Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid Kjemi 2 E26

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Sinkoksid, $ZnO$ , blir dannet når sinksulfid $ZnS$ reagerer med oksygen, $O_{2}$ :

2 Z n S (s) + 3 O_{2} (g) \to 2 Z n O (s) + 2 S O_{2} (g) Δ H_{r} = - 883 k J / m o l

Kalkulator

Bruk termodynamiske data fra vedlegget til å vise at entropiendringen, $Δ S$ , er $- 147 J / K$ når $2,0 m o l$ sinksulfid reagerer, og finn ut om reaksjonen skjer spontant ved $25 ° C$ .

Svoveldioksid, $S O_{2}$ , reagerer videre i en ny beholder:

S O_{2} (g) + N O_{2} (g) ⇌ S O_{3} (g) + N O (g)

Likevektskonstanten $K$ for denne reaksjonen ved en bestemt temperatur er $7,2$ .

I beholderen er det

$0,20 m o l / L S O_{2}$
$0,75 m o l / L N O_{2}$
$1,3 m o l / L S O_{3}$
$1,7 m o l / L N O$

Kalkulator

Vis at det ikke er likevekt i beholderen. Hvilken vei vil reaksjonen forskyves?

Kalkulator

Sett opp likningen du kan bruke for å finne konsentrasjonene ved likevekt.

Ved likevekt har konsentrasjonen av $S O_{2}$ endret seg til $0,31 m o l / L$ . Regn ut konsentrasjonene til de andre stoffene ved likevekt.

Fasit

$Δ S = - 147 J / K$ og $Δ G = - 839 k J$ . Siden $Δ G < 0$ , skjer reaksjonen spontant ved $25 ° C$ .

$Q = 14,7$ . Siden $Q > K = 7,2$ , er det ikke likevekt, og likevekten forskyves mot venstre.

1) $\frac{(1,3 - x) (1,7 - x)}{(0,20 + x) (0,75 + x)} = 7,2$

$[N O_{2}] = 0,86 m o l / L$ , $[S O_{3}] = 1,19 m o l / L$ og $[NO] = 1,59 m o l / L$

LøsningsforslagKI-generert

Entropiendring. Vi bruker standard entropi, $S^{\circ}$ , fra tabellen over termodynamiske data i vedlegget:

$Z n S (s)$ : $57,7 J / (m o l \cdot K)$
$O_{2} (g)$ : $205,2 J / (m o l \cdot K)$
$Z n O (s)$ : $43,9 J / (m o l \cdot K)$
$S O_{2} (g)$ : $248,1 J / (m o l \cdot K)$

Entropiendringen er summen av entropien til produktene minus summen av entropien til reaktantene, ganget med koeffisientene i reaksjonslikningen:

\begin{matrix} Δ S & = (2 \cdot S^{\circ} (ZnO) + 2 \cdot S^{\circ} (S O_{2})) - (2 \cdot S^{\circ} (ZnS) + 3 \cdot S^{\circ} (O_{2})) \\ = (2 \cdot 43,9 + 2 \cdot 248,1) J / K - (2 \cdot 57,7 + 3 \cdot 205,2) J / K \\ = 584,0 J / K - 731,0 J / K \\ = - 147 J / K \end{matrix}

Entropien avtar fordi 3 mol gass blir til 2 mol gass.

Spontanitet. Vi regner ut Gibbs fri energi ved $T = 298 K$ . Entropiendringen må gjøres om til kJ/K: $Δ S = - 0,147 k J / K$ .

\begin{matrix} Δ G & = Δ H - T \cdot Δ S \\ = - 883 k J - 298 K \cdot (- 0,147 k J / K) \\ = - 883 k J + 43,8 k J \\ = - 839 k J \end{matrix}

Siden $Δ G < 0$ , skjer reaksjonen spontant ved $25 ° C$ . Entropien avtar, men reaksjonen er så sterkt eksoterm at entalpileddet dominerer.

Likevektsuttrykket for reaksjonen er

K = \frac{[S O_{3}] \cdot [NO]}{[S O_{2}] \cdot [N O_{2}]}

Vi setter inn konsentrasjonene i beholderen og regner ut reaksjonskvotienten $Q$ :

Q = \frac{1,3 \cdot 1,7}{0,20 \cdot 0,75} = \frac{2,21}{0,15} = 14,7

Siden $Q = 14,7 \neq K = 7,2$ , er det ikke likevekt i beholderen. $Q$ er større enn $K$ , altså er det for mye produkter i forhold til reaktanter. Systemet når likevekt ved at noe $S O_{3}$ og $NO$ reagerer tilbake til $S O_{2}$ og $N O_{2}$ , slik at $Q$ minker. Likevekten forskyves derfor mot venstre.

Fra b vet vi at reaksjonen går mot venstre. Vi kaller endringen i konsentrasjon for $x$ . Da øker $[S O_{2}]$ og $[N O_{2}]$ med $x$ , mens $[S O_{3}]$ og $[NO]$ minker med $x$ , fordi alle koeffisientene er 1.

	$S O_{2}$	$N O_{2}$	$S O_{3}$	$NO$
Start (mol/L)	$0,20$	$0,75$	$1,3$	$1,7$
Endring (mol/L)	$+ x$	$+ x$	$- x$	$- x$
Likevekt (mol/L)	$0,20 + x$	$0,75 + x$	$1,3 - x$	$1,7 - x$

Vi setter likevektskonsentrasjonene inn i likevektsuttrykket:

\frac{(1,3 - x) (1,7 - x)}{(0,20 + x) (0,75 + x)} = 7,2

$[S O_{2}]$ har økt fra $0,20 m o l / L$ til $0,31 m o l / L$ , så $x = 0,11 m o l / L$ .

\begin{matrix} [N O_{2}] & = 0,75 m o l / L + 0,11 m o l / L = 0,86 m o l / L \\ [S O_{3}] & = 1,3 m o l / L - 0,11 m o l / L = 1,19 m o l / L \\ [NO] & = 1,7 m o l / L - 0,11 m o l / L = 1,59 m o l / L \end{matrix}

Kontroll: $\frac{1,19 \cdot 1,59}{0,31 \cdot 0,86} = 7,1$ , som stemmer med $K = 7,2$ når vi tar hensyn til avrundingen i $0,31 m o l / L$ .

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 E2026. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 E2026, del 2, oppgave 7
Del: Del 2, kalkulator og skriftlige hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Enkel vitenskapelig kalkulator
Trykte hjelpemidler og egne notater på papir
Ikke datamaskin, CAS, graftegner eller regneark.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk, Likevekt

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid Kjemi 2 E26

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid Kjemi 2 E26

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid Kjemi 2 E26

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid Kjemi 2 E26

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer