العلاقة بين عدد المولات وسرعة استهلاك المتفاعلات وإنتاج النواتج

انظر إلى التفاعل التالي:

تعني المعادلة أنّ:

إنتاج (2 mol) من NH₃ يتطلب استهلاك (1 mol) مول من N₂ ، واستهلاك (3 mol) من H₂ .

فلو أردنا مثلاً أن نجد العلاقة بين سرعة استهلاك N₂ وسرعة إنتاج NH₃ نقول:

سرعة إنتاج NH₃ = ضعف سرعة استهلاك N₂

    أو

سرعة إنتاج NH₃ = 2 × سرعة استهلاك N₂

    أو

$\frac{1}{2}$ سرعة إنتاج NH₃ = سرعة استهلاك N₂

    أو

R = - $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{N}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{2}$ $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{NH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$

وهذا يعني أنه لإيجاد العلاقة بين سرعة استهلاك أو إنتاج مادة مع سرعة استهلاك أو إنتاج مادة أخرى نضرب سرعة الاستهلاك أو الإنتاج في مقلوب المعامل من المعادلة الكيميائية الموزونة.

وعليه يمكن التعبير عن سرعة التفاعل للتفاعل السابق على النحو الآتي:

R = - $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{N}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = - $\frac{1}{3}$ $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{H}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{2}$ $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{NH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$

سؤال 1 :

أعبر عن سرعة استهلاك المواد المتفاعلة، وسرعة تكوين المواد الناتجة بدلالة تغير تركيز كل منها في مدّة زمنية محددة؛ وفق المعادلة الموزونة الآتية:

4NH_3(g)  +  5O_2(g) → 6H₂O_(g)  +  4NO_(g)         

الحل:

R = - $\frac{1}{4}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{NH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = - $\frac{1}{5}$ $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{O}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{6}$ $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{4}$ $\frac{ ∆ \left[\mathrm{NO}\right]}{∆ \mathrm{t}}$

سؤال 2 :

يتفاعل غاز ثاني أكسيد النيتروجين NO₂ مع غاز الفلور لتكوين غاز فلوريد النتريل NO₂F ؛ وفق المعادلة الموزونة الآتية:

2NO_2(g)  +  F_2(g) → 2NO₂F_(g)        

أعبر عن العلاقة بين سرعة تكوين NO₂F وسرعة استهلاك F₂ ؟

الحل:

R = - $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{F}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{2}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{NO}}_2\mathrm{F}\right]}{∆ \mathrm{t}}$

أي أن سرعة استهلاك F₂ تساوي نصف سرعة تكوين NO₂F أو سرعة تكوين NO₂F ضعف سرعة استهلاك F₂

سؤال 3 :

أجد العلاقة بين سرعة استهلاك O₂ ، وسرعة إنتاج N₂O₅ في المعادلة الموزونة التالية بدلالة التغير في التركيز في وحدة الزمن:

2N₂ + 5O₂  → 2N₂O₅

الحل:

R = - $\frac{1}{5}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{O}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{2}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5\right]}{∆ \mathrm{t}}$

سؤال 4 :

يتحلل غاز هيدريد الفسفور PH₃ ؛ وفق معادلة التفاعل الآتية:

4PH_3(g) → P_4(g)  +  6H_2(g)

أحسب سرعة استهلاك هيدريد الفسفور PH₃ ؛ علماً أن سرعة تكوين غاز الهيدروجين تساوي 0.06 M/s

الحل:

R = - $\frac{1}{4}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{PH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{6}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{H}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$

R = - $\frac{1}{4}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{PH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{6}$ x 0.06

$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{PH}}_3\right]}{∆ \mathrm{t}}$ =  0.24 M/s

سؤال 5 :

في التفاعل الآتي: + 2H₂O _(g)  C₂H_{4 (g)} + 3O_{2 (g)} →  2CO_{2 (g)} ،

إذا كانت سرعة اختفاء O₂  = 0.45 M/s، فاحسب سرعة ظهور CO₂ .

الحل:

R = - $\frac{1}{3}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{O}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = $\frac{1}{2}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{CO}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$

 - $\frac{1}{3}$ x 0.45 = $\frac{1}{2}$$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{CO}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$

$\frac{ ∆ \left[{\mathrm{CO}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ =  0.30 M/s

سؤال 6 :

يتفكك غاز N₂O₄ بالحرارة مكوناً غاز NO₂ وفق المعادلة الآتية:

N₂O_4(g)  →  2NO_2(g)  

سجلت بيانات تغير تراكيز المادة المتفاعلة والمادة الناتجة خلال مدة زمنية كما يأتي:

1- أحسب سرعة استهلاك O₄N₂ في المدة الزمنية 10 – 20 s

2- أحسب سرعة تكوّن NO₂ في المدة الزمنية 10 – 20 s

الحل:

1- أقسم التغير في تركيز O₄N₂ على التغير في الزمن:

R = - $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = - $\frac{ {\left[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\right]}_2 - {\left[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\right]}_1}{{\mathrm{t}}_2 - {\mathrm{t}}_1}$ = - $\frac{ 0.01 - 0.02}{20 -10}$ = 0.001 M/s

2- أقسم التغير في تركيز NO₂ على التغير في الزمن:

R = - $\frac{ ∆ \left[{\mathrm{NO}}_2\right]}{∆ \mathrm{t}}$ = - $\frac{ {\left[{\mathrm{NO}}_2\right]}_2 - {\left[{\mathrm{NO}}_2\right]}_1}{{\mathrm{t}}_2 - {\mathrm{t}}_1}$ = - $\frac{ 0.18 - 0.16}{20 -10}$ = 0.002 M/s

سؤال 7 :

في التفاعل الغازي 2A  →  B + 3C ، وجد أن تركيز A خلال (10 s) قد تغير من (1.6 M) إلى (0.4 M). أحسب سرعة:

1- تكوين B خلال الفترة الزمنية ذاتها.

2- إنتاج C خلال الفترة الزمنية ذاتها.

سؤال 8 :

يتفاعل الهيدروجين مع اليود لتكوين يوديد الهيدروجين HI وفق المعادلة الآتية:

H₂ + I₂  →  2HI

ولدى دراسة تغير تركيز H₂ مع الزمن أمكن الحصول على البيانات الآتية:

أحسب سرعة:

1- استهلاك H₂ في الفترة الزمنية من (2-8 s).

2- إنتاج HI خلال الفترة الزمنية نفسها.

3- استهلاك I₂ في الفترة الزمنية من (0-2 s).

سؤال 9 :

يتفكك المركب الافتراضي A₂B₃ بالحرارة وفقاً للمعادلة الآتية:  A₂B₃ → 2A + 3B

أجب عن الأسئلة الآتية:

1- إذا تغير تركيز A₂B₃ من (0.8 M) إلى (0.2 M) خلال (3 min).

احسب سرعة استهلاك A₂B₃ بوحدة M/min

2- إذا كانت سرعة إنتاج A يساوي (0.4 M/min)، فما سرعة إنتاج B خلال الفترة الزمنية نفسها؟

سؤال 10 :

يتفاعل غاز الأمونيا والأكسجين حسب المعادلة التالية:

4NH_{3 (g)}  +  3O_{2 (g)}  →  2N_{2 (g)}  +  6H₂O _(g)

فإذا كانت سرعة إنتاج غاز النتروجين عند زمن معين يساوي 1.2 M/s ، فما سرعة:

1- إنتاج بخار الماء H₂O ؟

2- استهلاك غاز الأكسجينO₂  ؟

3- اختفاء غاز الأمونيا NH₃ ؟

سؤال 11 :

في التفاعل التالي:

2N₂O_{5 (g)}  →  4NO_{2 (g)} + O_{2 (g)}

إذا كان سرعة إنتاج O₂ = 0.40 M/s، فما سرعة:

1- استهلاك N₂O₅ ؟

2- تكوين  NO₂؟

سؤال 12 :

إذا تغير تركيز NO₂ في التفاعل:

N₂O₄  →  2NO₂

من 0.24 M إلى 0.48 M خلال دقيقتين، فما سرعة:

1- إنتاج NO₂ بوحدة M/min؟

2- تكوين NO₂ بوحدة M/s؟

3- استهلاك N₂O₄ في الفترة الزمنية ذاتها بوحدة (M/min)؟

سؤال 13 :

أدرس التفاعل الآتي، ثم أجيب عن السؤال الذي يليه:

A  +  2B  →  3Z

بعد مرور (10 s) من بداية التفاعل تغيّر [B] من 0.8 M إلى 0.6 M ، أحسب [Z] بعد مرور (10 s) من بداية التفاعل.