תרגול למבחן בכימיה אנרגיה בקצב הכימיה פרקים א ו-ב

לפניכם שני תהליכים אנדותרמיים: תרגול למבחן בכימיה אנרגיה בקצב הכימיה פרקים א ו-ב A. H 2 0 (g) H 2(g) + 1/2 O 2(g).1 B. H 2 0 (g) 2H.(g) + O (g) כמות האנרגיה הנקלטת בתהליך A: גדולה מזו הנקלטת בתהליך B. שווה לזו הנקלטת בתהליך B. קטנה מזו הנקלטת בתהליך B. אין לקבוע ללא נתונים נוספים. 2. לפניכם שלושה תהליכים אקסותרמיים. (I) C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(g) + 6H 2 O (l) (II) C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(g) + 6H 2 O (g) (III) C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(l) + 6H 2 O (l) I ΔH I ΔH I I מהו הסדר הנכון של ערכי ΔH על-פי גודלם )המוחלט(? I ΔH I ΔH I ΔH III באנרגיה הנפלטת בשריפה של 5 גרם כהל מחממים 111 גרם נוזל A בכלי I מ- 25 O C ל-, 30 O C באנרגיה הנפלטת בשריפה של 5 גרם כהל מחממים 51 גרם נוזל B בכלי II מ- 20OC ל- 30. O C ניתן לקבוע כי: לנוזל A קיבול אנרגיה סגולי גבוה יותר מאשר לנוזל. B לנוזל A קיבול אנרגיה סגולי זהה לנוזל. B האנרגיה שקלט נוזל A גבוהה מהאנרגיה שקלט נוזל B האנרגיה שקלט נוזל A נמוכה מהאנרגיה שקלט נוזל B.3 4. לפניכם תהליך המתאר קבלת חומר יוני: Zn (s) + 1/8S 8(s) ZnS (s) בתגובה של 61 גרם גופרית (s)8 S, נפלטה אנרגיה בשיעור של 1015J. מהו השינוי באנתלפיה ( H) בתגובה H O = -2030k J O H = -2030 J H O = +2030 J H O = +2030 kj הרשומה למעלה? 1

השאלה מתייחסת לתיאור הגרפי של השתנות הטמפרטורה עם הזמן, בכלי שבו מתרחשת תגובת המסה במים, הקביעה הנכונה עבור המקרה המתואר היא:.5 התבצעה תגובה אקסותרמית. התבצעה תגובה אקסותרמית ולאחר מכן תגובה אנדותרמית. התבצעה תגובה אנדותרמית. התבצעה תגובה אנדותרמית ולאחר מכן תגובה אקסותרמית. 6. לפניכם ניסוחים של שלוש תגובות אנדותרמיות: I. I 2(s) + Br 2(l) 2IBr (s) H 0 I II. I 2(s) + Br 2(l) 2IBr (l) H 0 II III. I 2(s) + Br 2(l) 2IBr (g) H 0 III מהו הסדר הנכון של ערכי H 0 על-פי גודלם? 0 III 0 II 0 H I H > H > H 0 II > H 0 I > H 0 III H 0 I > H 0 III > H 0 II H 0 I > H 0 II > H 0 III לפניכם ניסוחים של שתי תגובות שריפה: I. C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (l) II. C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (g) מהי הקביעה הנכונה? תגובה I היא אנדותרמית, ותגובה II היא אקסותרמית. בתגובה I נפלטת אנרגיה רבה יותר מהאנרגיה שנפלטת בתגובה. II בתגובה I נקלטת אנרגיה רבה יותר מהאנרגיה שנקלטת בתגובה. II בשתי התגובות נפלטת אנרגיה, אך לא ניתן לקבוע באיזו מהן נפלטת אנרגיה רבה יותר..7.6.2.3.4 2

.1 שאלות פתוחות בתגובה בין גז אמוניה לגז מימן כלורי מתקבל חומר מוצק, אמון כלורי ומשתחררים 177. kj/mol ניסוח התגובה: NH 3(g) + HCl (g) NH 4 Cl (s) H o = -177 kj למיכל שקוף ולא מבודד הוכנסו הגזים אמוניה ומימן כלורי. תארו את הניסוי ברמות ההבנה השונות: מאקרוסקופית, מיקרוסקופית, סמל ותהליך. ברמה המאקרוסקופית: שני גזים בלתי נראים הוכנסו ביחד לכלי ובמקומם נוצר מוצק. HCl NH 3 ברמה המיקרוסקופית: מולקולות ומולקולות המפוזרות בכלי, מרוחקות זו Cl - NH 4 + מזו ונעות ללא הפרעה מגיבות זו עם זו ליצירת חומר יוני הבנוי מיוני ויוני היונים ערוכים בצורה מסודרת, רוטטים במקום. NH 4 + ברמת הסמל: (s) NH 3(g) + HCl (g) NH 4 Cl ברמת התהליך: יוני המימן נמשכים לאטום החנקן של מולקולת האמוניה, נוצרים יוני ויוני - Cl היוצרים סריג יוני שהוא מוצק. זוהי תגובת חומצה בסיס. האם, ואם כן פרטו מהם, קיימים הבדלים בין המגיבים לבין התוצרים ב- i. האנרגיה הפנימית? האנרגיה הפנימית של המגיבים גבוהה מזו של התוצרים. נתון כי התגובה אקסותרמית, כלומר במעבר ממגיבים לתוצרים נפלטת אנרגיה מתוך המערכת וזה אומר שהאנרגיה של המערכת יורדת. האנרגיה הקינטית הממוצעת? האנרגיה הקינטית הממוצעת של המגיבים גבוהה מזו של התוצרים..ii המגיבים הם במצב צבירה גזי, המולקולות מרוחקות אחת מהשנייה ונעות במהירות גבוהה כלומר האנרגיה הקינטית הממוצעת שלהם גבוהה, לעומת זאת התוצרים הם במצב צבירה מוצק, לחלקיקים תנועה קטנה מאד ולכן האנרגיה הקינטית שלהם נמוכה. סוגי התנועה של החלקיקים? למגיבים: ויברציה )רטט(, רוטציה )סיבוב( וטרנסלציה )מעתק(.iii לתוצרים: ויברציה בלב חשבו את השינוי באנתלפיית המערכת כאשר מגיבים 34 גר' אמוניה עם כמות מתאימה של מימן כלורי. אנתלפיית המערכת בתגובה של 1 מול אמוניה היא, 43 גר' אמוניה הם 2-177 kj מול אמוניה, האנתלפיה של המערכת לכמות כפולה של מולים היא גם כן כפולה ושווה ל- -354KJ הציגו דרכים שונות לייצוג השינוי באנתלפיית התגובה )השלימו את הטבלה(: 3

H0 H=-177KJ NH 3(g) + HCl (g) NH 4 Cl (s) NH 3(g) + HCl (g) H o = -177 kj סוג ייצוג המידע כתיבת סימנו של H כתיבת ערכו וסימנו של H ציון כמות האנרגיה יחד עם הניסוח תיאור גרפי של התגובה אנרגיה NH 4 Cl (s) -177KJ ייצוג מילולי בתגובה נפלטת אנרגיה לסביבה. נפלטים נתונות שלוש תגובות A. 1/8 S 8(s) + O 2(g) SO 2(g) H A = -296.6kj להפוך B. 1/8 S 8(s) + 3/2O 2(g) SO 3(g) H B = -395.4 kj C. SO 2(g) + 1/2 O 2(g) SO 3(g). H C =? חשבו את H של התהליך המבוקש SO 2(g) 1/8 S 8(s) + O 2(g) H A = 296.6kj נשתמש בחוק הס:.2 1/8 S 8(s) + 3/2O 2(g) SO 3(g) H B = -395.4 kj SO 2(g) + 1/2 O 2(g) SO 3(g). H C = -98.8 הוסיפו הצגה גרפית לשלושת התהליכים על גבי אותה מערכת צירים. 1/8 S 8(s) + O 2(g) אנרגיה SO 2(g) + 1/2 O 2(g) SO 3(g) 4

Ba 2+ (aq) + SO 4 (aq) BaSO 4(s) נתון ניסוח התהליך הבא: H = -17.7KJ/mol.3. וכן נתון.C(water) = 4.2 J/gr C להכנת כרית חימום א' מגיבים 33 מ"ל תמיסת 2(aq) 4M Ba(NO 3 ) עם 623 מ"ל תמיסת 4(aq) 1M Na 2 SO הטמפרטורה ההתחלתית של התמיסות היא. 25 C 6. מהי המערכת ומהי הסביבה? המערכת: יוני ויוני 2+ Ba SO 4 ממויימים וכן המוצק BaSO 4(s) הסביבה: המים 2. תארו ברמת המאקרו והמיקרו את התהליך שהתרחש בעת ערבוב שתי התמיסות. )התייחסו למערכת ולסביבה( מאקרו: בערבוב שתי תמיסות יוניות צלולות קלות תמס, מתקבל משקע. - NO 3 2+ מיקרו: תמיסה המכילה יוני Ba ויוני ממויימים, מתערבבת עם תמיסה המכילה יוני SO 4 Ba 2+ ויוני + Na ממויימים, נוצר חומר מוצק שבו יוני יוני ויוני מסודרים בצורה SO 4 t2 צפופה כך שכל יון חיובי מוקף ביונים שליליים ולהיפך. מהו הנתון שחסר כדי לחשב את הטמפרטורה של התמיסה בתום ההמסה. T t1 C,m n ידועים. H וכן אבל לא נתון זמן השימוש של השקית המחממת שבשאלה הנידונה הוא שעתיים. שרטטו את גרף סכמתי של השתנות הטמפרטורה של המים כפונקציה של הזמן מרגע התרחשות התגובה בכרית החימום ועד שלוש שעות. הניחו כי השקית המחממת מונחת בתנאי טמפ' החדר.. Na 2 SO 4(aq) 3M בכרית חימום ב' מגיבים 13 מ"ל תמיסת 2(aq) 2M Ba(NO 3 ) עם 43 מ"ל תמיסת הטמפרטורה ההתחלתית של התמיסות היא. 25 C האם השינוי בטמפרטורת המים בכרית חימום ב' יהיה גדול\קטן\שווה לשינוי בטמפ' המים בכרית חימום )א(? הסבירו ללא חישוב שונה אומנם הגיבו אותו מספר מולים של כל מגיב אבל הנפח בכרית ב' קטן יותר לכן כל חלקיק של התמיסה קיבל יותר אנרגיה קינטית לכן האנרגיה הקינטית הממוצעת בניסוי ב' קטנה יותר וכך גם הטמפרטורה. 5

ניתן להשתמש בממס אחר לצורך הכנת התמיסות שמגיבות בכרית חימום א' האנתלפיה הסגולית של ממס זה היא.2.1 J/gr C ה. האם כמות הממס הנדרשת להשגת אותה טמפרטורה סופית גדול\קטן\שווה לכמות המים בכרית חימום א'? נמקו ללא חישו הניחו כי האנתלפיה של תגובת השיקוע זהה בשני המקרים. נקרא לניסוי זה ניסוי 2. רוצים שהטמפרטורה הסופית בממס החדש תהייה שווה לזו שתתקבל בכרית א', ניסוי 1. כלומר T בשני המקרים שווה: T1= T2 T=Q/m*C כמות האנרגיה הנפלטת גם היא שווה בשני הניסויים כי מדובר באותם מגיבים ובאותן כמויות. לכן Q, כמות האנרגיה שנקלטה על ידי התמיסה, שווה גם הוא בשני התהליכים T1= T2=Q/m1*C1= Q/m2*C2 m1 m2 C 1 C אם 2 קטן מ אז גדול יותר מ לפניכם ארבעה ניסויים: בניסוי 1 ממיסים 13.6 גרם אבץ כלורי (s)2 ZnCl ב- 633 מ"ל מים. נפלטים 746kJ וטמפרטורת המים עולה ב- 3ºC. רשמו את ניסוח התגובה.4 ZnCl 2(s) Zn 2+ (aq) + 2Cl - (aq).)zncl H 0 חשבו את לתהליך ההמסה )הכוונה לתהליך שבו מומס 6 מול (s)2 = 136.4 M - מסה מולרית של אבץ כלורי n = 13.6gr/136.4gr/mol = 0.1 mol, n=m/m H 0 = -746Kj/0.1mol = -7460 Kj/mol בניסוי 2 ממיסים אותה כמות של אבץ כלורי (s)2 ZnCl ב- 233 מ"ל מים. האם במקרה זה תשתחרר יותר אנרגיה? נמקו אותה כמות אנרגיה כי אין שינוי במספר המולים. האם האנרגיה הפנימית של התמיסה שהתקבלה בניסוי 6 תהיה קטנה / גדולה / שווה לאנרגיה הפנימית של התמיסה שהתקבלה בניסוי? 2 נמוכה כי אותה כמות אנרגיה נקלטה על ידי יותר חלקיקים לכן האנרגיה הקינטית של כל חלקיק נמוכה יותר או האנרגיה הקינטית הממוצעת נמוכה יותר. ZnCl 2(s) בניסוי 3 ממיסים 8.7 גרם אבץ כלורי ב- 633 מ"ל מים. 6

האם ה. H 0 לניסוי זה זהה ל- H 0 שחישבתם בסעיף א? נמקו שווה, כי גודל זה מאפיין את התהליך. ו. האם השינוי באנרגיה הקינטית הממוצעת של הסביבה בניסוי זה יהיה גדול/קטן/שווה מזה שבוצע בניסוי הראשון? נמקו. נמוכה כמו הנימוק ל-ד'. בניסוי 4 ממיסים 63.1 גרם אבץ כלורי (s)2 ZnCl קטנה יותר משל המים. ז. האם T יהיה גדול/קטן/שווה מ- T בניסוי? 6 נמקו )אותה כמות כמו בניסוי 6( אך בנוזל בעל אנתלפיה סגולית גבוה. השתחררה אותה אנרגיה אבל נחוצה פחות אנרגיה כדי להעלות גרם אחד של חומר במעלה אחת. לכן כל גרם של החומר בעל קיבול החום הנמוך יותר יעלה ביותר מעלות. ח. האם בניסוי זה השתחררה יותר אנרגיה לסביבה מהניסוי הראשי? הסבירו ל אין שינוי בכמות המגיבים. ט. לפניכם גרף המתאר את השתנות הטמפרטורה בכלי עם הזמן. האם התגובה בוצעה בכלי מבודד? הסבירו. לא כי מיד בתום עליית הטמפרטורה היא ירדה כלומר אנרגיה עברה לסביבה כלומר המערכת לא מבודדת. 7