Domande esame Chimica

Energia di attivazione e meccanismi di reazione

Energia di attivazione e stato di transizione

Le molecole devono superare una barriera chiamata energia di attivazione per reagire. Il punto in cui l'energia è massima durante il processo di reazione viene chiamato stato di transizione.

Calcolo della variazione di energia

Per una reazione chimica, l'energia di attivazione per la reazione diretta è +181 kJ e l'energia di attivazione per la reazione inversa è +62 kJ. Qual è la variazione di energia complessiva per la reazione diretta?

Formazione di nitrosil cloruro

Per la formazione di 1 mole di nitrosil cloruro a una certa temperatura, ΔH = -41 kJ/mol. NO (g) + 1/2 Cl₂ (g) → NOCl (g). L'energia di attivazione per la reazione diretta è 65 kJ/mol. Qual è l'energia di attivazione per la reazione inversa?

Cinetica di reazione e costante di velocità

La costante di velocità per una reazione di primo ordine è 1.6 × 10^-2 s^-1 a 664 K e 3.9 × 10^-2 s^-1 a 866 K. Quanto vale l'energia di attivazione? (R = 8.314 J K^-1 mol^-1)

La costante di velocità per una reazione a 40.0 °C è esattamente quattro volte quella a 20.0 °C. Calcolare l'energia di attivazione per la reazione (R = 8.314 J K^-1 mol^-1).

Calcolare l'energia di attivazione Ea per N₂O₅ (g) → 2 NO₂ (g) + 1/2 O₂ (g) conoscendo k (45.0 °C) = 5.79 × 10^-4 s^-1 e k (60.0 °C) = 3.83 × 10^-3 s^-1 (R = 8.314 J K^-1 mol^-1).

La costante di velocità a 366 K per una reazione di primo ordine è 7.7 × 10^-3 s^-1 e la sua energia di attivazione è 15.9 kJ/mol. Qual è il valore del fattore di frequenza A nell'equazione di Arrhenius? (R = 8.314 J K^-1 mol^-1)

Equazione di Arrhenius

L'equazione di Arrhenius, k = A e^-Ea/RT, esprime la dipendenza della costante di velocità con la temperatura di una reazione. La pendenza di ln(k) contro 1/T è pari a: -Ea/R.

Diagramma della coordinata di reazione

In un diagramma della coordinata di reazione, le molecole reagenti sono più instabili allo stato di transizione. Durante lo stato di transizione, le molecole reagenti subiscono una momentanea destabilizzazione dei legami chimici poiché stanno passando da uno stato iniziale a uno stato finale. Questa instabilità durante lo stato di transizione è fondamentale per superare la barriera energetica e consentire la formazione dei prodotti della reazione.

Influenza della temperatura e catalizzatori

La cinetica di una reazione è stata studiata per diverse temperature. Quali dei seguenti fattori non è influenzato dalla variazione della temperatura di reazione? L'energia di attivazione Ea.

L'effetto dell'aggiunta di un catalizzatore a una reazione è diminuire l'energia di attivazione della reazione. Infatti, aggiungere un catalizzatore a una reazione diminuisce l'energia di attivazione necessaria per la reazione, accelerandola.

Un catalizzatore cambia l'energia di attivazione della reazione. Stesso motivo di prima.

Passaggi elementari e meccanismi di reazione

I passaggi elementari per la decomposizione catalizzata del monossido di diazoto sono riportati:

• N₂O (g) + NO (g) → N₂ (g) + NO₂ (g)
• NO₂ (g) → NO (g) + 1/2 O₂ (g)

Quale/i delle seguenti affermazioni è/sono corretta/e?

• L'equazione complessiva bilanciata è N₂O (g) → N₂ (g) + 1/2 O₂ (g).
• NO₂ (g) è il catalizzatore della reazione.
• NO (g) è l'intermedio di reazione.

La 1 poiché O₂ (g) non è un catalizzatore della reazione, ma uno dei prodotti della prima fase della decomposizione ed, NO (g) è un intermedio di reazione, non il catalizzatore.

Meccanismi proposti

Viene riportato il meccanismo di una reazione chimica:

• (CH₃)₃CCl → (CH₃)₃C⁺ + Cl^-; lenta
• (CH₃)₃C⁺ + OH^- → (CH₃)₃COH; veloce

Quale/i delle seguenti affermazioni su tale reazione è/sono corretta/e?

• La reazione complessiva bilanciata è (CH₃)₃CCl + OH^- → (CH₃)₃COH + Cl^-.
• Lo ione idrossido è l'intermedio di reazione.
• La seguente legge di velocità è consistente con il meccanismo riportato: velocità = k [(CH₃)₃CCl] [OH^-].

La 1 poiché lo ione idrossido (OH⁻) è coinvolto come reagente nella seconda fase della reazione, ma non è un intermedio perché viene consumato durante la reazione veloce e, la legge di velocità non è scritta nel modo corretto.

Decomposizione di H₂O₂

Viene riportato un meccanismo proposto per la decomposizione di H₂O₂ .

• H₂O₂ + I^- → H₂O + IO^-; lenta
• H₂O₂ + IO^- → H₂O + O₂ + I^-; veloce

Quale delle seguenti affermazioni è non corretta? IO^- è il catalizzatore. Infatti è I^- il catalizzatore.

Reazioni con catalizzatori

La reazione A + 2 B → B₂ + A, procede secondo il seguente meccanismo:

• (A è il catalizzatore) A + B → AB; lenta
• AB + B → B₂ + A; veloce

Qual è la legge di velocità per questa reazione? velocità = k [A] [B].

Spiegazione: Poiché il primo passo è lento, è il passo che determina la velocità. La velocità della reazione complessiva è quindi uguale alla velocità della prima fase. La velocità del primo passo può essere espressa come: Tasso = k[A][B] dove k è la costante di velocità per il primo passaggio, [A] è la concentrazione di A e [B] è la concentrazione di B.

Meccanismo proposto e velocità di reazione

Considera il seguente meccanismo proposto. Se tale meccanismo per la reazione complessiva fosse corretto, e se k₁ fosse molto più piccolo di k₂, la legge di velocità osservata sarebbe:

• 2 A → C + I
• I + B → C + D

velocità = k₁ [A]².

Spiegazione: Dato che \(k_1\) è molto più piccolo di \(k_2\), ciò implica che il primo passo è il passo lento, noto anche come passo che determina la velocità.

Reazione tra NO e H₂

Un possibile meccanismo per la reazione in fase gassosa tra NO e H₂ è il seguente:

• 2 NO → N₂O₂
• N₂O₂ + H₂ → N₂O + H₂O
• N₂O + H₂ → N₂ + H₂O

Quale delle seguenti affermazioni riguardo tale meccanismo NON è direttamente legata alle informazioni fornite? Il passaggio che determina la velocità di reazione è il primo. Infatti, poiché tutte le altre opzioni sono corrette, per esclusione.

Meccanismi e equazioni di velocità

Per la reazione complessiva A + 2 B → C quale dei seguenti meccanismi porta all'equazione chimica complessiva corretta ed è consistente con l'equazione di velocità = k [A] [B]

• A + B → I; lenta
• I + B → C; veloce

Poiché la velocità di reazione è determinata dalla reazione lenta allora si ha che la reazione lenta è: A + B → I