Zadanie 21 — rozwiązanie, matura chemii maj 2023, PR

Zadanie 21

Matura z chemii, maj 2023, poziom rozszerzony

Wymaganie:

IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 8) […] stosuje regułę Le Chateliera–Brauna (regułę przekory) do jakościowego określenia wpływu zmian […] ciśnienia na układ pozostający w stanie równowagi dynamicznej.

Treść zadania

Reakcję hydratacji (uwodnienia) etenu opisuje równanie:

$CH_{2} =CH_{2} (g) + H_{2} O (g) ⇌ CH_{3} CH_{2} OH (g)$

Równowagowy stopień przereagowania etenu, który jest miarą wydajności przedstawionej reakcji, zależy od warunków prowadzenia procesu: temperatury i ciśnienia. W arkuszu tę zależność przedstawiono na wykresie: równowagowy stopień przereagowania etenu (0–50%) w funkcji ciśnienia (0–10 MPa) dla czterech temperatur — 200 °C, 250 °C, 300 °C i 350 °C. Każda krzywa rośnie wraz z ciśnieniem, a im wyższa temperatura, tym niżej leży krzywa.

Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, „Technologia podstawowych syntez organicznych”, Warszawa 2008.

Zadanie 21. (0–1)

Wyjaśnij, dlaczego w danej temperaturze równowagowy stopień przereagowania etenu w opisanej reakcji jest tym większy, im wyższe jest ciśnienie, pod którym prowadzona jest reakcja.

Wykres zależności równowagowego stopnia przereagowania etenu (w %) od ciśnienia (0–10 MPa) dla temperatur 200 °C, 250 °C, 300 °C i 350 °C. — Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2305 Oryginalny PDF CKE, str. 20

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Wyjaśnienie (reguła przekory / Le Chateliera):

W reakcji hydratacji etenu z 2 moli gazowych substratów (eten i para wodna) powstaje 1 mol gazowego produktu (etanolu) — liczba moli gazów maleje. Zasady oceniania CKE wymagają odniesienia się właśnie do stechiometrii reakcji. Zwiększenie ciśnienia (zmniejszenie objętości) powoduje przesunięcie równowagi w stronę mniejszej liczby moli gazu, czyli w stronę produktów. Dzięki temu rośnie stopień przereagowania etenu.

Reguła Le Chateliera: jeżeli układ w stanie równowagi zostanie poddany zakłóceniu (zmianie p, T, c), to równowaga przesunie się w kierunku przeciwdziałającemu temu zakłóceniu.

Wzrost ciśnienia → układ "broni się" przed wzrostem ciśnienia → przesunięcie w stronę, gdzie mniej jest cząsteczek gazowych → produkty (mniej moli gazu) → większy stopień przereagowania etenu.

Typowy błąd / pułapka

Reguła Le Chateliera dotyczy zmiany ciśnienia tylko cząsteczek w fazie gazowej.
Jeśli liczba moli gazu po obu stronach jest równa, zmiana ciśnienia nie wpływa na równowagę.
Stopień przereagowania = (liczba moli zużytego substratu) / (liczba moli substratu początkowego).
Stała równowagi $K_{p}$ nie zależy od ciśnienia (zależy tylko od T) — zmienia się stosunek stężeń/ciśnień cząstkowych.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 21 - chemia 2023 PR — Arkusz CKE 2023 PR chemia - zadanie 21 (równowaga reakcji etenu, wpływ ciśnienia). Na podstawie: CKE 2023 Oryginalny PDF CKE, str. 20

Treść zadania

Zadanie 21. (0–1)

Rozwiązanie

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji