🎓 11. Sınıf
📚 11. Sınıf Kimya
💡 11. Sınıf Kimya: Derişim ve hız arasındaki ilişki Çözümlü Örnekler
11. Sınıf Kimya: Derişim ve hız arasındaki ilişki Çözümlü Örnekler
Örnek 1:
Tek basamakta gerçekleşen aşağıdaki tepkimenin hız denklemini ve tepkime derecesini belirleyiniz. 🧪
\( 2NO(g) + O_{2}(g) \rightarrow 2NO_{2}(g) \)
Çözüm:
Tepkime tek basamakta gerçekleştiği için hız denklemi doğrudan girenlerin katsayılarına göre yazılır:
- Hız denklemi yazılırken sadece gaz fazındaki ve suda çözünmüş (sulu çözelti) maddeler alınır.
- Hız denklemi: \( TH = k \cdot [NO]^{2} \cdot [O_{2}] \) şeklindedir.
- Tepkime derecesi (mertebesi), hız denklemindeki üstlerin toplamıdır.
- Derece = \( 2 + 1 = 3 \) olarak bulunur. ✅
Örnek 2:
Gaz fazında gerçekleşen bir tepkimeye ait deney sonuçları aşağıda verilmiştir:
1. Deney: [X] = \( 0,1 \) M, [Y] = \( 0,1 \) M, Hız = \( 1 \cdot 10^{-4} \) mol/L.s
2. Deney: [X] = \( 0,2 \) M, [Y] = \( 0,1 \) M, Hız = \( 4 \cdot 10^{-4} \) mol/L.s
3. Deney: [X] = \( 0,2 \) M, [Y] = \( 0,2 \) M, Hız = \( 8 \cdot 10^{-4} \) mol/L.s
Çözüm:
Hız denklemini belirlemek için deneyleri karşılaştıralım:
- 1. ve 2. deneyler: [Y] sabit tutulmuş, [X] derişimi 2 katına çıkmıştır. Hız ise \( 1 \cdot 10^{-4} \)'ten \( 4 \cdot 10^{-4} \)'e yani 4 katına (\( 2^{2} \)) çıkmıştır. Bu durum, hızın [X]'in karesiyle orantılı olduğunu gösterir.
- 2. ve 3. deneyler: [X] sabit tutulmuş, [Y] derişimi 2 katına çıkmıştır. Hız ise \( 4 \cdot 10^{-4} \)'ten \( 8 \cdot 10^{-4} \)'e yani 2 katına (\( 2^{1} \)) çıkmıştır. Bu durum, hızın [Y]'nin 1. kuvvetiyle orantılı olduğunu gösterir.
- Hız Denklemi: \( TH = k \cdot [X]^{2} \cdot [Y] \)
- k değerinin hesabı: 1. deney verilerini yerine koyalım:
\( 1 \cdot 10^{-4} = k \cdot (0,1)^{2} \cdot (0,1) \)
\( 1 \cdot 10^{-4} = k \cdot 10^{-3} \)
\( k = 0,1 \) L\( ^{2} \)/mol\( ^{2} \).s olarak bulunur. 💡
Örnek 3:
Sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta gerçekleşen \( 2A(g) + B(g) \rightarrow C(g) \) tepkimesi tek basamaklıdır. Kabın hacmi yarıya indirilirse tepkime hızı nasıl değişir? 📉
Çözüm:
Hacim ve derişim arasındaki ilişkiyi kullanarak sonucu bulalım:
- Molarite (M) = n / V formülüne göre, hacim yarıya (\( V/2 \)) inerse, gazların derişimi 2 katına çıkar.
- Tepkime tek basamaklı olduğu için hız denklemi: \( TH = k \cdot [A]^{2} \cdot [B] \)
- Başlangıç derişimlerine 1 M dersek; \( TH_{1} = k \cdot 1^{2} \cdot 1 = 1k \)
- Derişimler 2 katına çıktığında; \( TH_{2} = k \cdot 2^{2} \cdot 2 = 8k \)
- Sonuç olarak tepkime hızı 8 katına çıkar. 🚀
Örnek 4:
Mekanizmalı bir tepkimenin basamakları şöyledir:
1. Basamak: \( X(g) + 2Y(g) \rightarrow Z(g) + T(g) \) (Yavaş)
2. Basamak: \( Z(g) + Y(g) \rightarrow K(g) \) (Hızlı)
Çözüm:
Mekanizmalı tepkimelerde kurallar şöyledir:
- Net Tepkime: Basamakların taraf tarafa toplanmasıyla bulunur.
\( X(g) + 3Y(g) \rightarrow T(g) + K(g) \) (Z'ler birbirini götürür). - Hız Bağıntısı: Her zaman yavaş basamağın girenlerine göre yazılır.
\( TH = k \cdot [X] \cdot [Y]^{2} \) - Ara Ürün: Bir basamakta oluşup diğer basamakta harcanan maddedir. Burada Z maddesi ara üründür.
- Molekülerite: Net tepkimeye göre belirlenir. Girenlerin katsayıları toplamı \( 1 + 3 = 4 \)'tür. ✅
Örnek 5:
Mutfakta kullanılan düdüklü tencerelerin yemeği daha hızlı pişirmesi ile kimyasal tepkime hızı ve derişim (basınç) ilişkisi arasında nasıl bir bağ kurulabilir? 🍲
Çözüm:
Düdüklü tencerenin çalışma prensibi kimyasal hız ilkeleriyle açıklanabilir:
- Düdüklü tencere içerisinde su buharı hapsedilir, bu da kabın içindeki toplam basıncı artırır.
- Gaz fazındaki maddeler için basınç artışı, birim hacimdeki tanecik sayısının (derişimin) artması demektir.
- Derişim arttığında tanecikler arasındaki etkin çarpışma sayısı artar.
- Ayrıca artan basınç suyun kaynama noktasını yükselterek tepkimenin daha yüksek sıcaklıkta gerçekleşmesini sağlar.
- Hem derişim (basınç) hem de sıcaklık artışı, pişme tepkimelerini hızlandırarak süreyi kısaltır. ⏱️
Örnek 6:
Bir kimyager, \( A(g) + B(g) \rightarrow C(g) \) tepkimesinde A'nın derişimini sabit tutup B'nin derişimini 3 katına çıkardığında hızın değişmediğini fark ediyor. A'nın derişimi 2 katına çıkarıldığında ise hızın 4 katına çıktığını gözlemliyor. Bu tepkime hakkında neler söylenebilir? 🧪
Çözüm:
Gözlemleri analiz edelim:
- B derişimi 3 katına çıktığında hız değişmiyorsa, B maddesi hız denkleminde yer almaz. Bu durum B'nin katı/sıvı olması veya tepkimenin mekanizmalı olup B'nin yavaş basamakta yer almaması ile açıklanabilir.
- A derişimi 2 katına çıktığında hız 4 katına (\( 2^{2} \)) çıkıyorsa, hız A'nın karesiyle orantılıdır.
- Hız Denklemi: \( TH = k \cdot [A]^{2} \)
- Tepkime mekanizmalıdır çünkü net tepkimeye göre yazılan hız denklemi (\( k \cdot [A] \cdot [B] \)) ile deneysel hız denklemi uyuşmamaktadır. 🧐
Örnek 7:
\( 3X(g) + 2Y(g) \rightarrow Z(g) \) tepkimesi tek basamakta gerçekleşmektedir. Hız sabitinin (k) birimi nedir? 📏
Çözüm:
Hız sabitinin birimi tepkime derecesine bağlıdır:
- Tepkime derecesi (n) = \( 3 + 2 = 5 \)'tir.
- Hız birimi her zaman \( \frac{mol}{L \cdot s} \) olarak alınır.
- Hız denklemi: \( \frac{mol}{L \cdot s} = k \cdot (\frac{mol}{L})^{5} \)
- Buradan k çekilirse: \( k = \frac{mol}{L \cdot s} \cdot \frac{L^{5}}{mol^{5}} \)
- Sonuç: \( k = \frac{L^{4}}{mol^{4} \cdot s} \) olarak bulunur.
- Pratik yol: \( k \)'nın birimi \( (\frac{L}{mol})^{n-1} \cdot \frac{1}{s} \) formülüyle de bulunabilir (\( n = 5 \) için \( 5-1 = 4 \)). ✅
Örnek 8:
Odun parçalarının yanması ile aynı kütledeki odun talaşının yanması arasındaki hız farkını derişim (yüzey alanı) kavramıyla açıklayınız. 🔥
Çözüm:
Bu durum heterojen tepkimelerde temas yüzeyinin hıza etkisini gösterir:
- Odun talaş haline getirildiğinde, oksijen gazı ile temas eden yüzey alanı muazzam şekilde artar.
- Yüzey alanının artması, birim zamandaki etkin çarpışma sayısını artırarak tepkimeyi hızlandırır.
- Katı maddelerin yüzey alanı artışı, tepkime hız denkleminde derişim terimi gibi hızı doğrudan artırıcı etki yapar.
- Bu nedenle talaş saniyeler içinde yanıp biterken, büyük bir odun kütlesinin yanması saatler sürebilir. 🪵
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/11-sinif-kimya-derisim-ve-hiz-arasindaki-iliski/sorular