Symulacja interaktywna

Symulacja 1

Czy zastanawiasz się czasami, w jaki sposób temperatura wpływa na szybkość przebiegu niektórych reakcji? W poniższym doświadczeniu przedstawiono reakcję kwasu szczawiowego z manganianem( $VII$ ) potasu w obecności kwasu siarkowego( $VI$ ).

Zanotuj czas trwania tej reakcji w określonych temperaturach, a następnie wykonaj ćwiczenia zamieszczone pod symulacją.

Czy zastanawiasz się czasami, w jaki sposób temperatura wpływa na szybkość przebiegu niektórych reakcji? Zapoznaj się z opisem symulacji, w której przedstawiono reakcję kwasu szczawiowego z manganianem( $VII$ ) potasu w obecności kwasu siarkowego( $VI$ ), prowadzoną w różnych, określonych temperaturach. Następnie rozwiąż dołączone zadania.

Uwaga: Analizowana reakcja jest tzw. reakcją autokatalityczną, a więc taką, w której rolę katalizatora pełni jeden z powstających w jej wyniku produktów. W rozpatrywanej reakcji rolę katalizatora pełnią jony manganu( $II$ ). Początkowo, kiedy w układzie nie ma jonów ${Mn}^{2 +}$ , reakcja ta przebiega powoli, ale kiedy w układzie pojawią się wspomniane jony, szybkość reakcji zwiększa się.

RD3qnsl4v6SvE

Symulacja interaktywna pt. „Jak temperatura wpływa na szybkość reakcji chemicznej"

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podpowiedźgreenwhite

Szybkość reakcji chemicznej to zmiana stężenia reagentów (substratów lub produktów) w jednostce czasu.

Reguła van’t Hoffa określa wpływ temperatury na szybkość przebiegu reakcji i umożliwia obliczenie współczynnika temperaturowego. Zgodnie z tą regułą, szybkość reakcji wzrasta od $2$ do $4$ razy przy wzroście temperatury o $10 K$ i maleje tyle samo razy przy takim samym spadku temperatury. Warto jednak pamiętać, że reguła ta ma charakter przybliżony – czasami stwierdza się odchylenia. Wartość współczynnika temperaturowego może być przyjęta za stałą tylko w określonym przedziale temperatur.

\frac{V_{2}}{V_{1}} = γ^{\frac{Δ T}{10}}

gdzie:

$Δ T = T_{2} - T_{1}$ ;
$V_{1}$ – szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze $T_{1}$ ;
$V_{2}$ – szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze $T_{2}$ ;
$γ$ – współczynnik temperaturowy.

Instrukcja

Umieść w probówce po $2 {cm}^{3}$ wodnych roztworów manganianu( $VII$ ) potasu i kwasu siarkowego( $VI$ ), a następnie wstaw probówkę do łaźni wodnej. Po ogrzaniu zawartości probówki do wybranej temperatury wyjmij ją z łaźni i dodaj do niej $2 {cm}^{3}$ roztworu kwasu szczawiowego. Mierz czas reakcji od momentu dodania ostatniego reagenta do całkowitego odbarwienia roztworu. Uzyskany czas notuj np. w tabeli znajdującej się w Ćwiczeniu $1$ . Powtórz doświadczenie dla pozostałych dostępnych temperatur.

Wyniki doświadczenia

Temperatura $[° C]$	Czas trwania reakcji $[s]$
$20$	$160$
$30$	$120$
$40$	$54,8$
$50$	$26,9$
$60$	$14,0$
$70$	$6,6$
$3,0$	$160$

Ćwiczenie 1

Uzupełnij poniższą tabelę wpisując w puste rubryki czas trwania analizowanej reakcji we wskazanych temperaturach. Następnie narysuj wykres zależności czasu trwania reakcji od temperatury. Temperaturę wyraź w kelwinach.

Na podstawie analizy wykresu ustal w jaki sposób temperatura wpływa na szybkość reakcji kwasu szczawiowego z manganianem( $VII$ ) potasu w środowisku kwasowym.

RYrIl1b6cskqe

$0 ° C ≅ 273 K$

Ćwiczenie 1

R5k9erX6OLroz

Ćwiczenie 2

Wykorzystując odpowiednie dane dotyczące czasu trwania analizowanej reakcji w temperaturach od $40 ° C$ do $80 ° C$ , wyznacz temperaturowy współczynnik szybkości reakcji ( $γ$ ). Wynik zaokrąglij do liczby całkowitej.

Następnie odpowiedz na pytanie, w jaki sposób określona zmiana temperatury wpływa na szybkość reakcji kwasu szczawiowego z manganianem( $VII$ ) potasu w środowisku kwasowym.

R16AcaBGZdPzF

ROuUPLBZXAzBN1

W obliczeniach skorzystaj z zależności:

\frac{v_{1}}{v_{2}} = \frac{t_{1}}{t_{2}} = γ^{\frac{T_{2} - T_{1}}{10}}

gdzie $v_{1}$ i $v_{2}$ to szybkości reakcji przebiegających w temperaturach $T_{1}$ i $T_{2}$ , w czasie $t_{1}$ i $t_{2}$ .

Poniżej znajdują się przykładowe obliczenia. Zapoznaj się z nimi.

\frac{t_{1}}{t_{2}} = γ^{\frac{T_{2} - T_{1}}{10}}

\frac{26,9 s}{6,6 s} = γ^{\frac{70 ° C - 50 ° C}{10}} \Rightarrow 4,08 = γ^{2}

γ ≃ 2

Wzrost temperatury o $10 ° C$ powoduje około dwukrotny wzrost szybkości analizowanej reakcji.

Sprawdź, czy powyższa zależność jest spełniona dla poszczególnych pomiarów czasu trwania reakcji w temperaturach od $40 ° C$ do $80 ° C$ . Nie analizuj zmian szybkości reakcji w niższych temperaturach, ze względu na fakt, iż reakcja jest reakcją autokatalityczną.

Ćwiczenie 3

Stosując tzw. zapis jonowy skrócony, napisz równanie reakcji analizowanej w symulacji. Współczynniki stechiometryczne dobierz za pomocą bilansu jonowo‑elektronowego, z uwzględnieniem oddawanych lub pobieranych elektronów.

R1JQJcsE2lg8G

R1T6TR4wU77Kl

Produktami analizowanej reakcji chemicznej są siarczan( $VI$ ) manganu( $II$ ), woda oraz tlenek węgla( $IV$ ).

Bilans jonowo‑elektronowy:

{MnO}_{4}^{-} + 5 e^{-} + 8 H_{3} O^{+} \to {Mn}^{2 +} + 12 H_{2} O

{(COOH)}_{2} + 2 H_{2} O \to 2 {CO}_{2} + 2 e^{-} + 2 H_{3} O^{+}

Równanie reakcji (zapis jonowy skrócony):

2 {MnO}_{4}^{-} + 5 {(COOH)}_{2} + 6 H_{3} O^{+} \to 2 {Mn}^{2 +} + 10 {CO}_{2} + 14 H_{2} O

Przeczytaj

Sprawdź się