מפתח תשובות · יחידה 8

שיווי משקל כימי.

שאלות התרגול של כל שיעור, התשובות הנכונות שלהן והטעויות שהן מזהות. תשובות שנקראות מהסצנה משתמשות באותה הגדרה שהלומדים רואים.

קטלוג הטעויות הנפוצות

מפתח תשובות 4

שיעור 1 מתוך 4 · כ־20 דקות

תגובות הפיכות

תגובה שרצה לשני הכיוונים ולא מגיעה לסוף: גז חום שמתחבר בזוגות ומתפרק בחזרה, עד שהתערובת מפסיקה להשתנות.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
לשני הכיוונים
תרגול · בחרו
השאלה
אוטמים בבקבוק $\mathrm{NO_2}$ ⁠, גז חום. מולקולות $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מתחברות בזוגות ל־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, גז חסר צבע, וכל זוג יכול גם להתפרק בחזרה: $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠. מה יהיה בבקבוק אחרי שעה?

התשובה הנכונה
- נכונה תערובת של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ושל $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ שכבר לא משתנה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
התחלה
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה תערובת של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ושל $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ שכבר לא משתנה
- שגויה רק $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠: כל ה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ יתחבר
  טעות נפוצה: Thinks every reaction runs until one reactant is used up, even a reversible one.
  משוב מהקטלוג
  בתגובה הפיכה התוצר יכול להתפרק בחזרה למגיבים. ככל שנוצר יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, כך יותר ממנו מתפרק בכל שנייה, עד שההתפרקות משתווה להתחברות. מאותו רגע הכמויות לא משתנות, ובבקבוק נשארים גם $\mathrm{NO_2}$ ⁠ וגם $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
- שגויה רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠: כל זוג שנוצר יתפרק
  משוב
  זוגות אכן מתפרקים, אבל באותו זמן נוצרים חדשים. כל עוד יש $\mathrm{NO_2}$ ⁠, חלק ממנו מתחבר.
משוב לתשובה נכונה
תגובה הפיכה לא מגיעה לסוף: היא מגיעה לשיווי משקל, תערובת של מגיבים ותוצרים שהכמויות בה קבועות. בסצנה הבקבוק מתבהר, אבל לא הופך שקוף.

רמז
החץ הכפול, $\rightleftharpoons$ ⁠, אומר שהתגובה רצה לשני הכיוונים.

פתרון מלא
1. בהתחלה יש רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ולכן רק התחברות קורית.
2. כשמצטבר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, הוא מתחיל להתפרק בחזרה, ובקצב שגדל ככל שיש ממנו יותר. ההתחברות מאטה, כי ה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מתמעט.
3. כשהקצבים משתווים, כמה שנוצר כל כך מתפרק, והתערובת מפסיקה להשתנות.
אם בחרתם “רק $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠”, חשבתם על תגובה שרצה רק קדימה, כמו בעירה. תגובה הפיכה מתייצבת באמצע.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
לצפות בצבע
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
זמן על התחלה, רגע האטימה: הבקבוק חום כולו. מה יקרה לצבע כשהזמן יתקדם?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יתבהר עד גוון מסוים, ואז יישאר כך
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
התחלה
האפשרויות
- נכונה הוא יתבהר עד גוון מסוים, ואז יישאר כך
- שגויה הוא יתבהר עד שהבקבוק יהיה שקוף
  טעות נפוצה: Thinks every reaction runs until one reactant is used up, even a reversible one.
  משוב מהקטלוג
  בתגובה הפיכה התוצר יכול להתפרק בחזרה למגיבים. ככל שנוצר יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, כך יותר ממנו מתפרק בכל שנייה, עד שההתפרקות משתווה להתחברות. מאותו רגע הכמויות לא משתנות, ובבקבוק נשארים גם $\mathrm{NO_2}$ ⁠ וגם $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
- שגויה הוא לא ישתנה
  משוב
  ההתחברות מהירה מאוד: ברגע הראשון יש רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠, והוא מתחבר מיד.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
ואז הסצנה מראה: 23.88 · Share of the nitrogen in brown NO₂, per cent/nodes/flask/outputs/no2Percent
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
הצבע מתבהר ונעצר: כ־ $24\%$ ⁠ מהחנקן נשאר ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ החום, והשאר ב־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ חסר הצבע. בגרף הריכוזים שני הקווים משתטחים.

פתרון מלא
1. בהתחלה רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ולכן הוא מתחבר במהירות והצבע דוהה.
2. ככל שנוצר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ההתפרקות שלו מחזירה $\mathrm{NO_2}$ ⁠.
3. בשיווי משקל ההתחברות וההתפרקות שוות, והצבע נשאר קבוע, חום בהיר.
אם ניבאתם שהבקבוק יהיה שקוף, התייחסתם לתגובה כאילו היא רצה רק קדימה.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
לספור חנקן
תרגול · חשבו
השאלה
אטמו 40 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠. בשיווי משקל הגרף מראה כ־15.2 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. כמה $\mathrm{NO_2}$ ⁠ נשאר?

התשובה הנכונה
9.551 mmol/L ± 0.3 mmol/L
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
מתקבלת בטווח
± 0.3 mmol/L
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
NO₂ concentration (mol/m³ is mmol/L)/nodes/flask/outputs/no2
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 24.8 mmol/L ± 0.3 mmol/L
  טעות נפוצה: Forgets that each N₂O₄ took two NO₂, subtracting one NO₂ for each N₂O₄ formed.
  משוב מהקטלוג
  כל מולקולת $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ נוצרת משתי מולקולות $\mathrm{NO_2}$ ⁠: $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠. לכן כשנוצרים 15 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ יורד ב־30 mmol/L. בדקו בעזרת החנקן: $[\mathrm{NO_2}] + 2[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠ תמיד שווה למה שנאטם בהתחלה.
משוב לתשובה נכונה
$40 - 2 \times 15.2 = 9.6$ ⁠, כלומר כ־9.6 mmol/L: הקו החום בגרף. החנקן נשמר: $9.6 + 2 \times 15.2 = 40$ ⁠.

רמז
כל מולקולת $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ לקחה שתי מולקולות $\mathrm{NO_2}$ ⁠.

פתרון מלא
1. $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠: כל $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ שנוצר צורך $2$ ⁠ $\mathrm{NO_2}$ ⁠.
2. נוצרו כ־ $15.2$ ⁠, ולכן נצרכו $2 \times 15.2 = 30.4$ ⁠.
3. נשארו $40 - 30.4 = 9.6\ \mathrm{mmol/L}$ ⁠.
אם עניתם $24.8$ ⁠, החסרתם $\mathrm{NO_2}$ ⁠ אחד לכל $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
יותר פנימה, יותר בחוץ
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
שנו את NO₂ שנאטם בבקבוק כך שבשיווי משקל יהיו בבקבוק 24 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 24 mmol/L ± 0.4 mmol/L
  בתחילת השלב: 15.22 mmol/L
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
נקרא מהסצנה בנקודה
N₂O₄ concentration (mol/m³ is mmol/L)/nodes/flask/outputs/n2o4
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
NO₂ שנאטם בבקבוק
60 mmol/L
הוספת NO₂
כבוי
משוב לתשובה נכונה
ב־60 mmol/L: 24 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ ו־12 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠. פי 1.5 חנקן לא נתן פי 1.5 מכל חומר: $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ גדל יותר, כי ההתחברות תלויה בריבוע של $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. הסתכלו על הקו הכחול בגרף הריכוזים.

רמז
עם 40 mmol/L יש 15.2. כדי לקבל יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, אטמו יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠, והסתכלו בגרף.

פתרון מלא
1. יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠ בהתחלה נותן יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ בשיווי משקל.
2. מנסים: ב־50 mmol/L יש כ־19.6; ב־60 mmol/L יש 24.0.
3. בדיקה: $12 + 2 \times 24 = 60$ ⁠, ו־ $\dfrac{0.024}{0.012^2} = 167$ ⁠, קרוב ל־ $K$ ⁠.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
מהצד השני
תרגול · בחרו
השאלה
במקום 40 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ אוטמים, באותה טמפרטורה, 20 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ טהור: אותה כמות חנקן. מה יהיה בבקבוק בשיווי משקל?

