Esercizi sulla cinetica chimica

Consideriamo la reazione fra le sostanze A e B che formano la sostanza C:
a A + b B = c C

A temperatura costante, la dipendenza della velocità di questa reazione dalla concentrazione dei reagenti è data dall’equazione:

v = K [A]m[B]n

che esprime matematicamente la legge della velocità della reazione.

v indica la velocità

[A] e [B] indicano le concentrazioni molari dei reagenti

m e n sono due esponenti interi o frazionari

K è una costante che prende il nome di costante specifica della velocità della reazione.

Sia K che m e n possono essere dedotti solo sperimentalmente per la specifica reazione.

I due esponenti m e n esprimono l’ordine della reazione, in quanto m rappresenta l’ordine della reazione rispetto ad A e n rappresenta l’ordine di reazione rispetto a B; la loro somma (m + n) esprime l’ordine di reazione globale della reazione.

Si noti che m e n non coincidono con i coefficienti stechiometrici a e b presenti nella reazione bilanciata.

Per determinare sperimentalmente l’ordine di reazione di ciascun reagente e per calcolare la costante specifica della velocità di reazione, si misura nel tempo, la variazione della concentrazione del reagente in esame partendo da quantità note iniziali del medesimo.

Se la sostanza che reagisce è una sola si misura la velocità di comparsa dei prodotti di reazione o la velocità di scomparsa del reagente.

Esercizi

  • Data la reazione R → P vi verifica che la concentrazione di R passa da 0.03 M a 0.02 M in 25 minuti. Calcolare la velocità della reazione in M/s

25 min = 25 min ∙ 60 s/min = 1500 s

V = – (C2 – C1/T) = – (0.02 – 0.03/1500 = 6.7 ∙ 10-6 M/s

  • In una reazione del primo ordine la costante è di 1.15 ∙ 10-3 s-1. Calcolare dopo quanto tempo un reagente passa da 5 a 3 g

Per le reazioni del primo ordine ln [A]= ln [Ao] – kt ovvero ln [A]- ln [Ao]  = – kt

ln 0.02 – ln 0.03 = – 1.15 ∙ 10-3 M/s ∙ t

t = 353 s

  • Il tempo necessario per decomporre SOCl2 alla metà della sua quantità iniziale è di 60 minuti. Calcolare la costante della reazione

Dalla relazione ln [A]- ln [Ao]  = – kt poiché ½ [Ao] = [A] si ha:

ln ½ = – kt

ovvero ln 2 = kt

Poiché = 60 min ∙ 60 s/min = 3600 s

k = ln 2/3600 = 1.93 ∙104 s-1

  • La costante di una reazione a 32 °C è pari a 0.055 s-1 e il fattore di frequenza A vale 1.2 ∙ 1013 s-1. Calcolare l’energia di attivazione

La dipendenza della velocità della reazione dalla temperatura viene formulata dall’equazione di Arrhenius:

k = A e-Ea/RT

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Author: Chimicamo

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