If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:12:23

Изпит по химия 2015 AP, въпроси със свободен отговор

Видео транскрипция

Тъй като при 298 келвина не се наблюдава реакция на дехидратация, един ученик твърди, че реакцията има равновесна константа, която е по-малка от 1,00 при 298 К. Термодинамичните данни подтвърждават ли твърдението на ученика? Обоснови отговора си, включително изчисли промяната на свободната енергия на Гибс от стандартна до тази при 298 К за реакцията. Първо да разгледаме твърдението на ученика. Той твърди, че понеже при 298 К не се наблюдава реакция, това е при тази температура... Ученикът твърди, че реакцията има равновесна константа, която е по-малка от 1,00 при 298 К. Това е неговото твърдение. Ако равновесната константа или свободната енергия на Гибс са ти напълно непознати, съветвам те да видиш видеата в Кан Академията, в които разглеждаме свободна енергия на Гибс и равновесна константа. Ако са ти познати, но не помниш формулите, които дават връзка между елементите, дадени в задачата, и как да изчислиш ∆G, или как да стигнеш от ∆G до равновесната константа и и да намериш дали равновесната константа е по-голяма от 1 или по-малка от 1, или равна на 1. Хубавото тук е, че са дадени всички необходими формули. Те са на първата страница на раздела със задачи със свободен отговор на изпита. Само трябва да познаеш кои ти трябват и какво да правиш с тях. Нека първо да помислим как да изчислим ∆G с дадената ни информация. Ако отидеш на първата страница, формулите са дадени. И даже може да се сетиш как да намериш дали реакцията е спонтанна или не е и как да изчислиш ∆G за тази температура, промяната на ентропията, или промяната на енталпията. Имаш формулата ето тук. Аз просто копирах това от формуляра за изпита. Значи те ни дават промяната на енталпията за тази реакция. Дават ни температурата, 298 К. Дават ни промяната на ентропията за реакцията. Това е промяната на стандартната ентропия, промяната на стандартната енталпия за реакцията. И като ги използваме, можем да намерим ∆G. И ти се чудиш дали това е правилно, дали е по-голямо от нула. Това означава, че реакцията не е спонтанна, което изглежда е и случаят тук. А как можем да стигнем от ∆G до равновесната константа? Дадено е, че ∆G е равно на това нещо тук, второто. И това е връзката на ∆G и равновесната константа. Ние знаем нещичко за R и Т. По-точно знаем техните стойности, ако са ни нужни. Затова нека се захващаме и да използваме тези формули. Нека първо обаче да запиша информацията, която е дадена. Каква е промяната на стандартната енталпия? Трябва да я намерим. Трябва да намерим промяната на стандартната ентропия. Знаем температурата. Тя е 298 келвина. И за R ще мислим по-късно, ако се наложи. Тук горе, където е дадена реакцията, е дадена също промяната на стандартната енталпия и промяната на стандартната ентропия при 298 келвина. Това е много добре. Промяната в енталпията е 45,5 килоджаула за мол. Промяната на стандартната ентропия е 126 джаула за калвин мол. Интересно. Това е в килоджаули, това е в джаули. Но аз искам да ползваме еднакви мерни единици. Ще обърна всичко в джаули. Това е равно на 45 500 джаула на мол от реакцията. Нека да го запиша, това са 45 500, а това са 126 джаула за келвин мол. Това тук са 45 500 джаула за мол. Това са 126 джаула за келвин мол. Сега да намерим колко е ∆G. ∆G ще бъде равно на... Промяната в енталпията е 45 500 джаула за мол, минус температурата, 298 келвина. По промяната в ентропията. Тя е 126 джаула за келвин мол. Обърни внимание, че тези келвини се съкращават. Единиците са джаул за мол. Сега да намерим разликата. Нека да взема калкулатора. Това ще бъде... Първо ще умножа тези двете. Имаме 298 по 126 е равно на това. Сега ще извадя това от 45 500, ще стане отрицателно И го добавям към 45 500, което е равно на равно е на 7 952. Колко значещи цифри ми трябват? Изглежда, че навсякъде има три значещи цифри. Значи искаме три значещи цифри. Можем да запишем 7900 или приблизително 7950. Значи ∆G е приблизително 7950 джаула за мол. Понеже е по-голямо от 0, това означава, че процесът ще е спонтанен при тази температура. Това съответства на наблюденията. Това винаги е добра проверка. Дали нещата, които наблюдаваш, съответстват на описаното във въпроса. ∆G > 0 съответства на описаната реакция. Дали реакцията е спонтанна или не е? Не е спонтанна. Не е спонтанна при 298 келвина. Във видеата в Кан Академия за свободната енергия на Гибс разглеждаме това много подробно. Но накратко, един начин да го разглеждаш, е че това е енергията, промяната в енергията показва какво е на разположение за извършване на работа. Ако по време на реакцията свободната енергия на Гибс се увеличава, това означава, че продуктите имат повече енергия за извършване на работа. Значи трябва да се внесе работа, за да протече реакцията. Ако ∆G е отрицателно, това означава, че продуктите имат по-малко енергия за извършване на работа от реагентите. Това означава, че тази енергия ще бъде отделена. Може да се извърши работа, значи е спонтанна реакция. Това е 1, то е по-голямо от 0. Значи процесът не е спонтанен. Но това не отговаря на въпроса. Но трябва да докажем това твърдение, че реакцията има равновесна точка по-малка от 1 при 298 келвина. За щастие ни е дадена формулата, която свързва ∆G с равновесната константа. Ние знаем и други неща. Знаем R и Т. Но може би те не ни трябват. Защото не се иска да изчисляваме равновесната константа. Искат просто да докажем, че тя е по-малко от едно. Ако вземем 7950 джаула за мол, това е равно на минус RT по натурален логаритъм от равновесната константа, и можем да намерим равновесната константа. Ако разделим двете страни на –RT, Ше получим натурален логаритъм. Просто ще напиша натурален логаритъм от равновесната константа, което ще бъде равно на 7950 джаула за мол върху минус RT. Или можем да кажем, че Е е... На каква степен повдигам Е, за да получа К? Можем да кажем, че Е на степен –7950 джаула за мол върху RT ще бъде равно на К. Това можем да го пресметнем. Знаем кое R да използваме. Имаме джаули и молове. Затова ни трябва първата газова константа, ето я тук, 8,314 джаула за мол келвин. Но ние дори не трябва да го правим, защото просто искаме да докажем, че К ще бъде по-малко от едно. Какво става, ако повдигнем Е на отрицателна степен? Това ще бъде отрицателна степен. Това е положително, това е положително и това е положително. Знаме, че 298 К е положително. Така че целият степенен показател ще бъде отрицателен. Така, отрицателен. Значи К е равна на Е на някаква отрицателна степен. Това е малко странно, пиша знак минус и после отрицателно число. Е на отрицателна степен. Това трябва да е по-малко от 1. Спомни си, че ако степента е нула, Е на нулева степен е едно, Е на положителна степен е по-голямо от едно. Е на отрицателна степен е по-малко от едно. Тук трябва да внимаваш не по-малко от нула, а по-малко от едно. Всъщност не можеш да получиш по-малко от нула. Това ще бъде по-малко от едно. И това вече е потвърждение на твърдението на ученика. Ако искаш, можеш да пресметнеш това. Можеш да кажеш, че К е равно на Е на степен минус 7950 джаула за мол върху R. Което е колко? 8,314 джаула за мол келвин. 8,314 джаула за мол келвин по 298 келвина. Тези се съкращават и джаули за мол делим на джаули за мол. Тези се съкращават. И получаваме нашия резултат. Нека все пак да го сметна. Просто за да сме сигурни. Както виждаш, това е безразмерна величина. Равновесните константи са безразмерни величини. Това е забавно, ще получим... Първо може да сметнем знаменателя. Имаме 8,314 по 298. Равно е на това. Но трябва да разделим на това. Затова ще взема реципрочната му стойност и ще умножа по 7950. Получавам това. Сега трябва да повдигна Е на тази степен със знак минус. Сменям знака и повдигам Е на тази степен. Повдигам Е на тази степен. Натискам този бутон и го получавам. Това е приблизително 0, 404. Предполагам, можем да кажем просто 404. Получавам приблизително 0,404. Приблизително, и вече забравих числото, имам лоша памет, 0,0404. 0,0404. Правилата за значещите цифри стават доста объркани, когато работим със степени. но тук не се иска да изчислим точната стойност, но това ни дава възможност да видим, че равновесната константа със сигурност е по-малка от едно.