התשובה הנכונה
- נכונה אותה תערובת: כ־9.6 mmol/L $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ו־15.2 mmol/L $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה אותה תערובת: כ־9.6 mmol/L $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ו־15.2 mmol/L $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠
- שגויה רק $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠: התגובה יוצרת $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, לא מפרקת אותו
  טעות נפוצה: Thinks equilibrium can only be reached from the reactants, or that starting from the products gives a different mixture.
  משוב מהקטלוג
  שיווי משקל לא זוכר מאיפה התחיל. אם אוטמים $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ טהור עם אותה כמות חנקן, הוא מתפרק עד שהקצבים משתווים, ומגיע לאותה תערובת בדיוק: כי $K$ ⁠ תלוי רק בטמפרטורה, ו־ $\mathrm{NO_2 + 2 \times N_2O_4}$ ⁠ נשאר קבוע.
- שגויה תערובת אחרת, עם יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, כי התחלנו ממנו
  טעות נפוצה: Thinks equilibrium can only be reached from the reactants, or that starting from the products gives a different mixture.
  משוב מהקטלוג
  שיווי משקל לא זוכר מאיפה התחיל. אם אוטמים $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ טהור עם אותה כמות חנקן, הוא מתפרק עד שהקצבים משתווים, ומגיע לאותה תערובת בדיוק: כי $K$ ⁠ תלוי רק בטמפרטורה, ו־ $\mathrm{NO_2 + 2 \times N_2O_4}$ ⁠ נשאר קבוע.
משוב לתשובה נכונה
אותה תערובת. ה־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ מתפרק עד שהקצבים משתווים, ומגיע לאותה נקודה מהצד השני. שיווי משקל לא זוכר מאיפה הוא התחיל.

רמז
התגובה רצה לשני הכיוונים, ו־ $K$ ⁠ תלוי רק בטמפרטורה.

פתרון מלא
1. בהתחלה רק $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ולכן רק התפרקות: נוצר $\mathrm{NO_2}$ ⁠.
2. ככל שנוצר $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ההתחברות מתחזקת, עד שהיא שווה להתפרקות.
3. החנקן זהה, $K$ ⁠ זהה, ולכן גם התערובת: $\dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2} = K$ ⁠ ו־ $[\mathrm{NO_2}] + 2[\mathrm{N_2O_4}] = 40$ ⁠ נותנים פתרון אחד.

שיעור 2 מתוך 4 · כ־25 דקות

שיווי משקל דינמי

שני קצבים שנפגשים: למה שום דבר לא משתנה אף שהמולקולות לא עוצרות, מה שווה בשיווי משקל ומה לא, וקבוע שיווי המשקל K.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
שני קצבים
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
רגע אחרי האטימה ההתחברות מהירה פי 28 מההתפרקות. מה יקרה לשני הקצבים כשהזמן יתקדם?

התשובה הנכונה
- נכונה ההתחברות תאט, ההתפרקות תואץ, עד שיהיו שווים
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.04 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
- נכונה ההתחברות תאט, ההתפרקות תואץ, עד שיהיו שווים
- שגויה ההתחברות תאט עד שתיעצר, והתגובה תסתיים
  טעות נפוצה: Thinks the reactions stop once equilibrium is reached.
  משוב מהקטלוג
  בשיווי משקל שום דבר נראה לא משתנה, אבל המולקולות לא עוצרות: זוגות ממשיכים להיווצר ולהתפרק, באותו קצב בדיוק. זה שיווי משקל דינמי. בגרף הקצבים שני הקווים לא יורדים לאפס; הם נפגשים וממשיכים יחד.
- שגויה שניהם יישארו כמו שהם
  משוב
  הקצבים תלויים בריכוזים, והריכוזים משתנים: $\mathrm{NO_2}$ ⁠ נצרך ו־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ מצטבר.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
ואז הסצנה מראה: 1.035 · Forward (pairing) rate over back (splitting) rate; 1 at equilibrium/nodes/flask/outputs/rateRatio
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
בגרף הקצבים הקו הכתום יורד והקו הכחול עולה, עד שהם נפגשים: היחס בין הקצבים מגיע ל־ $1$ ⁠. מאותו רגע שניהם ממשיכים יחד, ואף אחד מהם לא יורד לאפס.

פתרון מלא
1. קצב ההתחברות יחסי ל־ $[\mathrm{NO_2}]^2$ ⁠, וה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מתמעט: הקצב יורד.
2. קצב ההתפרקות יחסי ל־ $[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠, שמצטבר: הקצב עולה.
3. הם נפגשים כשהם שווים, ואז הריכוזים מפסיקים להשתנות, ולכן גם הקצבים.
התגובה לא נעצרת: בכל שנייה עדיין נוצרים ומתפרקים מיליארדי זוגות, באותו מספר.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
המולקולות לא עוצרות
תרגול · בחרו
השאלה
הבקבוק בשיווי משקל, והצבע שלו כבר לא משתנה. מה עושות המולקולות?

