תרגול הפרעות לשיווי משקל


תרגול הפרעות לשיווי משקל

 

שאלה 1

השאלה עוסקת במערכת הזאת:

תרגול-הפרעות-לשיווי-משקל-1

בצעו מספר ניסויים עבור המערכת הנתונה.

כל הניסויים נערכו עבור אותן כמויות התחלתיות.
בניסוי הראשון הכניסו למכל שנפחו 2 ליטר: 4 מול Cℓ2(g) ו-4 מול Br2(g) .

בכלי נשמרה טמפרטורה T1.
כשהושג שיווי משקל בכלי, נמצאו בכלי 7.2 מול BrCℓ(g) .

    1. רשמו את הביטוי לקבוע שיווי משקל עבור המערכת הנתונה.
    2. חשבו את ערכו של קבוע שיווי המשקל. פרטו חישוביכם.
  1. בטבלה להלן מתוארים ריכוזים שונים של המערכת שהוכנסו למכל התגובה בניסויים 2 ו-3. הניסויים בוצעו בטמפרטורה T1:
    מספר ניסוי [Cℓ2(g)] [Br2(g)] [BrCℓ(g)]
    2 0.1M 0.1M 1.8M
    3 0.4M 0.4M 0.8M
    1. קבעו אם המערכת נמצאת בשיווי משקל בכל אחד מהכלים הנתונים. הסבירו קביעתכם.
    2. האם ריכוז ה-Cℓ2(g) , 5 דקות לאחר הכנסת החומרים למכל התגובה, יהיה גבוה מריכוזו ברגע ההכנסה לכלי, נמוך ממנו או שווה לו? הסבירו קביעתכם.
    3. האם 5 דקות לאחר הכנסת החומרים לכלי, הלחץ יהיה גדול מן הלחץ ברגע הכנסת החומרים לכלי,קטן ממנו או שווה לו? הסבירו קביעתכם.
  2. בניסוי הרביעי חזרו על הניסוי הראשון (אותן כמויות התחלתיות), אבל בצעו את הניסוי בטמפרטורה T2, הגבוהה מטמפרטורה T1. בניסוי זה התקבלו בשיווי משקל 7.8 מול BrCℓ(g).
    האם התהליך הנתון הוא אקסותרמי או אנדותרמי? הסבירו קביעתכם.

תשובה:

    1. [BrCℓ]2 Kc =
      [Br2] × [Cℓ2]
    2. נבנה טבלה. שימו לב לכך שנפח הכלי הוא 2 ליטר, ולכן יש לחלק את המולים בנפח כדי לחשב את הריכוז:
      BrCℓ(g) Cℓ2(g) Br2(g) החומרים
      2 1 1 יחס מקדמים
        2 2 התחלה (M)
            שינוי (M)
      3.6     שיווי משקל (M)

      ולכן

      BrCℓ(g) Cℓ2(g) Br2(g) החומרים
      2 1 1 יחס מקדמים
        2 2 התחלה (M)
      +3.6 -1.8 -1.8 שינוי (M)
      3.6 0.2 0.2 שיווי משקל (M)
      = 324 [3.6]2 Kc =
      [0.2] × [0.2]
    1. שימו לב לכך שניסויים 2 ו-3 בוצעו באותה הטמפרטורה כמו ניסוי 1 ולכן ערכו של קבוע שיווי המשקל צריך להיות זהה בשתי המערכות ( עבור אותה מערכת, הקבוע משתנה בשינוי טמפרטורה או בשינוי ניסוח המערכת).
      כדי לקבוע עבור כל ניסוי אם המערכת נמצאת או אינה נמצאת בשיווי משקל, יש לבדוק עבורה את מנת הריכוזים ולהשוות לקבוע שיווי המשקל.
      עבור ניסוי 2:

      = 324 [1.8]2 = [BrCℓ]2 Q =
      [0.1] × [0.1] [Br2] × [Cℓ2]

      בניסוי 2 המערכת נמצאת במצב שיווי משקל בזמן הכנסת החומרים למכל התגובה, כי Q = Kc .

      עבור ניסוי 3

      = 4 [0.8]2 = [BrCℓ]2 Q =
      [0.4] × [0.4] [Br2] × [Cℓ2]

      בניסוי 3 המערכת אינה במצב שיווי משקל בזמן הכנסת החומרים למכל התגובה, כי Q < Kc.

    2. בניסוי 2
      5 דקות לאחר הכנסת החומרים למכל התגובה, לא יחול שינוי בריכוז של Cℓ2(g) , כי המערכת הייתה כבר בשיווי משקל.
      בניסוי 3
      לאחר 5 דקות, הריכוז של Cℓ2(g) יהיה נמוך יותר.
      ראינו ש: Q < Kc, ומכאן שהמערכת אינה בשיווי משקל.
      עד שהמערכת תגיע מחדש לשיווי משקל, ערכה של מנת הריכוזים ילך ויגדל (עד שישתווה ל-Kc). לכן, ריכוז התוצרים (המונה בביטוי של מנת הריכוזים) ילך ויעלה, ואילו ריכוז המגיבים (המכנה בביטוי של מנת הריכוזים) ילך וירד, ולכן הריכוז של Cℓ2(g) יהיה קטן יותר.
    3. בניסוי 2 לא יחול שינוי בלחץ הכלי, כי לא יחול שינוי בריכוזי המערכת. המערכת כבר נמצאת במצב שיווי משקל.
      בניסוי 3:
      לא יחול שינוי בלחץ שבכלי.
      על אף שהמערכת אינה נמצאת בשיווי משקל, וחלים שינויים בריכוזי המרכיבים השונים במערכת, ניתן לראות שישנו מעבר של 2 מול גז מהמגיבים לתוצרים, ולהיפך.
      לכן, אין זה משנה איזו תגובה תהיה מהירה יותר במקרה זה. מכיוון שלא יחול שינוי במספר המולים הכולל בכלי (בריכוז הכולל בכלי), לא יחול שינוי גם במספר ההתנגשויות של מולקולות הגז בדפנות הכלי, ולכן הלחץ לא ישתנה.
  1. את סעיף ג ניתן לפתור במספר דרכים.
    ניתן להסביר כך:
    היות ששינו את הטמפרטורה, ערכו של קבוע שיווי המשקל יהיה שונה.
    במקרה זה, ערכו של קבוע שיווי המשקל יהיה גדול יותר. ניתן לקבוע כך:
    בניסוי 1 ובניסוי 4 התחילו באותם הריכוזים, אבל בהגעה לשיווי משקל ריכוז התוצר היה גבוה יותר (התקבלו יותר מול תוצר). זה אומר, שכמות המגיבים שהגיבה הייתה גדולה יותר, ולכן נותרו גם פחות מגיבים במכל התגובה.
    לכן ניתן לקבוע שריכוז התוצרים (המונה בביטוי של קבוע שיווי המשקל) היה גבוה יותר בניסוי 4, ואילו ריכוז המגיבים (המכנה בביטוי של קבוע שיווי המשקל) היה נמוך יותר בניסוי 4 יחסית לזה שבניסוי 1.
    ולכן, ערכו של קבוע שיווי המשקל בניסוי 4 היה גדול מערכו של קבוע שיווי המשקל בניסוי 1.
    ניתן לקבוע שכתוצאה מעליית הטמפרטורה, התגובה הישירה התחזקה (נוצרו יותר תוצרים/הקבוע גדל בערכו), ולכן עליית הטמפרטורה גרמה לתגובה הישירה להתחזק (להיות מהירה יותר באופן יחסי).
    על פי עקרון לה שטלייה, עליית טמפרטורה גורמת להתחזקות התגובה האנדותרמית, ולכן, ניתן להסיק שהתגובה הנתונה היא תגובה אנדותרמית (יש להזכיר שהכוונה היא ששינוי האנתלפיה הוא עבור התהליך הישר).

 

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן