Velocità di una reazione. Esercizi svolti

La cinetica chimica studia la velocità di una reazione, i fattori che la influenzano e i meccanismi con cui la reazione avviene. Per misurare la velocità di una reazione si può considerare la diminuzione di uno dei reagenti oppure l’aumento della quantità di uno dei prodotti nell’unità di tempo. Data la generica reazione:

aA + bB → cC + dD
in cui a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici la velocità della reazione è data da:
v = – 1/a Δ[A]/Δt = – 1/b Δ[B]/Δt = + 1/c Δ[C]/Δt = + 1/d Δ[D]/Δt  (1)

I coefficienti stechiometrici tengono conto del fatto che le velocità di variazione della concentrazione delle varie specie sono legate fra loro e hanno il segno negativo per i reagenti e positivo.

Esercizi sulla velocità di una reazione

1)      Data la reazione 2 A + B → 2 C + D sapendo che Δ[A] = 0.002 M e Δt = 77 s calcolare la velocità con cui si consuma A e la velocità con cui si forma D nello stesso tempo

Δ[A]/Δt = 0.002 M/ 77 s = 2.6 · 10^-5 M/s

Applicando la (1) si ha:

– 1 / 2 ( – 2.6 · 10^-5 M/s) = Δ[D]/Δt

Δ[D]/Δt = 1.3 · 10^-5 M/s

2)      Correlare la quantità di ozono che si consuma rispetto alla quantità di ossigeno che si ottiene nella reazione:  2 O_3(g) → 3 O_2(g).

Se la velocità di formazione di O₂ in un particolare istante è 6.0 · 10^-5 M/s calcolare la velocità con cui si consuma O₃ nello stesso tempo

Applicando la (1) si ha tenendo conto che O₂ è un prodotto e che O₃ è un reagente si ha:

1/ 2 Δ[O₃]/ Δt = – 1/ 3 Δ[O₂]/Δt

Utilizzando questa equazione possiamo rispondere al secondo quesito sostituendo a Δ[O₂]/Δt il dato fornito:

1/ 2 Δ[O₃]/ Δt = – 1 / 3 (6.0 · 10^-5 M/s)

Da cui  Δ[O₃]/ Δt = – 2/3 (6.0 · 10^-5 M/s) = –  4.0 · 10^-5 M/s

3)      Data la reazione di decomposizione 2 N₂O_5(g) → 4 NO_2(g) + O_2(g) calcolare la concentrazione di NO₂ e di O₂ in un determinato istante se in quello stesso tempo N₂O₅ si consuma con una velocità di 4.2 · 10^-7 M/s

Applicando la (1) e tenendo conto che N₂O₅ è un reagente mentre NO₂ e O₂ sono i prodotti della reazione si ha:

– 1/ 2 Δ[N₂O₅]/Δt = + 1 / 4 Δ[NO₂] / Δt = Δ[O₂]/ Δt

Sostituiamo a Δ[N₂O₅]/Δt il dato fornito:

– 1/2 (- 4.2 · 10^-7 M/s) = + 1 / 4 Δ[NO₂]/Δt

Da cui Δ[NO₂]/Δt = 8.4 · 10^-7 M/s

– 1/2 (- 4.2 · 10^-7 M/s) = Δ[O₂]/ Δt

Da cui Δ[O₂]/ Δt = 1.2 · 10^-7 M/s

4)      Data la reazione N_2(g) + 3 H_2(g) → 2 NH_3(g) a un certo tempo la velocità di formazione dell’ammoniaca è 0.024 M/s. Calcolare la velocità della reazione e la velocità con cui nello stesso tempo si consumano azoto e ossigeno

v = + 1 / 2 Δ[NH₃]Δt

Sostituendo a v il valore fornito si ha:

v = 0.024 M/s /2 = 0.012 M/s

La velocità con cui si consuma N₂ è: 0.012 M/s

la velocità con cui si consuma H₂ è 3 ∙0.012 = 0.036 M/s