התשובה הנכונה
- נכונה ממשיכות להתחבר ולהתפרק, באותו קצב
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה ממשיכות להתחבר ולהתפרק, באותו קצב
- שגויה הן הפסיקו להגיב: כל מה שיכול היה להתחבר התחבר
  טעות נפוצה: Thinks the reactions stop once equilibrium is reached.
  משוב מהקטלוג
  בשיווי משקל שום דבר נראה לא משתנה, אבל המולקולות לא עוצרות: זוגות ממשיכים להיווצר ולהתפרק, באותו קצב בדיוק. זה שיווי משקל דינמי. בגרף הקצבים שני הקווים לא יורדים לאפס; הם נפגשים וממשיכים יחד.
- שגויה רק מתפרקות, לאט מאוד
  משוב
  אם רק התפרקות הייתה קורית, ה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ היה מצטבר והבקבוק היה מחמיר בצבע.
משוב לתשובה נכונה
זה שיווי משקל דינמי: שני תהליכים הפוכים באותו קצב. בסצנה המולקולות ממשיכות להחליף בני זוג, ובגרף הקצבים שני הקווים נשארים מעל האפס, צמודים.

רמז
הסתכלו במולקולות עצמן בסצנה, ולא רק בצבע.

פתרון מלא
1. בשיווי משקל קצב ההתחברות שווה לקצב ההתפרקות.
2. בכל שנייה נוצרים כמה זוגות שמתפרקים, ולכן הכמויות לא משתנות.
3. המולקולות עצמן לא נחות: כל אחת עוברת שוב ושוב בין $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ל־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
מה שווה
תרגול · בחרו
השאלה
מה שווה בשיווי משקל?

התשובה הנכונה
- נכונה קצב ההתחברות וקצב ההתפרקות
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה קצב ההתחברות וקצב ההתפרקות
- שגויה הריכוז של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ והריכוז של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠
  טעות נפוצה: Thinks that at equilibrium the reactants and products are present in equal amounts.
  משוב מהקטלוג
  בשיווי משקל הקצבים שווים, לא הכמויות. ב־25 °C יש בבקבוק כ־9.5 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מול 15 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ובמים רותחים כמעט רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠. איפה התערובת מתייצבת קובע $K$ ⁠, והוא יכול להיות גדול מאוד או קטן מאוד.
- שגויה כמות החנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ וכמות החנקן ב־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠
  טעות נפוצה: Thinks that at equilibrium the reactants and products are present in equal amounts.
  משוב מהקטלוג
  בשיווי משקל הקצבים שווים, לא הכמויות. ב־25 °C יש בבקבוק כ־9.5 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מול 15 mmol/L של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ובמים רותחים כמעט רק $\mathrm{NO_2}$ ⁠. איפה התערובת מתייצבת קובע $K$ ⁠, והוא יכול להיות גדול מאוד או קטן מאוד.
משוב לתשובה נכונה
הקצבים. הריכוזים קבועים, אבל לא שווים: כאן 9.5 mmol/L $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מול 15.2 mmol/L $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. בגרף הקצבים הקווים נפגשים, ובגרף הריכוזים הם רק משתטחים.

רמז
השוו את שני הגרפים: באיזה מהם הקווים נפגשים?

פתרון מלא
1. בשיווי משקל קצב התגובה הקדמית שווה לקצב התגובה ההפוכה.
2. הריכוזים מפסיקים להשתנות, אבל כל אחד נשאר בערך שלו.
3. היחס ביניהם קבוע: $\dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2} = K$ ⁠, ו־ $K$ ⁠ יכול להיות כל מספר.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
קבוע שיווי המשקל
תרגול · חשבו
השאלה
ב־348 K הבקבוק התייצב על $[\mathrm{NO_2}] = 0.0284$ ⁠ ו־ $[\mathrm{N_2O_4}] = 0.0058$ ⁠, ב־mol/L. חשבו את קבוע שיווי המשקל, $K$ ⁠, ב־L/mol, ואז השוו לשורה שמתחת לגרף.

