by Το υδραέριο είναι ισομοριακό μίγμα του μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Παρασκευάζεται με την επίδραση υπέρθερμων υδρατμών πάνω σε διάπυρο άνθρακα που έχει θερμοκρασία πάνω από 1000 βαθμούς Κελσίου.
H20(g)+C(s)>CO(g)+H2(g).
Ποσότητα υδρατμών διοχετεύεται σε δοχείο σταθερού όγκου 8 L, που περιέχει διάπυρο άνθρακα θερμοκρασίας 1327° C. Τη στιγμή t1, που η πίεση στο δοχείο είναι κατά 80% μεγαλύτερη της αρχικής, το αέριο μείγμα μεταφέρεται ποσοτικά σε σε κενό δοχείο ίσου όγκου και ψύχεται απότομα στους 27°C, οπότε η πίεση στο δοχείο καταλήγει να γίνει 2.46 atm. Με δεδομένο ότι για την παραγωγή 6g υδραερίου με την παραπάνω διαδικασία απαιτούνται 26.2 kJ.
1. Να υπολογίσετε το ποσοστό μετατροπής των υδρατμών σε υδραέριο μέχρι τη χρονική στιγμή t1.
2. Να υπολογίσετε το ποσό της θερμότητας που απορροφήθηκε από το αντιδρών σύστημα ως τη χρονική στιγμή t1.
3. Αν οι υδρατμοί που αρχικά είχαν εισαχθεί στο δοχείο αφεθούν να αντιδράσουν πλήρως με τον διάπυρο άνθρακα στις ίδιες συνθήκες ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωση της παραγωγής υγραερίου είναι 10 s. Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα πραγματοποίησης αντίδρασης μέχρι την ολοκλήρωση της.
4. Θεωρώντας ότι η αντίδραση παραγωγής του υδραερίου ακολουθεί τη συνηθισμένη κινητική συμπεριφορά και η αντίδραση είναι απλή να καθοριστεί η σχέση που συνδέει τη μέση ταχύτητα u1 στο χρονικό διάστημα (0-5 s), με τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης u2 στο χρονικό διάστημα (5s-10s) είναι
α. u1>u2. β) u1=u2. γ)u1CO(g)+H2(g)
x. (mol)
-y. y. y
x-y. y. y
Pαρχ=xRT/V
Pt1=(x+y)RT/V=1.8Pαρχ, άρα y=0.8x.
α(Η2Ο)=y/x=0.8
2. 6g =m(CO)+ m(H2)=n*Ar(CO)+n*Ar(H2)=
6=n*28+ n2
n=6/30=0.2 mol
Άρα για παραγωγή 0.2 mol CO και 0.2 mol H2 απαιτούνται 26,2kJ.
Επίσης όταν το μείγμα ψύχεται στους 27 βαθμούς Κελσίου οι υδρατμοί υγροποιούνται, άρα η πίεση ασκείται μόνο από το υδραέριο που είναι σε αέρια κατάσταση. οπότε
P=2y*R*T/V
2.46=2y*0.082*300/8
y=0.4mol
Oπότε αφού για παραγωγή 0,2 mol CO και 0,2 mol H2 από την αντίδραση απαιτούνται 26,2kJ για την παραγωγή 0.4 mol CO και 0,4mol H2 θα απαιτούνται 26,2*2=52.4kJ.
3. Αν οι υδρατμοί είχαν αντιδράσει πλήρως θα είχαν παραχθεί x mol CO και x mol H2 και αφού y=0.8x
x=10y/8=0.5mol
Η μέση ταχύτητα της αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί είτε από τους υδρατμούς είτε από το μονοξείδιο του άνθρακα είτε από το αέριο υδρογόνο άρα έχουμε
u=-Δ[ Η20]/Δt=Δ[CO]/Δt=Δ[Η2]/Δt=x/V*Δt
u=0.5/8*10=0.00625mol/L*s.
4. ισχύει u1>u2 Αφού η ταχύτητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων πού όσο είναι μεγαλύτερη τόσο περισσότερες είναι και οι αποτελεσματικές συγκρούσεις άρα και ταχύτητα. Στο πρώτο χρονικό διάστημα η συγκέντρωση είναι μεγαλύτερη άρα και η ταχύτητα.
Αφού η αντίδραση είναι απλή ο νόμος ταχύτητας είναι u=k[H2O] .
