|
شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - با هم بیندیشیم
۱- جدول داده شده اثر دما را بر ثابت تعادل زیر نشان میدهد. با توجه به آن به پرسشها پاسخ دهید.
$$2SO_{3}(g) \rightleftharpoons 2SO_{2}(g) + O_{2}(g)$$
| دما ($^{\circ}C$) | ۲۵ | ۲۲۵ | ۴۳۵ |
| :--- | :---: | :---: | :---: |
| $K$ | $2/5 \times 10^{-25}$ | $4 \times 10^{-11}$ | $4 \times 10^{-5}$ |
آ) عبارت ثابت تعادل را برای آن بنویسید.
ب) میزان پیشرفت واکنش در کدام دما بیشتر است؟ چرا؟
پ) با افزایش دما $K$ چه تغییری کرده است؟ این تغییر، جابهجا شدن تعادل را در چه جهتی نشان میدهد؟
ت) اگر برای این واکنش $\Delta H > 0$ باشد، جابهجا شدن تعادل و افزایش $K$ را به کمک اصل لوشاتلیه توجیه کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - با هم بیندیشیم
سلام به شیمیدانهای عزیز! در این بخش میخواهیم اثر دما بر مقدار ثابت تعادل را بررسی کنیم که یکی از کلیدیترین مفاهیم در تعادلات شیمیایی است.
**پاسخ بخش آ (نوشتن عبارت ثابت تعادل):**
طبق قاعده، غلظت فرآوردهها در صورت و غلظت واکنشدهندهها در مخرج قرار میگیرد و ضرایب به صورت توان نوشته میشوند:
$$K = \frac{[SO_{2}]^{2}[O_{2}]}{[SO_{3}]^{2}}$$
**پاسخ بخش ب (بررسی میزان پیشرفت):**
میزان پیشرفت واکنش در دمای **$435^{\circ}C$** بیشتر است.
**دلیل**: با نگاه به جدول، میبینیم که در این دما مقدار $K$ ($4 \times 10^{-5}$) نسبت به بقیه دماها بزرگتر است.
بزرگتر بودن $K$ به معنای تراکم بیشتر فرآوردهها در حالت تعادل و پیشرفت بیشتر واکنش به سمت راست است.
**پاسخ بخش پ (روند تغییرات $K$):**
با افزایش دما، مقدار **$K$ افزایش یافته است**.
این افزایش نشاندهنده جابهجایی تعادل در جهت **رفت (به سمت راست)** است؛ زیرا با افزایش مقدار صورت کسر (فرآوردهها)، عدد $K$ بزرگتر میشود.
**پاسخ بخش ت (توجیه با اصل لوشاتلیه):**
وقتی $\Delta H > 0$ است، یعنی واکنش **گرماگیر** بوده و میتوان «گرما» را به عنوان یک واکنشدهنده در سمت چپ معادله در نظر گرفت.
طبق اصل لوشاتلیه، با افزایش دما (افزودن گرما)، سامانه برای مصرف گرمای اضافی در جهت **گرماگیر (رفت)** جابهجا میشود.
این جابهجایی باعث تولید فرآوردههای بیشتر و در نتیجه افزایش مقدار عددی ثابت تعادل ($K$) میگردد.
شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - تمرین ۲
۲- با خط زدن واژه نادرست در هر مورد، عبارت زیر را کامل کنید.
هنگامی که دمای یک سامانه تعادلی افزایش مییابد، واکنش در جهت مصرف/تولید گرما پیش میرود، اگر این واکنش گرماگیر باشد مقدار کسر $\frac{[\text{فرآوردهها}]}{[\text{واکنشدهندهها}]}$ در سامانه کاهش مییابد/افزایش مییابد.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - تمرین ۲
این تمرین به خلاصه کردن رفتار سامانههای تعادلی در برابر تغییرات دما میپردازد.
جملهی صحیح به این صورت است:
«هنگامی که دمای یک سامانه تعادلی افزایش مییابد، واکنش در جهت **مصرف** گرما پیش میرود، اگر این واکنش گرماگیر باشد مقدار کسر $\frac{[\text{فرآوردهها}]}{[\text{واکنشدهندهها}]}$ در سامانه **افزایش مییابد**.»
**نکته معلمانه**:
به یاد داشته باشید که سامانه تعادلی همیشه با لجبازی در برابر تغییرات محیط عمل میکند!
وقتی شما دما را زیاد میکنید، او میخواهد دما را کم کند، پس به سمتی میرود که گرما را «مصرف» کند. در واکنشهای گرماگیر، مصرف گرما یعنی رفتن به سمت تولید فرآورده، که باعث بزرگ شدن صورت کسر و افزایش مقدار کل آن میشود.
شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - تمرین ۳
۳- نمودار زیر درصد مولی آمونیاک را برای سامانه تعادلی زیر در فشار ثابت نشان میدهد. با توجه به آن به پرسشها پاسخ دهید.
$$N_{2}(g) + 3H_{2}(g) \rightleftharpoons 2NH_{3}(g)$$
(نمودار درصد مولی آمونیاک بر حسب دما را نشان میدهد که با افزایش دما، مقدار آمونیاک کاهش یافته است)
آ) با افزایش دما درصد مولی آمونیاک در سامانه چه تغییری میکند؟
ب) این واکنش گرماده است یا گرماگیر؟ چرا؟
پ) مقدار ثابت تعادل آن در سه دمای ۲۵، ۲۰۰ و ۴۰۰ درجه سلسیوس به صورت زیر است:
$K_{1} = 6/2 \times 10^{-4}$ ، $K_{2} = 2/24$ ، $K_{3} = 6/0 \times 10^{5}$
کدام یک، ثابت تعادل را در دمای اتاق نشان میدهد؟ توضیح دهید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۱۰۸ - تمرین ۳
این نمودار یکی از مهمترین نمودارها در فرآیند صنعتی هابر (تولید آمونیاک) است.
**پاسخ بخش آ:**
با افزایش دما، درصد مولی آمونیاک در سامانه **کاهش** مییابد.
منحنی نزولی نمودار به وضوح نشان میدهد که در دماهای بالاتر (مثلاً $۵۰۰^{\circ}C$) مقدار محصول بسیار کمتر از دماهای پایین (مثلاً $۲۰۰^{\circ}C$) است.
**پاسخ بخش ب:**
این واکنش **گرماده** است.
**دلیل علمی**: در واکنشهای گرماده، گرما به عنوان یک «فرآورده» در سمت راست قرار دارد.
طبق اصل لوشاتلیه، با افزایش دما، سامانه برای مصرف گرمای اضافی در جهت **برگشت** (سمت واکنشدهندهها) جابهجا میشود.
چون افزایش دما باعث شده آمونیاک (محصول) مصرف شود و مقدار آن کم گردد، پس واکنش حتماً گرماده بوده است.
**پاسخ بخش پ (تخصیص مقادیر $K$):**
مقدار **$K_{3} = 6/0 \times 10^{5}$** مربوط به دمای اتاق ($25^{\circ}C$) است.
**توضیح**: برای یک واکنش گرماده، هرچه دما **پایینتر** باشد، ثابت تعادل ($K$) **بزرگتر** خواهد بود (چون تعادل بیشتر به سمت فرآوردهها متمایل است).
از آنجا که ۲۵ درجه سلسیوس کمترین دما در بین گزینههاست، بزرگترین مقدار $K$ باید به آن تعلق داشته باشد.
،،،،،
1403/01/24
ممنون