תרגול הפרעות לשיווי משקל


תרגול הפרעות לשיווי משקל

 

שאלה 1

השאלה עוסקת במערכת הבאה:

תרגול-הפרעות-לשיווי-משקל-1

בצעו עבור המערכת הנתונה מספר ניסויים.

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

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

    1. רשמו את הביטוי לקבוע שיווי משקל עבור המערכת הנתונה.
    2. חשבו את ערכו של קבוע שיווי המשקל. פרטו חישוביכם.
  1. בטבלה הבאה מתוארים ריכוזים שונים של המערכת שהוכנסו למיכל 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 האם המערכת נמצאת בשיווי משקל בכל אחד מהכלים הנתונים. הסבירו קביעתכם.
    2. האם ריכוז ה- Cℓ2(g) , 5 דקות לאחר הכנסת החומרים למיכל התגובה, יהיה גדול , קטן , או שווה לריכוזו ברגע ההכנסה לכלי? הסבירו קביעתכם.
    3. האם הלחץ 5 דקות לאחר הכנסת החומרים לכלי יהיה גדול , קטן , או שווה ללחץ ברגע הכנסת החומרים לכלי? הסבירו קביעתכם.
  2. בניסוי הרביעי חזרו על הניסוי הראשון (אותם כמויות התחלתיות) אבל בצעו את הניסוי בטמפרטורה T2 הגבוהה מטמפרטורה T1 . בניסוי זה התקבלו בשווי משקל 7.8 מול של BrCℓ(g) .
    קיבעו האם התהליך הנתון הוא אקסותרמי או אנדותרמי? הסבירו קביעתכם.

תשובה

    1. [BrCℓ]2 Kc =
      [Br2] × [Cℓ2]
    2. נבנה טבלה. שימו לב שנפח הכלי הוא 2 ליטר, ולכן, יש לחלק את המולים לנפח כדי לחשב את הריכוז:
      BrCℓ(g) Cℓ2(g) Br2(g) החומרים
      2 1 1 יחס מקדמים
        2 2 התחלה (M)
            שינוי (M)
      3.6     ש"מ (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 ש"מ (M)
      = 324 [3.6]2 Kc =
      [0.2] × [0.2]
    1. שימו לב שניסויים 2 ו- 3 בוצעו באותה הטמפרטורה כמו ניסוי 1 ולכן ערכו של קבוע שיווי המשקל צריך להיות זהה ( עבור אותה מערכת הקבוע משתנה בשינוי טמפרטורה או בשינוי ניסוח המערכת)
      כדי לקבוע עבור כל ניסוי האם המערכת נמצאת או לא 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 למיכל התגובה, כי Q = Kc .

      עבור ניסוי 3

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

      בניסוי 3 המערכת לא נמצאת במצב שיווי משקל בזמן הכנסת החומרים למיכל התגובה, כי Q < Kc.

    2. בניסוי 2
      לאחר 5 דקות מהכנסת החומרים למיכל התגובה לא יחול שינוי בריכוז ה- Cℓ2(g) , כי המערכת הייתה כבר בשיווי משקל.
      בניסוי 3
      לאחר 5 דקות ריכוז ה- Cℓ2(g) יהיה קטן יותר.
      ראינו ש : Q < Kc , ולכן המערכת לא 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 ויגדל, ואילו ריכוז המגיבים (המכנה בביטוי של מנת הריכוזים) ילך ויקטן.
      ולכן ריכוז ה- 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.
      למרות שהמערכת לא נמצאת בשיווי משקל, וחלים שינויים בריכוזי המרכיבים השונים במערכת, ניתן לראות שישנו מעבר של 2 מול גז מהמגיבים לתוצרים ולהיפך.
      לכן, לא משנה איזה תגובה תהיה מהירה יותר במקרה זה, בגלל שלא יחול שינוי בכמות המולים הכוללת בכלי (בריכוז הכולל בכלי), לא יחול גם שינוי במספר ההתנגשויות של מולקולות הגז בדפנות הכלי, ולכן הלחץ לא ישתנה.
  1. את סעיף ג ניתן לעשות במספר דרכים.
    ניתן להסביר באופן הבא:
    היות ושינו את הטמפרטורה ערכו של קבוע שיווי המשקל יהיה שונה .
    במקרה זה ערכו של קבוע שיווי המשקל יהיה גדול יותר, ניתן לקבוע זאת באופן הבא :
    בניסוי 1 וניסוי 4 התחילו באותם הריכוזים, אבל במצב שיווי משקל ריכוז התוצר היה גדול יותר (התקבלו יותר מול תוצר). זה אומר, שכמות המגיבים שהגיבה הייתה גדולה יותר, ולכן נותרו גם פחות מגיבים במיכל התגובה.
    ולכן ניתן לקבוע שריכוז התוצרים (המונה בביטוי של קבוע שיווי המשקל) היה גדול יותר בניסוי 4, ואילו ריכוז המגיבים (המכנה בביטוי של קבוע שיווי המשקל) היה קטן יותר בניסוי 4 יחסית לניסוי 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 הישרה להתחזק (להיות מהירה יותר באופן יחסי).
    על פי עקרון לה שטליה 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 (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים