Pengiraan kadar dan graf

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: pengiraan kadar dan graf. Ia menghimpunkan segala yang lebih awal dalam bab dan menukarnya kepada kemahiran berangka dan membaca graf yang diuji peperiksaan secara langsung. Jika anda boleh membaca lengkung, mengira kadar purata, mencari kadar serta-merta daripada tangen dan menukar isipadu gas kepada mol, anda boleh menjawab hampir mana-mana soalan kadar berkuantiti.

Bentuk graf kadar

Eksperimen biasa merekod isipadu gas dibebaskan (atau kehilangan jisim) pada selang masa tetap, kemudian memplotnya melawan masa. Lengkung mempunyai bentuk ciri:

• Ia paling curam pada permulaan, di mana kadar paling laju dan bahan tindak balas paling pekat.
• Ia beransur menjadi kurang curam apabila bahan tindak balas digunakan dan tindak balas perlahan.
• Ia mendatar (menjadi rata) apabila tindak balas selesai, satu bahan tindak balas telah habis, jadi tiada lagi hasil terbentuk.

Ketinggian dataran (plateau) memberitahu anda jumlah amaun hasil yang terbentuk, yang bergantung hanya pada amaun bahan tindak balas penghad, bukan pada kadar.

Kadar purata daripada graf

Kadar purata = (jumlah perubahan kuantiti) ÷ (jumlah masa diambil).

Baca isipadu akhir (atau perubahan jisim) dan masa apabila lengkung menjadi rata, kemudian bahagikan. Unitnya ialah cm³ s⁻¹ (untuk isipadu gas) atau g s⁻¹ (untuk kehilangan jisim). Ini memberi satu nombor untuk keseluruhan tindak balas, atau untuk mana-mana selang yang anda pilih.

Kadar serta-merta daripada tangen

Kadar serta-merta pada masa tertentu ialah kecerunan tangen yang dilukis kepada lengkung pada titik itu.

1. Lukis tangen lurus yang hanya menyentuh lengkung pada masa yang dipilih.
2. Bina segi tiga bersudut tegak pada tangen dan baca perubahan nilai-y (isipadu) dan perubahan nilai-x (masa).
3. Kecerunan = (perubahan y) ÷ (perubahan x) = kadar serta-merta.

Kadar awal ialah kecerunan tangen pada masa = 0, dan ia kadar serta-merta terbesar untuk keseluruhan tindak balas.

Membandingkan dua lengkung

Apabila dua eksperimen dilukis pada paksi yang sama, bandingkan dalam dua langkah:

• Kecuraman menunjukkan kadar: lengkung lebih curam (pada permulaan) ialah tindak balas lebih laju, disebabkan kepekatan lebih tinggi, suhu lebih tinggi, luas permukaan lebih besar, atau mangkin.
• Ketinggian dataran menunjukkan amaun hasil: jika kedua-dua lengkung mendatar pada ketinggian sama, amaun bahan tindak balas yang sama telah digunakan, walaupun satu mencapainya lebih awal.

Menukar isipadu gas kepada mol

Anda boleh menukar isipadu gas kepada amaun dalam mol menggunakan isipadu molar gas, 24 dm³ mol⁻¹ pada keadaan bilik:

mol gas = isipadu gas ÷ isipadu molar

Ingat bahawa 24 dm³ mol⁻¹ bersamaan 24 000 cm³ mol⁻¹, jadi jika tindak balas memberi 72 cm³ gas, itu ialah 72 ÷ 24 000 = 3 × 10⁻³ mol. Ini membolehkan anda menghubungkan graf dengan pengiraan mol daripada bab konsep mol.

Contoh penyelesaian

Soalan. Dalam tindak balas antara magnesium berlebihan dengan asid hidroklorik cair, gas hidrogen dikumpulkan. Isipadu mencapai maksimum 60 cm³ selepas 100 s, dan lengkung rata selepas itu. Daripada graf, 36 cm³ telah dikumpulkan pada 20 s. (a) Kira kadar purata untuk keseluruhan tindak balas. (b) Kira kadar purata dalam 20 s pertama. (c) Nyatakan bagaimana kadar pada 20 s dibandingkan dengan kadar awal.

Langkah 1, Kadar purata keseluruhan tindak balas. Kadar purata = jumlah isipadu ÷ jumlah masa = 60 cm³ ÷ 100 s = 0.6 cm³ s⁻¹.

Langkah 2, Kadar purata dalam 20 s pertama. Kadar purata = 36 cm³ ÷ 20 s = 1.8 cm³ s⁻¹.

Langkah 3, Bandingkan dengan kadar awal. Tindak balas paling laju pada mula sekali, jadi kadar awal lebih tinggi daripada purata 20 s pertama, dan kadar pada 20 s lebih rendah lagi kerana asid telah menjadi kurang pekat.

Jawapan. (a) Kadar purata keseluruhan tindak balas ialah 0.6 cm³ s⁻¹. (b) Dalam 20 s pertama kadar purata ialah 1.8 cm³ s⁻¹, lebih tinggi daripada purata keseluruhan, kerana tindak balas lebih laju berhampiran permulaan. (c) Kadar pada 20 s lebih rendah daripada kadar awal; tindak balas perlahan berterusan apabila asid hidroklorik digunakan.

Soalan latihan

Soalan. Tindak balas antara karbonat logam dengan asid berlebihan menghasilkan karbon dioksida. Isipadu gas mendatar pada 72 cm³ selepas 90 s. (a) Kira kadar purata tindak balas dalam cm³ s⁻¹. (b) Menggunakan isipadu molar gas, 24 dm³ mol⁻¹ (= 24 000 cm³ mol⁻¹), kira bilangan mol karbon dioksida yang dihasilkan.

Jawapan. (a) Kadar purata = jumlah isipadu ÷ jumlah masa = 72 cm³ ÷ 90 s = 0.8 cm³ s⁻¹. (b) Mol CO₂ = isipadu ÷ isipadu molar = 72 cm³ ÷ 24 000 cm³ mol⁻¹ = 3 × 10⁻³ mol (0.003 mol).

Petua peperiksaan

Padankan alat dengan soalan. “Kadar sepanjang” selang bermaksud kadar purata, bahagi perubahan dengan masa. “Kadar pada” satu saat bermaksud kadar serta-merta, lukis tangen dan cari kecerunannya. Sentiasa nyatakan unit (cm³ s⁻¹ atau g s⁻¹). Apabila membandingkan lengkung, ingat peraturan dua bahagian: kecuraman = kadar, ketinggian dataran = amaun hasil. Dan apabila soalan mencampurkan kadar dengan konsep mol, kekalkan unit anda konsisten, tukar dm³ dan cm³ dengan berhati-hati sebelum membahagi dengan isipadu molar.

Membaca soalan graf tanpa tergelincir

Markah yang paling kerap hilang dalam standard ini datang daripada tiga kegelinciran. Pertama, membaca masa apabila lengkung mendatar dan bukan apabila ia mencapai nilai tertentu, untuk kadar purata keseluruhan tindak balas, guna masa lengkung menjadi rata. Kedua, terlupa unit; kadar tidak pernah hanya satu nombor. Ketiga, mengelirukan dua perbandingan: tindak balas bermangkin atau lebih panas ialah lebih curam dan selesai lebih awal, tetapi jika amaun bahan tindak balas penghad tidak diubah ia mencapai dataran yang sama. Jika anda mengasingkan “lebih curam bermakna lebih laju” dan “ketinggian sama bermakna amaun sama”, anda akan mentafsir mana-mana pasangan lengkung dengan betul.

Tabiat berguna ialah menanda graf sambil anda membacanya: tanda dataran, tanda masa ia dicapai, dan tanda mana-mana titik yang memerlukan tangen. Kemudian tentukan sama ada soalan meminta kadar purata atau serta-merta sebelum anda mengira. Disiplin kecil itu mengelakkan kesilapan paling kerap dan menjadikan soalan graf berbilang bahagian pantas dikerjakan.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 7.5 bab Kadar Tindak Balas, penamat berkuantiti yang mengambil daripada konsep kadar, faktor, teori perlanggaran dan mangkin. Ia kemahiran teras Kertas 2 dan Kertas 3 dalam Kimia SPM (4541). Latih penukaran graf dan mol dalam contoh penyelesaian dan uji diri anda dengan soalan latihan. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami melatih kaedah tangen dan bacaan “kecuraman lawan dataran” sehingga soalan graf menjadi markah mudah.

Ringkasan pantas

• Graf kadar: paling curam pada permulaan, rata apabila tindak balas selesai.
• Kadar purata = jumlah perubahan ÷ jumlah masa; kadar serta-merta = kecerunan tangen.
• Lebih curam = lebih laju; ketinggian dataran sama = amaun hasil sama.
• mol gas = isipadu ÷ isipadu molar (24 dm³ mol⁻¹ pada keadaan bilik).