Cvičení č. 12 a 13 (některé úlohy mohou být probrány ve 13. cvičení)
1. Teplotní rozklad vápence je průmyslově jedna z nejdůležitějších reakcí. Proto se jí budeme náležitě věnovat.
CaC03 (s) -> CaO (s) + C02 (g)
Sloučenina	CaC03	CaO	C02
Af//°25oC/ kJ moľ1	-1207	-635,3	-393,5
a) Vypočítejte standardní tvornou entalpii pří 25 °C pro tuto reakci ze zadaných hodnot a vysvětlete, co výsledná hodnota prozrazuje o tepelném zabarvení reakce - je reakce exotermi cká/ endotermi cká?
AfH° = ^ AfH° produktů - ^ AfH° výchozích látek
b) Vypočítejte standardní reakční Gibbsovu energii ArG°, ze znalosti standardní reakční entropie ArS° = 160,6 J K"1 moľ1 při teplotě 25 °C. Je reakce vratným/nevratným dějem? Bude reakce probíhat samovolně?
ArG° = ArH° - TArS°
c) Pří jaké teplotě bude reakce probíhat samovolně? Jaká bude rovnovážná konstanta reakce při této teplotě?
2. Azobenzen je dusíkatá aromatická látka, existující ve dvou izomerech jako cis- a řrans-azobenzen. Termodynamicky více stabilní (o 50 kJ mol-1) je rrans-azobenzen.
Měřením série absorpčních spekter v UV-vis oblasti v čase, byla zjištěna řada rychlostních konstant izomerizace azobenzenu z jeho ds-formy na trans-azobenzen za různých teplot (v rozsashu 20-45 °C). Izomerizace azobenzenu probíhá kinetikou 1. řádu.
N=N
c/s-azobenzen
řrans-azobenzen
Arrheniova rovnice: k = Ae~Ea^RT, kde A je tzv. předexponenciální nebo též frekvenční faktor, £a - aktivační energie, R - molární plynová konstanta 8,314 J K"1 moľ1, T -termodynamická teplota.
1
Předexponenciální faktor A je empirická konstanta mezi teplotou a rychlostní konstantou, který dává do souvislosti počet srážek za jednotku času, které mají správnou orientaci k reakci a e~Ea^RT je pravděpodobnost, že daná srážka bude mít dostatečnou energii k překonání aktivační bariéry.
Teplota / °C	Teplota / K	i/K"1 T	k /s"1	In k
20	293,15	0,00341	4,74 • 10"'	-14,56
25	298,15	0,00335	1,09 • 10"b	-13,73
35	308,15	0,00325	3,35 • 10"b	-12,61
45	318,15	0,00314	1,17 • 10"'	-11,36
a) Vypočtěte aktivační energii izomerizace azobenzenu a předexponenciální faktor
i
z Arrheniovy rovnice vynesením závislosti In k na. -. Proložením naměřených dat
křivkou (lineární regresí) získáte předexponenciání faktor (jako posunutí, „intercept") a aktivační energii izomerizace azobenzenu (směrnice, „slope"). Postup vynesení závislosti bude probrán v hodině, poté vám bude získaná regresní rovnice sdělena.
b) Ze zadané hodnoty ArG° = —50 kj mol-1 (za předpokladu její konstantnosti s teplotou) vypočtěte rovnovážnou konstantu izomerizace azobenzenu K (z cis- na trans-izomev) při teplotě 20 °C a 45 °C.
c) Ze znalosti rovnovážné konstanty a rychlostní konstanty pro izomerizaci azobenzenu z cis- na trans-izomev, vypočtěte zpětnou rychlostní konstantu izomerizace azobenzenu z trans- na ds-izomer při obou teplotách.
&trans K —-
Zpětná rychlostní konstanta při 20 °C:
K = —
k,
3. Co je to reakční mechanismus?
4. Jak se dá reakční mechanismus studovat?
5. Vysvětlete rozdíl mezi rychlostí chemické reakce a rychlostní konstantou.
2
6. Jaký je celkový řád reakce, jestliže se jedná o reakci prvního řádu vůči A a prvního řádu vůči B?
7. Jaký je řád reakce, jestliže reakční rychlost je popsána vztahem v = ^A °B. Může se
1- CA
jednat o elementární reakci?
8. Reakce probíhá z eduktů (E) přes meziprodukt (M) na produkt (P); žádné jiné meziprodukty v cestě nejsou.
a) Kolik je při cestě z E do P tranzitních stavů?
b) Kolik je při cestě z E do P elementárních reakčních kroků?
c) Jak bude vypadat cesta z P do E?
9. Napiš vztah pro reakční rychlost pro všechny komponenty, které se vyskytují v reakci: A + 2B->3C
10. Jaký je pro následující rovnici rychlostní zákon reakce? A + B —> C
11. Jaký je pro následující rovnici rychlostní zákon reakce, je-li elementární? A + B->C
12. Rozklad ethanolu v lidském organismu je složitým sledem biochemických reakcí. Formálně jej však můžeme popsat jedinou reakcí nultého řádu. Rychlostní konstanta je 0,1 g/hod. na kilogram hmotnosti osoby. Za jak dlouho se po vypití půllitru desetistupňového piva odbourá veškerý alkohol u osoby vážící 60 kg? Předpokládejte, že v půllitru je 12 g ethanolu. Místo obvyklé definice koncentrace považujte v tomto příkladě za „koncentraciý počet gramů ethanolu na 1 kilogram hmotnosti člověka.
3