Entropi, spontanitet og likevekt for fosforpentaklorid

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

Fosforpentaklorid, $P C l_{5}$ , dannes fra fosfortriklorid, $P C l_{3}$ , i en likevektsreaksjon.

P C l_{3} (g) + C l_{2} (g) ⇌ P C l_{5} (g), Δ H = - 87,9 k J / m o l

Tabell 1: Entropiverdier

Stoff	$S$ , $J / (K \cdot m o l)$
$P C l_{3} (g)$	$311,7$
$C l_{2} (g)$	$223,1$
$P C l_{5} (g)$	$364,2$

Kalkulator

Beregn entropiendringen for reaksjonen. Kommenter svaret.

Kalkulator

Vurder om reaksjonen er spontan ved $25 ° C$ .

Kalkulator

Likevektskonstanten, $K = 575 {(m o l / L)}^{- 1}$ ved $150 ° C$ . Vi blander $0,10 m o l$ av hver av de tre gassene i en beholder på $1,0 L$ . Beregn konsentrasjonen av de tre gassene ved likevekt.

Fasit

$Δ S = - 170,6 J / (K \cdot m o l)$ . Negativ fordi 2 mol gass blir til 1 mol gass.

$Δ G = - 37,1 k J / m o l$ , så reaksjonen er spontan ved $25 ° C$ .

$[P C l_{3}] = [C l_{2}] = 0,018 m o l / L$ og $[P C l_{5}] = 0,18 m o l / L$

LøsningsforslagKI-generert

\begin{matrix} Δ S & = S (P C l_{5}) - (S (P C l_{3}) + S (C l_{2})) \\ = 364,2 J / (K \cdot m o l) - (311,7 + 223,1) J / (K \cdot m o l) \\ = - 170,6 J / (K \cdot m o l) \end{matrix}

Entropien avtar. På venstre side er det 2 mol gass, på høyre side 1 mol gass. Færre gassmolekyler gir mindre uorden. Derfor er $Δ S$ negativ.

Reaksjonen er spontan når $Δ G < 0$ . Vi bruker $T = 298 K$ og $Δ S = - 0,1706 k J / (K \cdot m o l)$ .

\begin{matrix} Δ G & = Δ H - T Δ S \\ = - 87,9 k J / m o l - 298 K \cdot (- 0,1706 k J / (K \cdot m o l)) \\ = - 87,9 k J / m o l + 50,8 k J / m o l \\ = - 37,1 k J / m o l \end{matrix}

$Δ G$ er negativ, så reaksjonen er spontan ved $25 ° C$ . Den negative entropiendringen motvirker, men $Δ H$ er så negativ at den dominerer ved denne temperaturen.

Startkonsentrasjonen er $0,10 m o l / L$ for alle tre gassene. Vi regner først ut reaksjonskvotienten:

Q = \frac{[P C l_{5}]}{[P C l_{3}] [C l_{2}]} = \frac{0,10}{0,10 \cdot 0,10} {(m o l / L)}^{- 1} = 10 {(m o l / L)}^{- 1}

$Q < K$ , så reaksjonen går mot høyre før likevekt er nådd. La $x$ være konsentrasjonen av $P C l_{5}$ som dannes.

	$P C l_{3}$	$C l_{2}$	$P C l_{5}$
Start (mol/L)	$0,10$	$0,10$	$0,10$
Endring (mol/L)	$- x$	$- x$	$+ x$
Likevekt (mol/L)	$0,10 - x$	$0,10 - x$	$0,10 + x$

K = \frac{0,10 + x}{{(0,10 - x)}^{2}} = 575

Vi ganger ut og ordner likningen:

\begin{matrix} 0,10 + x & = 575 \cdot (0,010 - 0,20 x + x^{2}) \\ 575 x^{2} - 116 x + 5,65 & = 0 \end{matrix}

Med abc-formelen:

x = \frac{116 \pm \sqrt{116^{2} - 4 \cdot 575 \cdot 5,65}}{2 \cdot 575} \Rightarrow x = 0,0822 \lor x = 0,1195

$x = 0,1195$ gir negativ konsentrasjon av $P C l_{3}$ og $C l_{2}$ , så den forkaster vi. Altså er $x = 0,0822$ .

\begin{matrix} [P C l_{3}] = [C l_{2}] & = (0,10 - 0,0822) m o l / L = 0,018 m o l / L \\ [P C l_{5}] & = (0,10 + 0,0822) m o l / L = 0,18 m o l / L \end{matrix}

Kontroll: $\frac{0,1822}{{0,0178}^{2}} \approx 575$ .

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2023. 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 H2023, 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

Entropi, spontanitet og likevekt for fosforpentaklorid

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Entropi, spontanitet og likevekt for fosforpentaklorid

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Entropi, spontanitet og likevekt for fosforpentaklorid

Entropi, spontanitet og likevekt for fosforpentaklorid

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer