شهریور ۱۴۰۵، نوبت عصر

امتحان نهایی شیمی ۳

سوالات و پاسخ‌های تشریحی امتحان نهایی شیمی ۳
همراه با بارم‌بندی و نکات کلیدی

۲۰ بارم کل۱۵ تعداد سوال۱۲۰ دقیقه زماندانلود PDF

سوال ۱۳ — سؤال ۱۳ امتحان نهایی شیمی ۳ — شهریور ۱۴۰۵، نوبت عصر

۱.۷۵ بارم

در دمای 200 ∘C200\,^\circ\mathrm{C} و در محفظه‌ای به حجم یک لیتر، تعادل زیر برقرار است:

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)\mathrm{N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)}

غلظت‌های تعادلی در این محفظه (بر حسب مول بر لیتر) چنین است:

[H2]=0.50[NH3]=0.14[N2]=0.07[\mathrm{H_2}] = 0.50 \qquad [\mathrm{NH_3}] = 0.14 \qquad [\mathrm{N_2}] = 0.07

آ) ثابت تعادل این واکنش را محاسبه کنید.

ب) در دمای ثابت، با افزودن N2(g)\mathrm{N_2(g)} به تعادل، واکنش در چه جهتی جابه‌جا می‌شود؟ چرا؟

پ) اگر مخلوط واکنش را به ظرف بزرگ‌تری منتقل کنیم، [H2][\mathrm{H_2}] چه تغییری می‌کند؟

ت) با توجه به نمودار زیر، مشخص کنید تعادل گرماده است یا گرماگیر. دلیل آن را بنویسید.

درصد مولی آمونیاکدما
دیدن پاسخپاسخ این سوال همراه با حل تشریحی و نکات آموزشی
در یک قدمی شماست!پاسخ تشریحیبستن پاسخ

آ)

K=(0.14)2(0.07)(0.5)3=2.24K = \frac{(0.14)^2}{(0.07)(0.5)^3} = 2.24

ب) در جهت رفت؛ زیرا طبق اصل لوشاتلیه، واکنش در جهت مصرف N2\mathrm{N_2} تا حد امکان پیش می‌رود تا به تعادل جدید برسد (یا: با افزایش N2\mathrm{N_2}، طبق اصل لوشاتلیه واکنش در جهت رفت و مصرف آن پیش می‌رود).

پ) کاهش می‌یابد.

ت) گرماده؛ زیرا با افزایش دما مقدار NH3\mathrm{NH_3} کاهش یافته است (یا: واکنش در جهت برگشت، یعنی جهت مصرف گرمای اضافی، جابه‌جا شده است).

راه‌حل قدم‌به‌قدم

آ) عبارت ثابت تعادل را می‌نویسیم؛ غلظت هر فراورده و واکنش‌دهنده به توان ضریب آن در معادله می‌رسد:

K=[NH3]2[N2][H2]3K = \frac{[\mathrm{NH_3}]^2}{[\mathrm{N_2}][\mathrm{H_2}]^3} K=(0.14)2(0.07)(0.5)3=0.01960.07×0.125=0.01960.00875=2.24K = \frac{(0.14)^2}{(0.07)(0.5)^3} = \frac{0.0196}{0.07 \times 0.125} = \frac{0.0196}{0.00875} = 2.24

ب) در جهت رفت. طبق اصل لوشاتلیه، اگر غلظت یکی از مواد تعادل را زیاد کنیم، سامانه در جهتی جابه‌جا می‌شود که آن ماده را مصرف کند. N2\mathrm{N_2} واکنش‌دهنده است و در واکنش رفت مصرف می‌شود؛ پس تعادل در جهت رفت (تولید آمونیاک بیشتر) جابه‌جا می‌شود تا به تعادل جدید برسد.

پ) کاهش می‌یابد. با انتقال مخلوط به ظرف بزرگ‌تر، حجم زیاد می‌شود و غلظت همهٔ گازها (از جمله H2\mathrm{H_2}) در همان لحظه کم می‌شود. فشار هم کم می‌شود و طبق اصل لوشاتلیه، تعادل به سمتی می‌رود که مول گازی بیشتری دارد (سمت چپ: ۴ مول گاز در برابر ۲ مول)؛ این جابه‌جایی کمی H2\mathrm{H_2} تولید می‌کند، اما فقط بخشی از اثر تغییر را جبران می‌کند. پس در تعادل تازه، [H2][\mathrm{H_2}] از مقدار اولیه کمتر است.

ت) گرماده. نمودار نشان می‌دهد با افزایش دما، درصد مولی آمونیاک کم می‌شود؛ یعنی با گرم کردن، تعادل در جهت برگشت جابه‌جا شده است. طبق اصل لوشاتلیه، افزایش دما تعادل را به سمت مصرف گرما (سمت گرماگیر) می‌برد؛ پس واکنش برگشت گرماگیر و واکنش رفت (تولید آمونیاک) گرماده است.

این پاسخ مفید بود؟