- מרים כרמי שאלה 1 נתונות שתי תגובות כימיות )1( ו-) 2 ) 1. N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) 2. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) הערך את השינוי באנטרופיה של המערכת בכל אחת מהתגובות הנתונות. הסבר את תשובתך ברמה מיקרוסקופית. ידוע כי תגובה 2 היא ספונטנית בטמפרטורת החדר,, 298K ואילו תגובה 1 אינה ספונטנית בתנאים אלו. לפניך ארבעה גרפים המתארים שינויי אנתלפיה של תגובות. 2NH 3 (g) 2NO 2 (g) ΔH>0 N 2 (g) + 3H 2 (g) 1 ΔH>0 N 2 (g) + 2O 2 (g) 2 N 2 (g) + 2O 2 (g) N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NO 2 (g) 3 ΔH <0 2NH 3 (g) 4 ΔH < 0 ג. ענו על השאלות: i. מהו הגרף המתאים לתגובה )2(? נמק.את בחירת הגרף והסבר מדוע פסלת את הגרפים האחרים..ii מהו הגרף היכול להתאים לתגובה )1(? נמק תשובתך. שתי התגובות )1( ו-) 2 ( אינן מתרחשות בטמפרטורה של 298K. הצע הסבר לעובדה זו. התייחס בנפרד לכל אחת מהתגובות. 1
ד. ה. ו. תגובה )2( בוצעה בתנאים מתאימים. נתון כי אנרגיית השפעול לתגובה היא k 100 צייר גרף סכמטי המתאר את שינוי האנתלפיה במהלך התרחשות התגובה. ציין על פני הגרף את התצמידים המשופעלים, את אנרגיית שפעול ואת השינוי באנתלפיה. בניסוי ראשון, ביצעו את תגובה 2 בכלי סגור הטבול במיכל שבו 5 ליטר מים הנמצאים בטמפרטורת החדר. בתגובה הגיבו 5.5 מול חנקן עם כמות מספקת של מימן. כתוצאה מהתגובה חל שינוי של 5.5 מעלות צלזיוס בטמפרטורת המים. i. מהו ערכו וסימנו של ΔH לתגובה )2(? פרט חישוביך..ii בניסוי שני, בצעו את אותה תגובה עם אותן כמויות, אך הפעם כלי התגובה היה מבודד וטבול במיכל ובו 5 ליטר מים בטמפרטורת החדר. האם השינוי בטמפרטורת המים בניסוי השני גדולה, קטנה שווה לשינוי בטמפרטורת המים בניסוי הראשון? נמק. אנתלפיית האידוי של אמוניה שווה ל- 22 קג'אול למול ואילו אנתלפיית האידוי של מים שווה ל- 65.4 קג'אול למול. הצע הסבר ברמה מיקרוסקופית להבדל בין ערכים אלו. פתרון בשתי התגובות יש ירידה באנטרופיה של המערכת, מכיוון שיש ירידה במס' המולים של הגז ( בתגובה 1 מ 2 מול גז ל 2 מול גז ובתגובה 2 מ 6 מול גז ל 2 מול גז(, לכן יש ירידה בפיזור האנרגיה ופיזור החלקיקים דבר שגורם לקיום פחות מצבים מיקרוסקופיים. 1( הגרף המתאים הוא גרף 6, מכיוון שהתגובה ספונטנית אז מתקיים ש- יקום <5, S 0 ומכיוון ש- מערכת 0> S 0, לכן חייב להתקיים ש סביבה >0 S 0 Sסביבה 0 = - H 0 T ולפי הנוסחה, מקבלים שהתגובה אקזותרמית. גרפים 2 ו 2 פסולים כי אינם מתאימים לתגובה ( תגובה אחרת ) גרף 1 מתאר את שינוי האנטלפיה בתגובה אנדותרמית. ב. 2( הגרפים היכולים להתאים הם 2 או, 2 מכיוון שהתגובה אינה ספונטנית אז מתקיים ש- או קטן מאפס. יקום >5, S 0 ומכיוון ש- מערכת 0> S 0 יכול להיות שה - סביבה S 0 גדול Sסביבה 0 = - H 0 T ולפי הנוסחה, מקבלים שהתגובה יכולה להיות או אקזותרמית או אנדותרמית. 2
ג. לגבי תגובה 1- התגובה אינה מתרחשת כיוון שאין לה את היכולת להתרחש כי האנטרופיה של היקום שלילי. לגבי תגובה 2- התגובה אינה מתרחשת בטמפרטורת החדר כיוון שלא הייתה לה האנרגיה ההתחלתית הדרושה להתחלה למרות שיש לה את היכולת להתרחש. ד. גרף מוכר לכולנו. H ה. מחשבים לפי הנוסחה: Q=mc T Q= 5000gr* 4.18 j/gr*c *5.5 C Q=114.95 k Q=- H/n => -57.475 k ה. 2 בניסוי הראשון שהתרחש בכלי סגור, לא מתאפשר מעבר חומר אבל יש אפשרות למעבר אנרגיה ולכן המים התחממו. לעומת זאת בניסוי השני שמתרחש בכלי מבודד אין אפשרות למעבר חומר או אנרגיה לכן לא מתרחש שינוי בטמפרטורת המים. ו. אנתלפיית אידוי היא השינוי באנתלפיה המלווה הפיכת מול נוזל למול גז. בין מולקולות המים יש אינטראקציות יותר חזקות בגלל קיום יותר קשרי מימן בין המולוקלות מאשר בין מולקולות האמונה. בנוסף קשרים אלו חזקים יותר לכן צריך להשקיע יותר אנרגיה על מנת לנתקם. 3
- שאלה 2 אדית וייסלברג בוצעו ניסויים בכלי המתואר באיור הבא: קירות מגנים משטח מבודד מבער במבער שורפים מתאן. להתחלת תגובת השריפה דרושה הצתה. CH 4(g). רשום ניסוח מאוזן עבור תגובת השריפה של מתאן (g)4 CH נתון: H 0 = -890.5k/mol. בניסוי 1 שרפו 1.1 מול מתאן. כמות המים בכלי הייתה 1 ליטר. בניסוי 2 שרפו 1.1 מול מתאן. כמות המים בכלי הייתה 011 מ"ל. הטמפרטורה ההתחלתית בשני הניסויים הייתה טמפרטורת החדר. לא חל שינוי במצב הצבירה של המים כתוצאה מהשריפה במבער. i. האם הכלי המכיל את המים מהווה מערכת פתוחה, סגורה או מבודדת? נמק..ii איזה שינוי חל באנרגיה הקינטית של המים? תאר ברמת המיקרו..iii האם השינוי בטמפרטורת המים זהה בשני הניסויים? נמק ופרט ברמת המיקרו. ג. ד. ה. רשום הצגה גרפית של האנרגיה עבור תגובת שריפת מתאן, הקפד להציג את כל שלבי התהליך. התייחס לשריפת המתאן: האם האנטרופיה של מערכת עולה או יורדת? נמק נתון : K S יקום 2440= /mol בטמפרטורת החדר. חשב S 0 מערכת עבור תגובה זו. פיתרון + 2H2O(g) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) 1. רואים בציור שיש משטח מבודד, רק בחלק העליון. שאר חלקי הכלי לא מצוין וכמו כן יש חימום ולכן י שלהניח כי הכלי המכיל את המים הוא מערכת סגורה. 4
ה. סביבה 2. האנרגיה הקינטית של המים עלתה, כי התהליך שהתרחש הינו אקזותרמי, והיה מעבר אנרגיה מהמבער למים, וזה גרם לעליה באנרגיה הקינטית של המים. S 3. ל בכלי 2 הייתה עליה גבוהה יותר, הסיבה ששני הכלים קיבלו את אותה כמות האנרגיה, אבל בכלי 2 האנרגיה התחלקה על פחות מולקולות, לכן האנרגיה הקינטית של כל מולקולה הינה יותר גבוהה מכלי 1, וכתוצאה מזה האנרגיה הקינטית הממוצעת בכלי 2 גבוהה יותר, וזה מתבטא בטמפרטורה גבוהה יותר )שינוי גדול יותר של הטמפרטורה(. ד. אי אפשר להעריך את הסימן, כי מ 3 מולים של גזים קיבלנו 3 מולים של גזים. כלומר, בהסתמך על הגורמים הידועים לנו, ניתן להניח כי פיזור האנרגיה והחלקיקים במגיבים ובתוצרים די דומה. S S מערכת יקום H יקום S S מערכת T 890.5 1000 2745 S מערכת 298 S מערכת 2435 K 0
שאלה - 3 בלה וקסלר ודפנה לשם )משתתפות השתלמות בנושא היחידה טכניון, 2113( בחדשות דווח לאחרונה על תאונה חריגה בבסיס חיל האוויר ברמת דוד. 26 קצינים וחיילים מטייסת תחזוקה בבסיס הגדול בצפון נחשפו לחומר הרעיל הידרזין, המשמש כמקור כוח למערכת ההנעה במטוסים. מצבם של כל החיילים קל, חלקם סובלים מגירוד בעור, מצריבות בעיניים ומקוצר נשימה. הם נבדקו תחילה במרפאת הבסיס ולאחר מכן הופנו לבית החולים רמב"ם בחיפה. N2H4(l) הידרזין,, היא תרכובת רעילה ביותר שחשיפה לריכוזים גבוהים שלה עשויה לגרום לנזק כבד. למרבה המזל, החיילים נחשפו רק לריכוזים נמוכים של החומר. לפניך ניסוחים של שלוש תגובות בין הידרזין לחמצן. כל התגובות הן אקסותרמיות. I. N2H4(l) + O2(g) N2(g) + 2H2O(l) II. N2H4(g) + O2(g) N2(g) + 2H2O(l) III. N2H4(g) + O2(g) N2(g) + 2H2O(g) א( באיזו תגובה מבין השלוש משתחררת כמות האנרגיה הגדולה ביותר? נמק. בתגובה מספר II כי שם מגז נוצר נוזל. ניתן להראות גם תיאור גרפי. 6 נקודות. 2 לבחירה בתגובה ו 4 לנימוק. מתיל הידרזין, שגם הוא רעיל, משמש כדלק לרקטות. הוא מועדף על הידרזין בתהליך זה כי טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה משל הידרזין. N2H3CH3(l) + 1¼ N2O4(l) CO2(g) + 3 H2O(g) + 2¼ N2(g) נתון כי לתגובה זו ΔHº = 1184.54- k ב( האם האנרגיה הפנימית במערכת עולה או יורדת? הסבר. יורדת. תהליך אקזותרמי. סימנו של Δ Hº שלילי. המערכת איבדה אנרגיה לטובת הסביבה. 6 נקודות. 2 לתשובה "עולה" ו 4 לנימוק. 6
קבע ללא חישוב את סימנו של ΔS של המערכת. הסבר. האנטרופיה של המערכת עלתה, ΔS חיובי כי מ 2 מול נוזל נוצרו 5 מול גז. במהלך התגובה נוצרו תוצרים גזים רבים יותר המאופיינים באופני תנועה רבים ולכן מספר המצבים המיקרוסקופיים המתארים את המערכת גדל, ו פיזור האנרגיה והחלקיקים, האנטרופיה גדלה. 6 נקודות. 2 לקביעה שחיובי ו 4 לנימוק. נתון: ג( N2(g) H2O(g) CO2(g) N2O4(l) החומר N2H3CH3(l) 161.1 188.1 213.5 3.1 152.61 Sº (/molk) ד( חשב מתוך הנתונים את ΔS מערכת. פרט את חישוביך. 551.15 /K ה( 7 נקודות. חשב את ΔSº סביבה לטמפרטורה של 292K. פרט את חישוביך. 3611.61 /K 6 נקודות. הסבר ברמה המיקרוסקופית את סימנו של ΔSº סביבה. מכיוון שנפלטה אנרגיה מהמערכת לסביבה, המולקולות בסביבה הקרובה קיבלו אנרגיה, והן נעות יותר מהר, ואף מתרחקות יותר זו מזו, ולכן יש יותר מצבים מיקרוסקופיים לתיאור אותו מצב מקרוסקופי. 6 נקודות. האם התגובה ספונטנית בטמפרטורה של 298K? נמק. כן. ΔSº יקום חיובי. 7 נקודות. 2 לקביעה ו 5 לנימוק. ו( ז( ח( האם יש תחום טמפרטורות שבו התגובה איננה ספונטנית? אם כן, חשב מהו. אם לא, נמק מדוע. ל התגובה ספונטנית בכל טמפרטורה. ΔSº מערכת חיובי, ומכיוון ש ΔHº מערכת שלילי, בכל טמפרטורה ΔSº סביבה חיובי גם. לכן אנטרופיית היקום גדלה בכל טמפרטורה. 6 נקודות. 1 לקביעה ו 5 לנימוק. 4
עמוד 4.1.6.5.4.7 ג. לפניכם רשימה של שינויים ותגובות כימיות. קראו את הרשימה ומיינו לתהליכים העשויים להיות ספונטניים ולא ספונטניים. התייבשות של שלולית מים בקיץ. קיפאון מים בטמפרטורה נמוכה מ- 0 C דבש הנשפך מצנצנת פתוחה והפוכה. שריפת סרט מגנזיום בלהבת מבער. בעירת זיקוקים )היזכרו בניסוי 1 בפרק א( השחרת כלי כסף. פירוק מים למימן וחמצן תארו תהליכים ההפוכים לאלו הרשומים בסעיף א' ומיינו אותם לתהליכים ספונטניים ולא ספונטניים. מהו הקשר לתשובתכם לסעיף א? הוסיפו שתי דוגמאות משלכם לתהליכים ספונטניים. תשובות ג. תהליכים ספונטניים : 1,2,2,6,5,4, תהליכים לא ספונטניים: 7 תהליכים לא ספונטנייים: 1,2,2,6,5,4, תהליך ספונטני: 7 אם תהליך הוא ספונטני בתנאים מסויימים, תהליך הפוך באותם תנאים, יהיה לא ספונטני. דוגמאות נוספות לתהליכים ספונטניים: העלאת חלודה, פעולת סוללה, קורוזיה. 8
עמוד 4 פעילות לאחר צפייה בסרטון תאר את המערכת בסיום התגובה ברמה המאקרוסקופית על פי צפייתך בסרט. נסח את התגובה שהתרחשה במהלך התגובה. לשם מה התיזו מים על פני המשטח שעליו הונחה הכוס? מהו סימנו של ΔH לתגובה? מדוע יש צורך לערבב את המוצקים? האם התגובה היא ספונטנית?.1.6.5.4 תשובות.1 בסיום התגובה רואים כי יש בכוס נוזל וכמות המוצקים קטנה. כמו כן רואים שהכוס בה התרחשה התגובה נדבקה ללוח. ניסוח התגובה )רמת הסמל( -1 Ba(OH)2 8H2O(s) + 2NH4NO3(s) 2NH3(g) + 10 H2O(l) + Ba 2+ (aq) + 2NO3 (aq).6 התזת המים נועדה להמחיש את מעברי האנרגיה במהלך התרחשות התגובה. היות והקרח נדבק ללוח ניתן להבין כי נלקחה אנרגיה ממנו כלומר התגובה המתרחשת בכוס קולטת אנרגיה מהסביבה היא אנדותרמית ולכן.ΔH>0 ערבוב המוצקים נועד לזרז את התגובה. התגובה ספונטנית כיון שמרגע שהתחילה המשיכה להתרחש..5.4 9
עמוד 21 תרגול לא מתאים לסילבוס תשע"ד הסתכלו בנתוני אנטרופיה מולרית תקנית בטבלה, וציינו מיהם שני החומרים בעלי האנטרופיה הנמוכה ביותר. הציעו הסבר לערכים הנמוכים של האנטרופיה. לאיזה מהחומרים הרשומים בטבלה יש את ערך האנטרופיה המולרית הגדול ביותר? הציעו הסבר לעובדה זו..1 תשובות החומרים בעלי האנטרופיה הנמוכה הם יהלום וגרפיט. חומרים אלו הם מוצקים בטמפרטורת החדר, הקשרים בתוכם חזקים ומספר המצבים המיקרוסקופיים המתארים אותם הם יחסית מועטים. ערך האנטרופיה הגדול ביותר הוא לפרופאן C 3H 8 גזי. הסיבה מצב הצבירה שהוא גז המאפשר אופני תנועה של מעתק למולקולות. בנוסף, המולקולות עצמן בעלות מרוכבות גבוהה המאפשרות סיבובים ותנודות רבות. כל זה מגדיל את מספר המצבים המיקרוסקופיים של החומר ומגדיל את פיזור האנרגיה האפשרי, כלומר אנטרופיה גבוהה יותר..1 11
עמוד 23 תרגול -השוואת אנטרופיה אינו מתאים לסילבוס תשע"ד הסבירו בקצרה מהי משמעות המושג אנטרופיה של חומרים. *השוו בין ערכי האנטרופיה המולרית התקנית של שני החומרים הנתונים בכל אחד מהזוגות המופיעים בטבלה, והסבירו את ההבדל במידת האפשר. S 0 K mol החומרים ב- 298K 125.. 130.0 213.5 218 219.5 186 269.9 127 He (g) H 2(g) CO 2(g) SO 2(g) C 2H 4(g) CH 4(g) C 3H 8(g) CH 3OH (l) זוג 1 זוג 2 זוג 3 זוג 1 זוג 1 אנטרופיה גבוהה יותר כי המסה המולרית גבוהה יותר. זוג 2 לשתי המולקולות אותה מורכבות אך למולקולת SO 2 משפיעה על האנטרופיה המולרית. מסה גדולה יותר ולכן המסה המולרית זוג 3 לחומר (g)4 C 2H מסה מולרית גבוהה יותר וכן מולקולות מורכבות יותר המכילות מספר גדול יותר של אטומים ולכן יהיו להם יותר אופני תנועה, יותר מצבים מיקרוסקופיים אפשריים ולכן והאנטרופיה המולרית גדולה יותר. זוג 4 ההבדל המשמעותי נובע משינוי מצב הצבירה. פרופאן (g)8 Cהוא 3H גז בטמפרטורת החדר ואילו מתאנול (l) CH 3OH הוא נוזל. לגז יש אופני תנועה שלא מתקיימים במצב צבירה נוזל ולכן האנטרופיה שלו גבוהה יותר. 11
עמוד 23 מסה מולרית מסה מולרית מסה מולרית 14-25 גרם/מול 71-25 גרם/מול 99-112 גרם/מול 265 BrCl 222 Cl 2 176 HF 272 NOBr 222 CS 2 129 H 2O 221 COCl 2 254 SO 3 192 NH 3 294 CHCl 3 271 CH 2Cl 2 124 CH 4 ענו על השאלות בחנו את הנתונים לאורך כל אחד מהטורים בטבלה. מהן המגמות המסתמנות לאורך כל אחד מהטורים? בחנו את הנתונים לאורך כל אחת מהשורות בטבלה. מה משותף לכל שורה בטבלה? מהן שתי המגמות המשתנות לאורך כל אחת מהשורות? אלו מסקנות תוכל להסיק מהנתונים בטבלה? תשובות - לא מתאים לסילבוס תשע"ד 1. לאורך כל טוב האנטרופיה עולה. בנוסף מורכבות המולקולות עולה. כלומר בכל אחת מהמולקולות יש מספר אטומים גדול יותר. לאורך השורות למולקולות יש אותה מורכבות. 2. לאורך השורות מסה מולרית עולה וכן עולה האנטרופיה. 2. מסה מולרית ומורכבות מולקולות הם גורמים המשפיעים על ערך האנטרופיה 6. המולרית של חומרים..1.6.5 12
שאלות לתרגול עמוד 28 שאלות לתרגול להלן ערכי אנטרופיה מולרית עבור מספר חומרים הקשורים לשאלות הבאות החומר אנטרופיה מולרית S 0 K mol 211.0 241.1 210.1 191.4 192.0 NO(g) NO 2(g) O 2(g) N 2(g) NH 3(g) 131.1 H 2(g) נתונה התגובה הבאה: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) הערך האם שינוי האנטרופיה בתגובה זו הוא גדול או קטן מאפס? נמק. חשב מהו שינוי האנטרופיה התקני במהלך התגובה בהתבסס על נתוני האנטרופיה המולרית התקנית של החומרים. פרט את חישוביך. תשובה 1. שינוי האנטרופיה של המערכת קטם מאפס כיון שבמגיבים יש 2 מול גזים על פי המקדמים ואילו בתוצרים יש 2 מול גזים. ירידה במספר מול גזים מלמדת כי יש פחות חומרים בעלי אופני תנועה רבים ומספר המצבים המיקרוסקופיים המתאר את התוצרים קטן לעומת מספר המצבים המיקרוסקופיים המתאר את המגיבים. השינוי באנטרופיה הוא 146- k נסח את התגובה לקבלת אמוניה גזית NH3(g) מהיסודות המרכיבים אותה. הערך את השינוי באנטרופיה של התגובה שניסחת בסעיף נמק. חשב את ערך השינוי באנטרופיה התקנית של התגובה שניסחת בסעיף פרט ג. את חישוביך..1 13
תשובה ג. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) האנטרופיה יורדת כי מספר מול גזים בתוצרים קטן ממספר מול גזים במגיבים. ירידה במספר מול גזים מלמדת כי יש פחות חומרים בעלי אופני תנועה רבים ומספר המצבים המיקרוסקופיים המתאר את התוצרים קטן לעומת מספר המצבים המיקרוסקופיים המתאר את המגיבים. השינוי באנטרופיה הוא 196.4- k החומר N2O3(g) מתפרק לגזים חנקן חד חמצני NO(g) התגובה חלה עליה באנטרופיה השווה ל /K-. 138.5 נסח ואזן את התגובה שהתרחשה. חשב את האנטרופיה המולרית של תשובה ולחנקן דו חמצני.NO2(g) במהלך.N2O3(g) פרט את חישוביך. ניסוח התגובה N2O3(g) NO(g) + NO2(g) האנטרופיה המולרית של היא 212 K mol.n2o3(g) התייחס לנתונים בשאלה 1. חשב מהו השינוי באנטרופיה של המערכת עבור התגובה ההפוכה לתגובה המנוסחת בשאלה. תשובה השינוי באנטרופיה יהיה אותו ערך בסימן הפוך כיון שכאשר מתייחסים לתגובה ההפוכה אנו מפחיתים הפוך את האנטרופיה המולרית. האם וכיצד מושפע ערכו של השינוי באנטרופיה כאשר מאזנים אותה תגובה באופן שונה? נמק תשובה היות ובחישוב השינוי באנטרופיה של המערכת לוקחים בחשבון את מספר המולים שהגיבו איזון שונה ישנה את המקדמים ולכן תרגיל החישוב ישתנה והשינוי באנטרופיה לגבי התגובה יהיה שונה. נתונה תגובה )1(.6.5.4 השינוי באנטרופיה של המערכת לתגובה זו הוא: 42.7- /K 1. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g) נתונה תגובה )2( 14 האם השינוי באנטרופיה של המערכת לתגובה )2( גדול משינוי האנטרופיה של תגובה )1( קטן ממנו או שווה לו? נמק.
תשובה השינוי באנטרופיה של תגובה 2 יהיה גדול מהשינוי באנטרופיה של תגובה 1 מהסיבה שהאנטרופיה המולרית של (g) H 2O גדולה מהאנטרופיה המולרית של.H2O(l) עקב כך יש להפחית מספר גדול יותר במקרה של תגובה 1 מאשר בתגובה. 2 אם ידוע שינוי האנטרופיה של תגובה מסוימת מה יהיה שינוי האנטרופיה של התגובה ההפוכה לה? נמק תשובתך..7 תשובה שינוי האנטרופיה לתגובה ההפוכה יהיה שווה בערכו אך הפוך בסימנו. 10
תרגול עמוד 34 תרגול השינוי באנטרופיה של המערכת ושל הסביבה הערך את הסימן של שינוי האנטרופיה של המערכת ושל הסביבה בכל אחת מהתגובות הבאות בטמפרטורה של 298K. חשב את השינוי באנטרופיה של המערכת ושל הסביבה בכל אחת מהתגובות הבאות. K שינוים באנטרופיה מערכת מערכת סביבה סביבה S 0 S 0 S 0 S 0 התגובה סימן ערך סימן ערך 2NH 4 NO 3(S) 2N 2(g) + 4H 2 O (g) + O 2(g) 1 +792 + +1040 ++ H 0 = -236k 4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(S) H 0 = -1648k 2 +5530 + -339 -- HgO(s) Hg(l) +1/2 O2(g) H 0 = 90.8k 3-304 - +106 + החומר אנטרופיה מולרית תקנית S 0 K mol 151.1 NH 4NO 3(S) 27 Fe (s) 95.5 Fe 2O 3(S) 16
72.5 HgO (s) 74.1 Hg (l) 210.1 129 191.4 O 2(g) H 2O(g) N 2(g) 14
שאלות לסיכום הפרק עמוד 46 שאלות תרגול לסיום הפרק 98K שאלה 1 התגובה הנתונה אינה ספונטנית בטמפרטורה של H 2O (l) H 2(g) + 1/2 O 2(g) ΔH O = + 285.9k/mol נתון : H 2(g) O 2(g) H 2O (g) H 2O (l) H 2O (s) החומר 125.4 255 122.7 75 אנטרופיה מולרית 67 תקנית K mol ג. ד. ה. ו. חשב את השינוי באנטרופיה של המערכת. פרט חישובייך. חשב את השינוי באנטרופיה של הסביבה. פרט חישובייך חשב את השינוי באנטרופיה של היקום. פרט חישובייך זו? איזה מבין האיורים 2 א, 2 ב, 6 א או 6 ב המופיעים בפרק זה ( עמוד 29(, מתאימים לתגובה מדוע התגובה אינה ספונטנית ב-? 298K נמצא שהתגובה מתרחשת בטמפרטורה גבוהה הסבר מדוע. נמק. תשובה ג. ד. ה. ו. השינוי באנטרופיה של המערכת שווה ל: 163+ השינוי באנטרופיה של הסביבה שווה ל: השינוי באנטרופיה של היקום שווה ל: האיור המתאים לתגובה הוא איור 2 ב K -959.4 K -796 K כי הערך של שינוי האנטרופיה הכוללת של היקום קטן מאפס. בטמפרטורות גבוהות השינוי באנטרופיה של הסביבה יקטן ויתכן מצב בו הוא קטן מהשינוי באנטרופיה של המערכת ואז השינוי באנטרופיה של היקום יכול להיות גדול מאפס. 18
שאלה 2 CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g) H 2(g) CO 2(g) 125.4 213.6 ΔH 0 = +247.3 k CO (g) CH 4(g) 194.9 124 נתונה התגובה החומר אנטרופיה מולרית תקנית K mol ג. ד. חשב את השינוי באנטרופייה של המערכת. פרט את חישוביך. חשב את השינוי באנטרופייה של הסביבה בטמפרטורה של 292K. פרט את חישוביך חשב את השינוי באנטרופייה של היקום. האם התגובה ספונטנית בטמפרטורת החדר? פרט את חישוביך איזה / אלו מהערכים שחישבתם ישתנו כאשר הטמפרטורה תהיה 1100K? האם התגובה ספונטנית בתנאים אלו? תשובה ג. ד. השינוי באנטרופייה של המערכת השינוי באנטרופייה של הסביבה מערכת השינוי באנטרופיה של היקום שווה ל: בטמפרטורה גבוהה ישתנה ערכו של S 0 שווה ל: סביבה S 0 שווה ל: +257.4 K +830 K +1087 K סביבה S 0 ולכן גם ערכו של יקום S 0 שאלה 3 נתונה התגובה הבאה: H 2O (s) H 2O (l) ΔH 0 = 6000 H 2O (s) 47.8 H 2O (l) 49.9 החומר אנטרופיה מולרית תקנית K mol 19
ג. בחן אם התגובה ספונטנית בשתי טמפרטורות שונות : 298K ו- 248K. פרט את חישוביך הצג את האיורים הגרפים המתאימים לכל טמפרטורה. ( מבין האיורים (. 1-6 האם וכיצד תוצאות החישובים תואמים את ניסיונך היום יומי בהיתוך קוביות קרח. תשובה +22 השינוי באנטרופיה של המערכת הוא קבוע ושווה ל- K בטמפרטורה של 298K השינוי באנטרופיה של הסביבה הוא - 20.13 /K והשינוי הכולל הוא >0 /K ΔSיקום 0 = 22-20.13 בטמפרטורה של 248K השינוי באנטרופיה של הסביבה הוא - 24.19 /K והשינוי הכולל הוא <0 /K ΔSיקום 0 = 22 24.19 האיורים המתאימים הם 2. ו- 2. ב עמוד 29-65. ג. התוצאות תואמות את ניסיוננו היום יומי בו קוביית קרח מותכת כאשר מוצאת מהמקפיא ומים נוזלים המוכנסים למקפיא קופאים. כלומר התהליך ההפוך של קיפאון מים ספונטני בטמפרטורה נמוכה. שאלה 4 לפניך שלושה תהליכים המתארים ייצור חומצה חנקתית )HNO3( מאמוניה) NH3 ): A. 4NH 3(g) + 5O 2(g) 4NO (g) + 6H 2O (g) B. 2NO (g) + O 2(g) 2NO 2(g) H = -114.4 k C. 4NO 2(g) + O 2(g) + 2H 2O (l) 4HNO 3(aq) עבור כל אחת משלושת התגובות,C-A קבע את סימנו של השינוי באנטרופיה של המערכת. נמק קביעתך. תשובה: בתגובה Aיש עליה בשינוי באנטרופיה של המערכת כיון שכל החומרים הם גזים ויש עליה במספר המולים בתוצרים. הדבר גורם להגדלת מספר המצבים המיקרוסקופיים המתארים את התוצרים יותר ממספר המצבים המיקרוסקופיים האפשריים עבור המגיבים כלומר פיזור האנרגיה והחלקיקים גדל. 21
בתגובה B יש ירידה באנטרופיה של המערכת כיון שמספר מול התוצרים קטן ממספר מול המגיבים. לכן יש ירידה במספר המצבים המיקרוסקופיים ירידה בפיזור האנרגיה והשינוי באנטרופיה שלילי. בתגובה C יש ירידה באנטרופיה במהלך התגובה כיון שבמגיבים יש חומר במצב צבירה גזי בעל אנטרופיה מולרית גבוהה בנוסף למוצקים ולנוזל ואילו בתוצרים יש תמיסה. האנטרופיה של התמיסה יחסית למול גז נמוכה יותר ולכן בסך הכל יש ירידה במצבים המיקוסקופיים המתארים את המגיבים פיזור האנרגיה קטן יותר בתוצרים ולכן האנטרופיה תרד. הסעיף דן בתגובה A. נתון כי ל- H2O(g) אנטרופיה מולרית תקנית דומה לאנטרופיה של.NH3(g) האם נוכל לקבוע אם תגובה A היא ספונטנית, לא ספונטנית? נמקו. תשובה: היות ונתון כי התהליך הוא אחד מהשלבים לייצור חומצה חנקתית בתעשייה נוכל להסיק כי התהליך מתרחש כלומר הוא ספונטני בתנאי התגובה. ג. הסעיף דן בתגובה B. לפניך טבלה ובה נתונים תרמודינאמיים: NO 2(g) O 2(g) NO (g) 240 205 210.5 S 0 K mol -146 K I. חשב את השינוי באנטרופיה S 5 של התגובה. פרט חישוביך. תשובה: השינוי באנטרופיה של המערכת )התגובה( על פי הנתונים הוא:.II האם התגובה ספונטאנית בתנאי החדר? נמק בפירוט. תשובה: יש לחשב את השינוי באנטרופיה של הסביבה. השינוי באנטרופיה של הסביבה הוא: 383.8+ K. סכום שני הגדלים לחישוב השינוי באנטרופיה הכוללת )של היקום( הוא : +237.8 K ד. הסעיף דן בתגובה C. מהתוצאות ניתן להסיק כי התגובה ספונטנית. 21
ידוע כי התגובה ספונטאנית בתנאי החדר. האם התגובה אקזותרמית או אנדותרמית? הסבר. תשובה: היות וידוע כי בתגובה יש ירידה באנטרופיה, אם נתון כי התגובה ספונטנית היא חייבת להיות אקסותרמית על מנת ששינוי האנטרופיה בסביבה יהיה חיובי וסכום הגדלים יהיה גדול מאפס. שאלה 5 נתונות שלש תגובות : 1. N2O4(g) 2NO2(g) 2. N2(g) + O2(g) 2NO(g) 3. N2(g) + 2 O2(g) 2NO2(g) נתונים שלושה ערכים שונים של שינויי אנטרופיה במערכת: S 0 a = -121.4 / K S 0 b = 24.6 / K S 0 c = 175.8 /lk התאם כל אחת מהתגובות לשינוי האנטרופיה המתאים. נמק תשובתך. תשובה בתגובה 1 מתקיימת עלייה באנטרופיה של התגובה כיון שפיזור האנרגיה עולה, יש יותר מול גזים בעלי מספר אופני תנועה רבים יותר ולכן מתאים ערך חיובי S 0 c בתגובה 2 מספר מול מגיבים גזיים שווה למספר מול תוצרים גזיים ולכן לא ניתן להעריך את השינוי באנטרופיה אולם ניתן להניח כי שינוי זה לא יהיה גדול, כיון שלא יחול שינוי משמעותי בפיזור האנרגיה והחלקיקים. לכן מתאים ערך S 0 b בתגובה 2 יש ירידה במספר מול החומרים הגזים בתגובה כלומר יהיו פחות גזים ופחות מצבים מיקרוסקופיים העשויים לתאר את המערכת, פיזור האנרגיה יקטן וערכו של השינוי באנטרופיה במהלך התרחשות התגובה יהיה שלילי, לכן יתאים ידוע כי ערכה של האנטרופיה המולרית של NO2(g) הוא S 0 a. 240 K mol חשב את האנטרופיה המולרית של תשובה: האנטרופיה המולרית של.N2O4(g) N2O4(g( היא 304 K mol 22
שני גזים: אמוניה שאלה 6 המורה קיימה הדגמה במעבדה בה עירבבה בעזרת שני מזרקים, NH3(g) ו-מימן כלורי.HCl(g) הגזים התערבבו והתקבל מוצק לבן. להלן ניסוח התגובה שהתרחשה: NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(S) האם התגובה היא אקסותרמית או אנדותרמית? נמק בפירוט. תשובה: אם התגובה אכן התרחשה בתנאים מסוימים פרוש הדבר שהיא ספונטנית באותם תנאים. אם כך, השינוי באנטרופיה של היקום גדול מאפס, חיובי. מהסתכלות בניסוח התגובה ניתן לראות כי יש ירידה באנטרופיה של התוצרים כיום שנוצר מוצק משני חומרים גזיים. למוצק יש אופני תנועה מועטים יותר, ולכן מספר המצבים המיקרוסקופיים העשויים לתאר אותו הרבה יותר קטן מאשר מספר המצבים המיקרוסקופיים המתארים את המגיבים. כלומר, במהלך התגובה יש ירידה בפיזור האנרגיה והחלקיקים ולכן השינוי באנטרופיה של המערכת הוא שלילי, קטן מאפס. על מנת שהשינוי באנטרופיה של היקום יהיה חיובי חייב שהשינוי באנטרופיה של הסביבה יהיה חיובי ופרוש הדבר שהתגובה חייבת להיות אקסותרמית. שאלה 7 צפה בסרטון בכתובת הבאה: http://www.youtube.com/watch?v=ezsur0l0l1c&feature=related תשובה נסח את התגובה המתרחשת. האם התגובה היא ספונטנית בטמפרטורת החדר? נמק. התגובה המתרחשת היא פרוק מימן על חמצני למים ולחמצן. התגובה היא ספונטנית כיון שהיא מתרחשת. 23