Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid

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)

Når 2 mol sinksulfid reagerer med 3 mol oksygengass er entalpiendringen, $Δ H$ , lik $- 883 k J$ .

Kalkulator

Bruk termodynamiske data fra vedlegget til å:

vise at entropiendringen, $Δ S$ , er $- 147 J / K$ når 2 mol sinksulfid reagerer
undersøke 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 likevekten forskyves?

Kalkulator

Etter en stund oppnår systemet likevekt. Hva er konsentrasjonen av NO i beholderen nå?

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.

$x = 0,11 m o l / L$ og $[NO] = 1,6 m o l / L$

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. La $x$ være hvor mye konsentrasjonen av $S O_{3}$ og $NO$ avtar (i mol/L). Siden alle koeffisientene er 1, øker $[S O_{2}]$ og $[N O_{2}]$ like mye:

	$S O_{2}$	$N O_{2}$	$S O_{3}$	$NO$
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

Vi ganger ut og samler leddene:

\begin{matrix} (1,3 - x) (1,7 - x) & = 7,2 \cdot (0,20 + x) (0,75 + x) \\ x^{2} - 3,0 x + 2,21 & = 7,2 x^{2} + 6,84 x + 1,08 \\ 0 & = 6,2 x^{2} + 9,84 x - 1,13 \end{matrix}

Vi løser andregradslikningen med abc-formelen:

x = \frac{- 9,84 \pm \sqrt{{9,84}^{2} - 4 \cdot 6,2 \cdot (- 1,13)}}{2 \cdot 6,2} = \frac{- 9,84 \pm 11,17}{12,4}

Det gir $x \approx 0,108$ eller $x \approx - 1,69$ . Løsningen $x = - 1,69$ gir negativ konsentrasjon av $S O_{2}$ ( $0,20 - 1,69 < 0$ ) og må forkastes. Altså er $x = 0,11 m o l / L$ .

Konsentrasjonen av NO ved likevekt blir

[NO] = (1,7 - 0,108) m o l / L = 1,59 m o l / L \approx 1,6 m o l / L

Kontroll: $\frac{1,1925 \cdot 1,5925}{0,3075 \cdot 0,8575} = 7,20$ , som stemmer med $K$ .

Sensorveiledning

50 %: Riktig beregning av entropiendring
25 %: Riktig beregnet $Δ G$ [ $- 839 k J$ ]
25 %: Riktig konklusjon av spontanitet basert på den beregnede $Δ G$
* Rettelse i oppg.tekst kl 11:30. Feil navn på reaktant og feil verdisiffer på bokmålsversjonen. Sensuren må ta hensyn til denne feilen.

25 %: Riktig likevektsuttrykk
50 %: Riktig utregning [ $Q = 14,7$ ]
25 %: Riktig konklusjon med begrunnelse [venstre]

50 %: Riktig ligning
25 %: Riktig x-verdi [ $0,11$ ]
25 %: Riktig konsentrasjon: $[NO] = 1,6 m o l / L$

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2024. 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 V2024, del 2, oppgave 6
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk, Likevekt

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid

Sinksulfid, entropi og likevekt med svoveldioksid

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer