) Begreppet reversibel är centralt både i termodynamiken och kemiska kinetiken. Kommentera begreppsskillnaden. (2p) c) Beskriv kortfattat ( = högst 10 rader )de avgörande förutsättningarna/lagarna för startstegen i en foto/ljusinitierad kemisk reaktion. (3p) 4. (GKII) Isomerisering av cis- och trans- 1-etyl-2-metylcyklopropan har vid o C ett uppmätt jämviktsförhållande [trans] eq /[cis] eq = Man uppmätte vid denna temperatur följande data under jämviktsinställningen: [cis]/mol dm tid / s Under antagandet att både fram- och återgående reaktion är av första ordningen, bestäm respektive hastighetskonstanter (k 1 och k 1 ). 3

4 5. Jämvikten mellan i vatten upplöst CO 2, kolsyra och vätekarbonatjoner etc. kan representeras via följande reaktionsschema. (OBS att det är lite vilseledande ritat - det borde vara triangulärt - längst ned är det ju paret koldioxid + vatten) Ledning: Uppgiften ska förenklas genom att ta hänsyn till att vatten finns i mycket stort överskott, och att dess koncentration formellt kan bakas in i vissa hastighetskonstanter (p.s.s. som vid en pseudo-första ordningens reaktion). Visa att detta schema leder till hastighetsuttrycket där KDT 8 mars 2005 at 9:01 (1) Häfta själv ihop Dina blad och (2) lägg bunten i omslaget! Häfta INTE ihop bladen med omslaget! Tentavakten ska ha en häftapparat. Det är ibland strul med lösningar som markerats som inlämnade, men som bara inte finns. För att få ordning på sådant vill vi i fortsättningen ha denna procedur. nge också på omslaget hur många blad Du lämnat in! Tentavakten SK kontrollera denna siffra! Lösningsförslag/skisser läggs ut på kurshemsidan strax efter kl 13. 4

5 Lösningsskisser för tentamen i Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2 Fredagen den 11 mars 2005 k l a) Hastigheten (v) ges av v = k[o 2 ] m [NO] n Man ser att om man fördubblar koncentrationen av syrgas, så fördubblas också reaktionshastigheten, alltså är m=1. Fördubblar man koncentrationen av kväveoxid så fyrdubblas reaktionshastigheten, alltså är n=2. b) Enhet för k = (L/mol)ordning 1 tidsenhet c) Mätdata omfattar ett för litet intervall för att man statistiskt eller grafiskt kan dra några slutsatser. Hade man följt reaktionen till högre omsättningsgrad hade det blivit stor skillnad. 2. Man antar att ett visst bestämt antal platser finns, och att alla dessa är likvärdiga. Ingen multilageradsoption sker, och ingen växelverkan finns mellan adsorberade molekyler på ytan. dsorptionshastigheten för är enligt Langmuir proportionell mot trycket av, dvs p, samt mot andelen ej besatta platser på ytan, (1 θ θ B ). dsorptionshastigheten blir då v ads = k ads (1 θ θ B )p Desorptionshastigheten är proportionell mot beläggningsgraden av, dvs v des = k des θ Vid jämvikt är dessa 2 hastigheter lika stora, dvs k des Motsvarande resonemang för B ger k des B θ = k ads (1 θ θ B )p θ B = k ads (1 θ θ B )p B Kombinerar man de två senaste ekvationerna får man B θ = = 1 + k ads B k adsp /k des p B/k des B K p 1 + K p + K B p B + kads p /k des 1

6 3. a) (se ovan) b), c) se föreläsningsanteckningar och lärobok 2

7 4. 3

8 5. Jo - uppgiften är mycket lätt - men de som inte känner att de kan stoffet vågar sig inte på den, eller villar bort sig KDL 11 mars 2005 at 13:01 4