แบบฝึกหัดเสริม จลนศาสตร์เคมี (Chemical kinetic) หลักการทั่วไป 1. อธิบายทฤษฎีการชน (Collision theory) และทฤษฎีสภาวะทรานซิชัน (Transition stage theory) 2. กฎอัตราคืออะไรและอธิบายวิธีการหากฎอัตรา 3. จงบอกความหมายของกลไกปฏิกิ ริ ย าเคมีพร้ อมทั้งอธิบ ายความสั ม พัน ธ์ระหว่ างกลไกและอั นดับ ของ ปฏิกิริยาเคมี 4. เลขสั ม ประสิ ท ธิ์ ใ นสมการที่ ดุ ล สุ ท ธิ แ ล้ ว ของปฏิ กิ ริ ย ากั บ เลขชี้ ก าลั ง ของความเข้ ม ข้ น ในกฎอั ต รามี ความสัมพันธ์กับหรือไม่ อย่างไร จงอธิบาย 5. อธิบายถึงปัจจัยที่ส่งผลต่ ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี พร้อมอธิบายผลที่เกิดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงปัจจัย ดังกล่าว 6. จงแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในเทอมของการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แต่ละตัวของ ปฏิกิริยาต่อไปนี้ A) H2O2 (aq) + 2H+ (aq) + 2I− (aq) ⟶ I2(aq) + 2H2O(l) B) 2NO(g) + Br2(g) ⟶ 2NOBr(g) C) CH3COOH(aq) + OH− (aq) ⟶ CH3COO− (aq) + H2O(l) D) N2O5(g) ⟶ NO2 (g) + NO3 (g) 7. ที่เวลาหนึ่ง N2 ทาปฏิกิริยากับ H2 ด้วยอัตรา 0.30 M/min ได้ผลิตภัณฑ์เป็น NH3 จงคานวณอัตราการลดลง ของ H2 และอัตราการเกิดของ NH3 8.
4N𝐻3 + 𝑂2 ⟶ 4𝑁𝑂 + 𝐻2 𝑂
จากสมการการผลิ ต NO ที่เวลาหนึ่ง NH3 กาลังเกิดการเปลี่ ยนแปลงด้ว ยอัตรา 1.20 M/min จง คานวณหาอัตราการหายไปของ O2 และอัตราการเกิดของ NO และ H2O ที่เวลาเดียวกัน 9. ดอกไม่ไฟบางชนิดให้สีสันที่สวยงามเนื่องจากการเผาไหม้ของแมกนีเซียม เมื่อพิจารณาการผลิตดอกไม้ไฟ โดยใช้แมกนีเซีย ม จงบอกว่าขนาดของแมกนีเซียมมีความส าคัญอย่างไร และจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อชิ้นของ แมกนีเซียมมีขนาดใหญ่มากและขนาดเล็กมาก โดยที่กาหนดให้น้าหนักของแมกนีเซียมเท่ากันทุกครั้งในการ ผลิตดอกไม้ไฟในแต่ละครั้ง
10.การทาปฏิกิริยาระหว่างกรดฟอร์มิก (HCOOH) กับ สารละลายโบรมีน (Br2) พบว่า ได้ผลิตภัณฑ์สามชนิด (Br-, H+ และ CO2) เมื่อทาปฏิกิริยาพบว่าความเข้มข้นของโบรมีนลดลงซึ่งมีผลการทดลองดังนี้ [Br2] ( x10-3M) เวลา (s)
12.00
10.10
8.46
7.10
5.96
5.00
4.20
3.53
2.96
0
50
100
150
200
250
300
350
400
10.1 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย 10.2 อัตราการเกิดปฏิกิริยาในช่วงเวลา 100 – 350 วินาที 10.3 อัตราการเกิดไฮโดรเนียมไอออน (H+) ในช่วงเวลา 100 – 350 วินาที 10.4 อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ เวลา 250 วินาที โดยวิธีการประมาณค่า โดยวิธีการวาดกราฟ กฎอัตรา 10. ปฏิกิริยาเคมีชนิดหนึ่งเป็นปฏิกิริยาแบบ unimolecular process ถ้าเพิ่มความเข้มข้นเริ่มต้นของสารตั้ง ต้นเป็น 2 เท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นจะเพิ่มขึ้นสองเท่า อยากทราบว่าอันดับของปฏิกิริยาเมื่อเทียบกับ สารตั้งต้นเป็นอย่างไร 11.
2NO + O2 ⟶ 2NO2
กฎอัตราของปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งคือ rate = k[NO]2[O2] และมีการทดลองสองการทดลองที่ เกี่ยวกับปฏิกิริ ย านี้ ที่อุณหภูมิเดีย วกัน ถ้าในการทดลองที่ 2 ใช้ความเข้มข้นเริ่มต้นของ NO เป็นครึ่งหนึ่ง ขณะที่ความเริ่มต้นของ O2 เป็นสองเท่าของการทดลองที่ 1 อยากทราบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาในการทดลอง ที่ 2 จะเป็นกีเ่ ท่าของการทดลองที่ 1 12. จงแสดงวิธีการหาหน่วยของค่าคงที่อัตราโดยใช้เวลาในหน่วยของวินาที เมื่ออันดับรวมของปฏิกิริยาเป็น 12.1 Zero-order 12.2 First-order 12.3 Second-order
13. จากข้อมูลในตารางจงหากฎอัตราและค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยานี้ 2A + B + 2C ⟶ 2D + 2E
ความเข้มข้นเริ่มต้น (M) การทดลอง 1 2 3 4
[A]
[B]
[C]
0.1 0.2 0.3 0.4
0.1 0.3 0.1 0.3
0.2 0.2 0.2 0.6
อัตราเริ่มต้นของ การเกิดสาร D (M/min) 1x10-3 3x10-2 1x10-3 9x10-2
14. a) ปฏิกิริยาหนึ่งเป็นปฏิกิริยาอันดับศูนย์เมื่อเทียบกับสารตั้งต้น A และเป็นปฏิกิริยาอันดับสองเมื่อ เทีย บกับ สารตั้งต้น B ถ้าเพิ่มความเข้มข้น ของสารตั้งต้นทั้ง A และ B ขึ้น 2 เท่า อยากทราบว่าอัตราการ เกิดปฏิกิริยาจะเป็นอย่างไร b) จงบอกอัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรถ้าปฏิกิริยาในข้อ a เป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง เมื่อเทียบกับ A และเป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่งเมื่อเทียบกับ B กฎอัตราอินทิเกรต 15. จงอธิบายความหมายของครึ่งชีวิตของสารตั้งต้น 16. ค่ า คงที่ อั ต ราของปฏิ กิ ริ ย าข้ า งล่ า งนี้ ใ นสภาวะแก๊ ส มี ค่ า เท่ า กั บ 0.0442 M-1S-1 ถ้ า เริ่ ม ต้ น ด้ ว ย C2F4 0.135 mol ในภาชนะ 2 L และไม่มี C4F8 ณ เริ่มต้น โดยกาหนดให้เป็นปฏิกิริยาอันดับสอง 2C2 F4 ⟶ C4 F8
a) จงหาความเข้มข้นของ C2F4 เมื่อเวลาผ่านไป 1 ชั่วโมง b) จงหาความเข้มข้นของ C4F8 เมื่อเวลาผ่านไป 1 ชั่วโมง c) จงหาครึ่งชีวิตของปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นเริ่มต้นในข้อ a d) เมื่อเวลาผ่านไป 1 ชั่วโมง จงคานวณเวลาที่ทาให้ครึ่งหนึ่งของ C2F4 ที่เหลืออยู่หายไป 17. ค่าคงที่อัตราของการสลายตัวของไนโตรเจนไดออกไซด์ด้วยลาแสงเลเซอร์ 2𝑁𝑂2 ⟶ 2𝑁𝑂 + 𝑂2
เท่ากับ 1.70 M-1/min จงคานวณเวลาในหน่วยวินาทีที่ต้องใช้ในการทาให้ NO2 2 M ลดลงไป 0.75 M
18. ค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาด้านล่างมีค่าเท่ากับ 1.20x10-2 s-1 ที่ 45 ๐C และเริ่มต้นด้วยความเข้มข้นของ N2O2 0.01500 M 1 𝑁2 𝑂5 ⟶ 2𝑁𝑂2 + 𝑂2 2
a) ใช้เวลาเท่าใดความเข้มข้นของ N2O5 จึงมีค่า 0.00100 M b) ใช้เวลาเท่าใดความเข้มข้นของ N2O5 จาก 0.00100 M ลดลงเป็น 0.000900 M 19. ที่อุณหภูมิร่างกาย ค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาของปฏิกิริยาในการกาจัดสาร cisplatin ซึ่งเป็นรีเอเจนต์ใน การรักษามะเร็งซึ่งมีค่าเท่ากับ 1.87x10-3 min-1 จงหาความเข้มข้นของ cisplatin ที่อยู่ในคนไข้ เมื่อคนไข้ ได้รับรีเอเจนต์นี้ 4.75x10-3 M เป็นเวลา 36 ชั่วโมง 20. ค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาสาหรับการสลายตัวของยาฆ่าแมลงในดินมีค่า 3.0x10-3 day-1 อยากทราบว่าจะ ใช้เวลานานเท่าใดที่ยาฆ่าแมลงเกิดการสลลายตัวไป 75% 21 พิจารณาปฏิกิริยา
2𝑁𝑂2 (𝑔) ⟶ 2𝑁𝑂(𝑔) + 𝑂2 (𝑔)
มีสมการกฎอัตราคือ
Rate = 1.4x10-10 M-1s-1 [NO2]M
a) ถ้าเริ่มต้นด้วย 3 mol NO2 ในภาชนะปิด 2.00 L จงหาครึ่งชีวิตของปฏิกิริยา b) จากข้อ a จงคานวณหาความเข้มข้นของ NO2 ที่เหลืออยู่หลังจากเวลาผ่านไป 115 ปี c) จาก b จงคานวณหาความเข้มข้นของ NO ที่เกิดขึ้น ผลของอุณหภูมิ 22. a) เพราะเหตุใดการเพิ่มอุณหภูมิทาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น b) เพราะเหตุใดปฏิกิริยาในวัฏภาคแก๊สเกิดได้เร็วกว่าปฏิกิริยาในวัฏภาคของแข็ง 23. จากข้อมูลค่าคงที่อัตราที่อุณหภูมิต่างๆ ของปฏิกิริยา 𝑀𝑛(𝐶𝑂)5 (𝐶𝐻3 𝐶𝑁)+ + 𝑁𝐶5 𝐻5 ⟶ 𝑀𝑛(𝐶𝑂)5 (𝑁𝐶5 𝐻5 )++𝐶𝐻3 𝐶𝑁
T (K) 298 305 312
K (min-1) 0.0409 0.0818 0.1570
a) จงคานวณค่า Ea โดยการเขียนกราฟและการเปรียบเทียบ 2 อุณหภูมิ b) หาค่าครึ่งชีวิตที่อุณหภูมิ 308 K
24. ปฏิกิริยาหนึ่งมีค่าความต่างของพลังงานหรือพลังงานสุทธิของปฏิกิริยาเท่ากับ 51.51 kJ/mol ที่อุณหภูมิ 0 ๐C มีค่าคงที่อัตราเท่ากับ 8x10-7 s-1 และที่อุณหภูมิ 50 ๐C มีค่าคงที่อัตราเท่ากับ 8.9x10-4 s-1จงเขียนกราฟ แสดงความสัมพันธ์ของพลังงานศักย์และการดาเนินไปของปฏิกิริยา 25. จงคานวณหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาถ้าพบว่าค่าคงที่อัตราเพิ่มขึ้นสามเท่าเมื่ออุณหภูมิของปฏิกิริยา เพิ่มจาก 600 K เป็น 610 K 26. สมมติว่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาหนึ่งเท่ากับ 173 kJ/mol และปฏิกิริยาเริ่มต้นด้วยความเข้มข้นของ สารตั้งต้นเท่ากัน จงบอกว่าปฏิกิริยาที่ 40 ๐C เกิดได้เร็วกว่าที่ 10 ๐C กี่เท่า 27. พิจารณาปฏิกิริยาข้างล่างซึ่งเป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง ClO2 F ⟶ ClOF + O
พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยามีค่า 186 kJ/mol ค่า k ที่ 322 ๐C เท่ากับ 6.76x10-4 s-1 a) จงหาค่า k ที่ 25 ๐C b) ที่อุณหภูมิใดค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาจะเท่ากับ 3x10-2 s-1 28. ปฏิกิริยาระหว่าง H2 กับ I2 มีกลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็น 3 ขั้นตอน ดังนี้ I2
2I
fast – endothermic (Ea1)
Ea1 < Ea3
I + H2 ⟶
H 2I
fast – endothermic (Ea2)
Ea2 < Ea1
H 2I + I ⟶
2HI
slow – exothermic (Ea3)
Ea3 > Ea2
⟶
จากปฏิกิริยาที่กล่าวมา 1 ปฏิกิริยารวม 2 กฎอัตรา 3 กราฟแสดงพลังงานก่อกัมมันต์ (Ea) ของแต่ละขั้นตอน, สารมัธยันต์และพลังงานของปฏิกิริยารวม กลไกของปฏิกิริยา 29. กลไกของปฏิกิริยาคืออะไร เพราะเหตุใดเราเชื่อว่าเฉพาะการชนกันของโมเลกุล คู่และการสลายตัวของ โมเลกุลเดียวมีความสาคัญในกลไกของปฏิกิริยาส่วนใหญ่
30.
31.
32.
33.
34.
35.