פתרון ממ"ן 13
שאלה 1
א.      נתון הכושר של יוני המתכות לחמצן: Al3+(aq) > Mg2+(aq) Ag+(aq) >.
הכושר לחזר של המתכות יהיה בהכרח הפוך: Al(s) < Mg(s) Ag (s) <.                                 i.            לא, אי אפשר. כושרו של האלומיניום, Al(s), לחזר גדול מזה של הכסף Ag(s). לכן, מתכת האלומיניום תגיב בתגובת חמצון-חיזור עם יוני הכסף Ag+(aq). תתרחש התגובה: Al(s)+3Ag+(aq)àAl3+(aq)+3Ag(s)√ - שאלה 2 א.      לכל תגובה יש מחסום אנרגטי הקרוי אנרגיית הפעלה אותו יש לעבור בכדי שהתגובה תתרחש. הניצוץ מספק למערכת את האנרגיה הדרושה בכדי לעבור את המכשול הזה ולהפעיל את התגובה. √ ב.      אנטרופיה היא מדד לאי סדר במערכת, והיא מושפעת ממספר גורמים, ביניהם מורכבות המולקולה (כשמדובר במולקולות במצב צבירה גזי בלבד, כמו במקרה הנ"ל). ככל שחלקיק גזי מורכב יותר (יותר סוגי אטומים מרכיבים את המולקולה) ואו גדול (מסה מולרית גדולה יותר) יותר כך יש לו דרגות החופש רבות יותר, יש לו יותר אפשרויות תנועה, כלומר אי סדר גדול יותר, ולכן אנטרופיה גדולה יותר. ל NO2(g) יש את המסה המולרית הגדולה ביותר (46 גרם/מול), והמורכבות הרבה ביותר (שני סוגי אטומים לעומת סוג אחד בחומרים האחרים), ולכן האנטרופיה שלו תהיה הגדולה ביותר. למולקולת החמצן מסה מולרית של 32 גרם למול ולמולקולת החנקן מסה מולרית של 2 8 גרם למול. כלומר, מולקולת החמצן גדולה יותר, יש לה יותר אלקטרונים, מטען גרעיני גדול יותר ולכן יותר אפשרויות סידור ותנועה ואנטרופיה גדולה מזו של החנקן. לסיכום: SNO2(g) > SO2(g) > SN2(g)√ ג.        המערכת הגיעה לשיווי משקל תוך
5 דקות. מצב של שיווי משקל זהו מצב של שיווי משקל דינמי – התגובות בשני הכיוונים ממשיכות להתרחש, אך הקצב שלהן זהה וריכוז המגיבים והתוצרים נשאר קבוע…
שאלה 3
א.      מהירות התגובה תגדל. ככל שריכוז המגיבים גדול יותר, עולה מספר ההתנגשויות ומספר ההתנגשויות הפוריות, וכמות התוצרים עולה. √ ב.      מהירות התגובה תקטן. ככל שהטמפרטורה של מרכיבי המערכת נמוכה יותר, האנרגיה הקינטית של המולקולות נמוכה יותר, יש פחות התנגשויות בין מולקולות ועוצמת ההתנגשויות חלשה יותר, ולכן לפחות מולקולות יש אנרגיה מספקת לעבור את אנרגיית ההפעלה ומספר ההתנגשויות הפוריות קטן ומהירות התגובה קטנה. √ ג.        אם יוסיפו זרז לכלי התגובה לאחר שהמערכת הגיעה לשיווי משקל מהירות התגובה לקבלת NO2(g) תגדל. הזרז מגביר את מהירות שתי התגובות: הן התגובה הישירה והן ההפוכה. הוא יוצר מסלול תגובה שונה עם אנרגיית הפעלה נמוכה יותר וכך מאפשר ליותר מולקולות להגיב. √ ד.      –
שאלה 4
א.      לחץ גבוה. מספר המולים במגיבים הוא 4 בעוד מספר מולי התוצר הוא 2. בעקבות העלאת הלחץ יעלה ריכוז כל מרכיבי המערכת. בעקבות עליית הלחץ המערכת שואפת להקטנתו ולכן שיווי המשקל נוטה לכיוון בו יש פחות מולקולות – התוצרים, תיווצר יותר אמוניה.
√ ב.      טמפרטורות נמוכות. זהו תהליך אקסותרמי, כלומר נפלט בו חום. כאשר הטמפ' נמוכות המערכת תשאף להעלות את הטמפ', זאת היא תעשה על ידי הגברת התגובה הישירה שכאמור יוצרת חום, ואמוניה. √ ג.       
1 .
הוספת קטליזטור: קטליזטור זהו חומר המגביר את קצב התגובה על ידי יצירת מסלול תגובה שונה עם אנרגיית אקטיבציה נמוכה יותר, וכך מאיץ את התגובה ומאפשר ליותר מולקולות להגיב. √
2 . העלאת טמפרטורה: ככל שהטמפרטורה של המערכת גבוהה יותר כך לחלקיקים יש אנרגיה קינטית גבוהה יותר, מה שמעלה את מספר ועוצמת ההתנגשויות, כך שליותר חלקיקים יש אנרגיה המספיקה לעבור את אנרגיית ההפעלה ויש יותר התנגשויות פוריות. √
3 .  –
שאלה 5
א.      i. F2 הוא המחמצן החזק ביותר. √ ii. Ca הוא המחזר החזק ביותר. √ iii. ניתן לחזר F2, H+  על ידי תגובה עם Mg.√ ב. i. כן, התגובה תתרחש. בתגובה זו יון הכסף הוא המחמצן, ומתכת הנחושת היא המחזר. למתכת הנחושת – יותר. √