Tần số va chạm, chất xúc tác và lựa chọn cân bằng
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | equilibrium: cân bằng |
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | Xúc tác |
| activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ | activation energy: năng lượng hoạt hóa |
| tangent/ˈtændʒənt/ | tiếp tuyến |
Why can the fastest conditions give a poorer yield?
- An industrial reaction must make product quickly and give enough product at equilibrium 平衡. A hotter reactor can speed an exothermic reaction while reducing its equilibrium yield.
- Separate collision frequency, molecular energy and equilibrium position before deciding which change helps. A catalyst 催化剂 changes the route and the time to equilibrium, not the equilibrium yield at fixed conditions.
Explain successful collisions
- Reaction requires collisions with suitable orientation and enough energy to overcome activation energy 活化能. At fixed temperature, higher concentration or gas pressure makes collisions more frequent; a larger exposed solid surface provides more accessible reaction sites.
- Increasing temperature gives more frequent collisions and, especially, a larger fraction with enough energy. On equal-particle-number energy distributions, the hotter curve is broader with a lower peak and more area beyond the same activation-energy threshold; total area stays the same.
Một khí tham gia phản ứng bị nén ở nhiệt độ không đổi. Phát biểu nào về thuyết va chạm được hỗ trợ?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Các hạt gần nhau hơn và va chạm thường xuyên hơn. Nhiệt độ không đổi duy trì phân bố năng lượng, nên việc nén riêng lẻ không làm tăng tỷ lệ hạt có năng lượng cao.
Measure a rate at the stated time
- For the same fixed endpoint, relative rate is proportional to $1/t$: 20 s versus 50 s gives rate ratio $(1/20)/(1/50)=2.5$. This comparison assumes the same endpoint amount and matched conditions.
- For gas volume against time, draw a tangent 切线 at the requested point and choose two well-separated points on that tangent. Points (20 s, 30 cm³) and (60 s, 50 cm³) give gradient $\dfrac{50-30}{60-20}=0.50\,\dfrac{\mathrm{cm}^3}{\mathrm s}$. The line from the origin to P gives an average rate, not the instantaneous tangent rate.
With equal endpoint amounts, a halogenoalkane taking 5 s has 36 times the relative rate of one taking 180 s: (1/5)/(1/180) = 36. An endpoint comparison does not prove a complete rate law or isolate bond strength if other conditions differ.
Hai thí nghiệm tương ứng đạt đến cùng điểm kết thúc ở 15 s và 45 s. Tính tốc độ tương đối của thí nghiệm 15 s chia cho thí nghiệm 45 s.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Tốc độ tương đối tỉ lệ thuận với 1/thời gian cho cùng lượng điểm kết thúc. Tỷ số = (1/15)/(1/45) = 45/15 = 3.
Tiếp tuyến của đường cong thể tích khí đi qua (10 s, 25 cm³) và (50 s, 49 cm³). Tính hệ số góc theo đơn vị cm³ trên s.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Hệ số góc = thay đổi thể tích/thay đổi thời gian = (49 − 25)/(50 − 10) = 24/40 = 0.60 cm³ trên s. Sử dụng các điểm trên tiếp tuyến, không phải dây nối từ gốc tọa độ đến đường cong.
Change the route without changing the energy distribution
- At fixed temperature, a catalyst gives an alternative route with lower activation barriers; the molecular-energy distribution itself stays unchanged. More particles can react, and both forward and reverse reactions become faster.
- Draw catalysed and uncatalysed reaction profiles with the same start/end levels and ΔH. A two-step catalysed route has two peaks and an intermediate valley. A selective route can improve atom economy; faster operation may use less energy, but neither benefit is guaranteed for every catalyst.
Ở nhiệt độ không đổi, chất xúc tác làm tăng nồng độ cân bằng của sản phẩm bằng cách tăng năng lượng phân tử trung bình.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Chất xúc tác hạ thấp hàng rào phản ứng mà không thay đổi phân bố nhiệt độ. Nó đẩy nhanh cả hai chiều; vị trí cân bằng và năng lượng trung bình không đổi ở điều kiện không đổi.
Justify equilibrium shifts and a numerical compromise
- In a closed system at dynamic equilibrium, forward and reverse rates are equal and concentrations stay constant; concentrations need not be equal. For N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), increasing pressure favours fewer gas moles, and adding N₂ favours its consumption. For an exothermic forward reaction, cooling favours products but slows reaction.
- Supplied plant data at 450, 550 and 650 K give yields 92%, 76%, 46% and relative rates 0.040, 0.60, 2.5. If yield must be at least 70% and rate at least 0.50, only 550 K meets both. These requirements justify that choice; the table alone does not establish a global economic optimum.
Pressure does not shift equilibrium when the two gas sides have equal mole totals. A catalyst does not favour products at equilibrium. Constant concentration means continuing reactions balance, not that molecular reactions stop.
Use collision theory for rate, tangent or fixed-endpoint data for measurement, and reversible-reaction reasoning for yield. Test industrial choices against the actual numerical constraints.
Tại 450/550/650 K, năng suất là 92/76/46% và tốc độ tương đối 0.040/0.60/2.5. Điều kiện nào đáp ứng năng suất ≥70% VÀ tốc độ ≥0.50?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
450 K vượt quá giới hạn tốc độ; 650 K vượt quá giới hạn năng suất. Chỉ có 550 K thỏa mãn cả hai. Các giới hạn được cung cấp không xác định tối ưu kinh tế phổ quát.