Изпит по химия 2015 АР, въпрос със свободен отговор 5а: Намиране порядъка на химична реакция

Синя хранителна боя може да се окисли от обикновена белина, която съдържа хипохлоритен йон, или OCI-, при което се получават безцветни продукти, както е показано с уравнението по-горе. Значи имаме тази реакция с участие на синя хранителна боя, която има тази химична формула, и тя реагира с белината, или с хипохлорита, и се получават безцветни продукти. Значи цветът се променя от син на безцветен. Ученик използва спектрофотометър, настроен на дължина на вълната 625 нанометра, за да изследва абсорбцията на хранителната боя по време на процеса на обезцветяване. В експеримента белината е с голям излишък, и ще подчертая това в условието, защото то е важно. Тя е с голям излишък, така че концентрацията на хипохлорита е на практика постоянна по време на процеса. Ученикът използвал данните от експеримента, за да построи тези графики. В подточка а, на база на тези графики горе, трябва да определим порядъка на реакцията по отношение на синята боя. Тук имаме доста информация. Имаме тези три графики. Записваме логаритъм от абсорбцията като А, концентрацията на А във времето. Имаме връзката на логаритъм от А върху времето, това е натурален логаритъм, и също така имаме едно върху концентрацията на А във времето. И се търси какъв е порядъкът на реакцията за синьото багрило. Първата ми реакция като видях задачата, всъщност беше леко да се паникьосам, защото имаме толкова много информация, какво ще я правим? Имаме доста информация за тази задача. Имаме и списък с формули. Това е част от дадените формули, които могат да се ползват за тази задача. Това са всички формули, които имат отношение към кинетиката, или скоростта на реакцията, така че ще ги ползваме. Има три неща, които могат да ни помогнат за тази задача. Или не? Първата формула ни дава интегралния вид на кинетичното уравнение на реакция от първи порядък. Втората формула е интегралната форма на кинетичното уравнение за реакция от втори порядък, а третата формула се отнася до времето за полуразпад. Времето за полуразпад е 0,693 делено на k, това е времето за полуразпад за реакция от първи порядък. Тук е важно да запомниш, че... ще се върнем тук след секунда... че това е константа, понеже k е константа, така че времето за полуразпад е константа за реакции от първи порядък. Това е информацията, която ни е дадена. Да се върнем към графиките. Да започнем с първата. Изглежда можем да получим много информация, като просто разгледаме концентрацията на А във времето. На първата графика виждаме, че концентрацията на синьото багрило намалява с времето. Веднага виждаме, че зависимостта не е линейна. Това, че не е линейна означава, че нямаме реакция от нулев порядък. Ако беше от нулев порядък, щяхме да имаме права линия, която чертая в розово, тази прекъсната права не съвпада с нашата графика. Значи не е от нулев порядък. Можем да получим информация и от тази графика. Знаем, че не е нулев порядък. Но дали можем да кажем от първата графика, че е от първи порядък? И отговорът е: да, можем да кажем. Спомни си от списъка с формули, че за реакциите от първи порядък... за реакции от първи порядък... бих казала, че това е едно от най-важните неща за реакциите от първи порядък, че тяхното време за полуразпад е константа. Това означава, че времето, което е необходимо концентрацията да намелее наполовина е едно и също независимо от началната концентрация, или от точката, до която е достигнал процеса. Това е нещо, което можем да разберем, само като погледнем първата графика. Можем да видим колко време отнема, за да достигнем до половината от количеството, и да видим дали това време се променя с напредъка на реакцията. Ако започнем тук с 0,8, половината на 0,8 е 0,4 и така виждаме необходимото време за достигане от 0,8 до 0,4, и ако слезем надолу, ще видим че са нужни 20 секунди, ако започнем от концентрация 0,8 със съответната абсорбция. Можем да видим времето за полуразпад от 0,4 до 0,2. Ако отидем от 0,4 до 0,2... ще променя цветовете, за да се вижда по-добре. Ще го направя в оранжево. Отиваме от 0,4 до 0,2 отново за 20 секунди. И можем да го направим отново и отново. Можем да отидем от 0,2 до 0,1. Ще видим, че тази закономерност се повтаря, виждаме, че винаги отнема 20 секунди за намаляване наполовина на количеството. Фактът, че времето за полуразпад е константа въз основа на графика 1, веднага ни показва, че реакцията е от първи порядък, защото времето за полуразпад е константа. Дори няма нужда да гледаме другите графики. Има и друг начин за решаване на тази задача. Може да си спомняш, въз основа на формулите, които имаме тук, или формулите, които ти знаеш. Така че едната причина, поради която можем да твърдим, че реакцията е от първи порядък, е, че времето за полуразпад е константа. Другата причина да твърдим, че това е реакция от първи порядък, е, че графиката на ln[A] по отношение на времето е права, и виждаме от втората графика, че нашият случай е точно такъв. Следователно имаме тези две доказателства, от графика 1 и графика 2, които ни показват, че тази конкретна реакция е от първи порядък по отношение на синьото багрило.