Esercizi svolti di cinetica chimica
La cinetica chimica è la branca della chimica che studia la velocità di una reazione in base alle concentrazioni delle specie presenti. Le reazioni possono essere classificate in base all’ordine di reazione, che dipende dal meccanismo con cui avvengono.
1) Cinetica del primo ordine
La reazione di decomposizione SO2Cl2 ⇌ SO2 + Cl2 segue una cinetica del primo ordine con k = 2.2 ∙ 10-5 s-1 a 600 K. Calcoliamo il tempo necessario affinché il 99% di SO2Cl2 si sia decomposto.
Applicando la formula per le reazioni del primo ordine, otteniamo che il tempo richiesto è di 58 ore, 8 minuti e 20 secondi.
2) Concentrazione dopo un’ora
Se la concentrazione di N2O5 in benzene è 0.0500 M, calcoliamo la sua concentrazione dopo 1.00 ora, sapendo che k è 6.2 ∙ 10-4 s-1. La concentrazione dopo un’ora sarà di 0.00537 M.
3) Idrolisi del saccarosio
L’idrolisi del saccarosio procede secondo una cinetica del primo ordine. Calcoliamo il tempo di dimezzamento e k sapendo che la concentrazione iniziale è 0.100 M e quella dopo 1.00 ora è 0.00400 M. Il tempo di dimezzamento è di 12 minuti e 55 secondi.
4) Tempo per la decomposizione del 90% del saccarosio
Dai valori noti, calcoliamo che sono necessari 42 minuti e 56 secondi affinché il 90% del saccarosio si sia decomposto.
5) Cinetica del secondo ordine
Nella reazione HI ⇌ ½ H2 + ½ I2 con cinetica del secondo ordine, calcoliamo k e t½. La costante k è 0.00524 Lmol-1 sec-1 e t½ è di 6 minuti e 22 secondi.
6) Decomposizione del CS2
Calcoliamo il periodo di dimezzamento alla stessa temperatura per la decomposizione del CS2, i giorni per la decomposizione di 2.00 g di campione e i grammi che rimangono dopo 45.0 giorni.
7) Ristrutturazione del ciclopropano
Il ciclopropano si ristruttura per formare il propene in una reazione del primo ordine con k = 2.74 ∙ 10-3 s-1. Calcoliamo il tempo necessario affinché il 99.0% del ciclopropano scompaia, secondo la reazione.
Il tempo necessario è di 28 minuti.
8) Reazione di decomposizione di A
Calcoliamo la costante di velocità per la reazione di decomposizione del composto A da 0.75 M a 0.20 M in 54 minuti, sapendo che la reazione segue una cinetica del primo ordine. La costante di velocità è 0.024 min-1.
Questi esercizi forniscono un esempio pratico per comprendere e applicare i concetti fondamentali della cinetica chimica.