התשובה הנכונה
7.18 ± 3%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
348 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
מתקבלת בטווח
± 3%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Reaction quotient [N₂O₄]/[NO₂]², L/mol (equals K once settled)/nodes/flask/outputs/Q
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 0.204 ± 3%
  טעות נפוצה: Leaves the coefficients out of the equilibrium expression, writing [N₂O₄]/[NO₂] instead of [N₂O₄]/[NO₂]².
  משוב מהקטלוג
  בביטוי של $K$ ⁠ כל ריכוז מועלה בחזקת המקדם שלו בניסוח. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ המקדם של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ הוא $2$ ⁠, ולכן $K = \dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠. החזקה באה מכך שכל התחברות צריכה מפגש של שתי מולקולות $\mathrm{NO_2}$ ⁠.
- 0.139 ± 3%
  טעות נפוצה: Writes the equilibrium constant with the reactants on top and the products underneath.
  משוב מהקטלוג
  בקבוע שיווי המשקל התוצרים במונה והמגיבים במכנה: $K = \dfrac{[\text{products}]}{[\text{reactants}]}$ ⁠, כל אחד בחזקת המקדם שלו. לכן $K$ ⁠ גדול אומר שבשיווי משקל יש הרבה תוצר.
משוב לתשובה נכונה
$\dfrac{0.0058}{0.0284^2} = 7.2$ ⁠. ב־298 K הקבוע הוא כ־170: החימום הקטין אותו פי עשרים וארבעה, ולכן התערובת חומה הרבה יותר.

רמז
$K = \dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠.

פתרון מלא
1. הביטוי: $K = \dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠, כי המקדם של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ הוא $2$ ⁠.
2. $[\mathrm{NO_2}]^2 = 0.0284^2 = 8.07 \times 10^{-4}$ ⁠.
3. $K = \dfrac{0.0058}{8.07 \times 10^{-4}} = 7.2\ \mathrm{L/mol}$ ⁠.
אם יצא לכם $0.204$ ⁠, שכחתם את הריבוע. אם $0.139$ ⁠, הפכתם את השבר: התוצרים במונה.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
לאן תזוז התערובת
תרגול · בחרו
השאלה
זמן קצר אחרי האטימה השורה שמתחת לגרף מראה $Q = 52$ ⁠ ו־ $K = 170$ ⁠. לאן תזוז התערובת?

התשובה הנכונה
- נכונה לכיוון $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠: ההתחברות עדיין מהירה מההתפרקות
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.2 (התחלה → התייצבות)קבוע
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה לכיוון $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠: ההתחברות עדיין מהירה מההתפרקות
- שגויה לכיוון $\mathrm{NO_2}$ ⁠: $Q$ ⁠ קטן, ולכן התגובה הולכת אחורה
  טעות נפוצה: Reads Q below K as meaning the mixture will move back towards the reactants.
  משוב מהקטלוג
  $Q$ ⁠ בנוי כמו $K$ ⁠, מהריכוזים של עכשיו. כש־ $Q < K$ ⁠ יש עדיין פחות מדי תוצר ביחס לשיווי משקל, ולכן התגובה הקדמית מהירה יותר והתערובת מתקדמת לכיוון התוצרים, עד ש־ $Q$ ⁠ מגיע ל־ $K$ ⁠. כש־ $Q > K$ ⁠ היא נסוגה לכיוון המגיבים.
- שגויה לשום מקום: הבקבוק כבר בשיווי משקל
  משוב
  בשיווי משקל $Q = K$ ⁠. כאן $Q$ ⁠ קטן פי שלושה מ־ $K$ ⁠.
משוב לתשובה נכונה
כש־ $Q < K$ ⁠, יש פחות מדי $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, והתערובת ממשיכה לכיוונו עד ש־ $Q$ ⁠ מגיע ל־ $K$ ⁠. בגרף הקצבים הקו הכתום עדיין גבוה מהכחול.

רמז
$Q$ ⁠ נבנה כמו $K$ ⁠, מהריכוזים של עכשיו. $Q$ ⁠ קטן אומר: מעט תוצר ביחס למגיב.

פתרון מלא
1. $Q = \dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠ עכשיו, ו־ $K$ ⁠ הוא הערך שלו בשיווי משקל.
2. $Q = 52 < K = 170$ ⁠: המונה קטן מדי, או המכנה גדול מדי.
3. כדי ש־ $Q$ ⁠ יגדל, צריך יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠ ופחות $\mathrm{NO_2}$ ⁠: התגובה ממשיכה קדימה.
כלל אצבע: $Q < K$ ⁠ קדימה, $Q > K$ ⁠ אחורה, $Q = K$ ⁠ שיווי משקל.

שיעור 3 מתוך 4 · כ־25 דקות

עקרון לה שטלייה

מה קורה כשמפריעים לשיווי משקל: מוסיפים מגיב, מחממים או מקררים. המערכת זזה כך שתקטין את ההפרעה, ורק טמפרטורה משנה את K.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
להוסיף מגיב
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
הבקבוק בשיווי משקל, עם 9.5 mmol/L של $\mathrm{NO_2}$ ⁠. מזרק דוחף פנימה עוד $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ו־ $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ קופץ ל־29.5 mmol/L. מה יקרה אחר כך?

התשובה הנכונה
- נכונה חלק מה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ שנוסף יתחבר, ו־ $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ יתייצב בין 9.5 ל־29.5
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
- נכונה חלק מה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ שנוסף יתחבר, ו־ $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ יתייצב בין 9.5 ל־29.5
- שגויה כל התוספת תתחבר, ו־ $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ יחזור ל־9.5
  טעות נפוצה: Thinks that after a disturbance the system returns exactly to its old concentrations.
  משוב מהקטלוג
  עקרון לה שטלייה אומר שהמערכת מקטינה את השינוי, לא שהיא מבטלת אותו. אחרי שמוסיפים $\mathrm{NO_2}$ ⁠, חלק ממנו מתחבר, אבל בשיווי המשקל החדש יש יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מאשר לפני ההוספה, וגם יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. רק היחס $\dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠ חוזר להיות $K$ ⁠.
- שגויה שום דבר: הבקבוק כבר היה בשיווי משקל, ו־ $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ יישאר 29.5
  טעות נפוצה: Thinks the reactions stop once equilibrium is reached.
  משוב מהקטלוג
  בשיווי משקל שום דבר נראה לא משתנה, אבל המולקולות לא עוצרות: זוגות ממשיכים להיווצר ולהתפרק, באותו קצב בדיוק. זה שיווי משקל דינמי. בגרף הקצבים שני הקווים לא יורדים לאפס; הם נפגשים וממשיכים יחד.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
הוספת NO₂
פועל
זמן
התייצבות
ואז הסצנה מראה: 11.88 mmol/L · NO₂ concentration (mol/m³ is mmol/L)/nodes/flask/outputs/no2
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
$[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ מתייצב על כ־11.9 mmol/L: יותר מלפני, פחות מרגע הדחיפה. התערובת “נלחמה” בתוספת וזזה לכיוון $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, שעלה ל־24 mmol/L. זה עקרון לה שטלייה.

פתרון מלא
1. רגע אחרי הדחיפה $Q$ ⁠ קטן מאוד, כי המכנה, $[\mathrm{NO_2}]^2$ ⁠, גדל פי תשעה.
2. $Q < K$ ⁠, ולכן ההתחברות מהירה מההתפרקות, והתערובת זזה לכיוון $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
3. היא נעצרת כש־ $Q = K$ ⁠ שוב. זה קורה לפני שכל התוספת התחברה, כי גם $[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠ במונה עולה.
לכן המערכת מקטינה את השינוי ולא מבטלת אותו.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
אותו קבוע
תרגול · בחרו
השאלה
אחרי הדחיפה הבקבוק התייצב בשיווי משקל חדש, עם יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ויותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. מה קרה לקבוע שיווי המשקל, $K$ ⁠?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא לא השתנה: $Q$ ⁠ חזר לאותו $K$ ⁠
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
פועל
זמן
התייצבות
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הוא לא השתנה: $Q$ ⁠ חזר לאותו $K$ ⁠
- שגויה הוא גדל, כי יש יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠
  טעות נפוצה: Thinks adding a reactant or product changes the equilibrium constant.
  משוב מהקטלוג
  קבוע שיווי המשקל תלוי רק בתגובה ובטמפרטורה. הוספה של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ משנה את $Q$ ⁠, לא את $K$ ⁠, והתערובת זזה עד ש־ $Q$ ⁠ חוזר לאותו $K$ ⁠. רק שינוי טמפרטורה משנה את $K$ ⁠ עצמו.
- שגויה הוא קטן, כי יש יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠
  טעות נפוצה: Thinks adding a reactant or product changes the equilibrium constant.
  משוב מהקטלוג
  קבוע שיווי המשקל תלוי רק בתגובה ובטמפרטורה. הוספה של $\mathrm{NO_2}$ ⁠ משנה את $Q$ ⁠, לא את $K$ ⁠, והתערובת זזה עד ש־ $Q$ ⁠ חוזר לאותו $K$ ⁠. רק שינוי טמפרטורה משנה את $K$ ⁠ עצמו.
משוב לתשובה נכונה
$K$ ⁠ תלוי רק בטמפרטורה. הדחיפה שינתה את $Q$ ⁠, והתערובת זזה עד ש־ $Q$ ⁠ חזר לאותו $K$ ⁠: $\dfrac{0.0241}{0.0119^2} \approx 170$ ⁠, כמו קודם.

רמז
השוו את השורה שמתחת לגרף בהתייצבות, כשהוספת NO₂ כבויה וכשהיא פועלת.

פתרון מלא
1. $K$ ⁠ נקבע לפי התגובה והטמפרטורה, שלא השתנתה.
2. הדחיפה הורידה את $Q$ ⁠ מתחת ל־ $K$ ⁠, והתגובה רצה קדימה עד ש־ $Q = K$ ⁠.
3. בדיקה בשיווי המשקל החדש: $\dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2} = \dfrac{0.0241}{0.0119^2} = 170$ ⁠.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
רגע הדחיפה
תרגול · בחרו
השאלה
הוספת NO₂ פועלת וזמן על התחלה: רגע הדחיפה. איזה קצב קפץ, לפי גרף הקצבים?

התשובה הנכונה
- נכונה קצב ההתחברות, פי עשרה בערך; קצב ההתפרקות לא השתנה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
פועלקבוע
זמן
התחלהקבוע
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה קצב ההתחברות, פי עשרה בערך; קצב ההתפרקות לא השתנה
- שגויה שני הקצבים קפצו באותה מידה
  משוב
  ההתפרקות תלויה רק ב־ $[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠, והמזרק לא הוסיף $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. לכן היא לא קופצת.
- שגויה קצב ההתפרקות, כדי להיפטר מה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ העודף
  טעות נפוצה: Reads Q below K as meaning the mixture will move back towards the reactants.
  משוב מהקטלוג
  $Q$ ⁠ בנוי כמו $K$ ⁠, מהריכוזים של עכשיו. כש־ $Q < K$ ⁠ יש עדיין פחות מדי תוצר ביחס לשיווי משקל, ולכן התגובה הקדמית מהירה יותר והתערובת מתקדמת לכיוון התוצרים, עד ש־ $Q$ ⁠ מגיע ל־ $K$ ⁠. כש־ $Q > K$ ⁠ היא נסוגה לכיוון המגיבים.
משוב לתשובה נכונה
$[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ עלה פי שלושה, ולכן ההתחברות, שתלויה בריבוע שלו, עלתה פי תשעה עד עשרה. ההתפרקות לא השתנתה ברגע הראשון. עקרון לה שטלייה הוא בדיוק זה: השינוי מאיץ את הכיוון שמקטין אותו.

רמז
ההתחברות תלויה ב־ $[\mathrm{NO_2}]^2$ ⁠, וההתפרקות ב־ $[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠. איזה מהם המזרק שינה?

פתרון מלא
1. קצב ההתחברות: $k_f[\mathrm{NO_2}]^2$ ⁠. $[\mathrm{NO_2}]$ ⁠ עלה מ־ $9.5$ ⁠ ל־ $29.5$ ⁠, פי $3.1$ ⁠, ולכן הקצב עלה פי $3.1^2 \approx 9.6$ ⁠.
2. קצב ההתפרקות: $k_b[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠, ו־ $[\mathrm{N_2O_4}]$ ⁠ לא השתנה ברגע הדחיפה.
3. ההתחברות מהירה עכשיו, והתערובת זזה לכיוון $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.
תגובה לא “מחליטה” להיפטר מעודף: הקצבים פשוט נקבעים לפי הריכוזים.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
לחמם
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
ההתחברות, $\mathrm{2NO_2 \rightarrow N_2O_4}$ ⁠, פולטת 57 kJ/mol, וההתפרקות קולטת אותם. מה יקרה לצבע בשיווי משקל כשנחמם את הבקבוק מ־298 K ל־348 K?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יחמיר: החימום מעדיף את ההתפרקות, שקולטת חום
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
האפשרויות
- נכונה הוא יחמיר: החימום מעדיף את ההתפרקות, שקולטת חום
- שגויה הוא יתבהר: חום מאיץ את התגובה קדימה
  טעות נפוצה: Thinks heating always shifts an equilibrium towards the products, because heat speeds reactions up.
  משוב מהקטלוג
  חימום מאיץ את שני הכיוונים, אבל לא באותה מידה: הוא מעדיף את הכיוון שקולט חום. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ ההתחברות פולטת 57 kJ/mol, ולכן ההתפרקות קולטת אותם, וחימום מזיז את התערובת דווקא אחורה, ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ החום. גם בתגובת הבר, שפולטת חום, חימום מקטין את כמות האמוניה בשיווי משקל.
- שגויה הוא לא ישתנה: חימום רק מאיץ את ההגעה לשיווי משקל
  טעות נפוצה: Thinks temperature changes only how fast equilibrium is reached, not where it lies.
  משוב מהקטלוג
  טמפרטורה משנה את $K$ ⁠ עצמו, ולכן גם את התערובת שבה המערכת מתייצבת. בבקבוק: במי קרח נשאר בשיווי משקל כ־ $9\%$ ⁠ מהחנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ובמים רותחים כ־ $87\%$ ⁠. זרז, לעומת זאת, משנה רק את המהירות.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
טמפרטורה
348 K
ואז הסצנה מראה: 71.02 · Share of the nitrogen in brown NO₂, per cent/nodes/flask/outputs/no2Percent
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
החלק של החנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ קופץ מ־ $24\%$ ⁠ ל־ $71\%$ ⁠, והבקבוק חום כהה. החימום הוא “שינוי” שהמערכת מקטינה: היא בולעת חום על ידי פירוק של $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. $K$ ⁠ קטן מ־170 ל־7.

פתרון מלא
1. עקרון לה שטלייה: מערכת בשיווי משקל שמפריעים לה זזה כך שתקטין את ההפרעה.
2. ההפרעה היא חום שנכנס. הכיוון שקולט חום הוא ההתפרקות, $\mathrm{N_2O_4 \rightarrow 2NO_2}$ ⁠.
3. לכן התערובת זזה ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ החום, ו־ $K$ ⁠ קטן.
חימום מאיץ את שני הכיוונים, אבל את הכיוון שקולט חום יותר. וטמפרטורה, בניגוד לזרז, משנה את $K$ ⁠ עצמו.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
חצי־חצי
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
שנו את טמפרטורה כך שבשיווי משקל בדיוק חצי מהחנקן יהיה ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ וחצי ב־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 50 ± 1
  בתחילת השלב: 23.88
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/Lקבוע
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
נקרא מהסצנה בנקודה
Share of the nitrogen in brown NO₂, per cent/nodes/flask/outputs/no2Percent
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
טמפרטורה
326 K
הוספת NO₂
כבוי
משוב לתשובה נכונה
בערך ב־326 K, כלומר 53 °C. בטמפרטורה הזאת $K = \dfrac{0.010}{0.020^2} = 25$ ⁠. כל כמה מעלות משנות את התערובת הרבה, ולכן הבקבוק הזה משמש כמדחום צבעוני.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. חממו כדי להעביר חנקן ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠, קררו כדי להעביר אותו ל־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.

רמז
חצי מהחנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ אומר $[\mathrm{NO_2}] = 20$ ⁠ ו־ $[\mathrm{N_2O_4}] = 10$ ⁠, ב־mmol/L. הסתכלו בגרף הריכוזים.

פתרון מלא
1. ב־298 K רק $24\%$ ⁠ מהחנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠: צריך יותר, ולכן מחממים.
2. ב־348 K כבר $71\%$ ⁠: חזרו קצת למטה.
3. בסביבות 326 K הקווים של $[\mathrm{NO_2}] = 20$ ⁠ ו־ $[\mathrm{N_2O_4}] = 10$ ⁠ נפגשים בחצי.

שיעור 4 מתוך 4 · כ־20 דקות

שיווי משקל בתעשייה

לחץ, טמפרטורה וזרז בתהליך הבר, שמייצר את האמוניה לדשנים: למה דוחסים, למה לא מקררים עד הסוף, ומה הזרז לא עושה.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
לדחוס
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בבקבוק 20 mmol/L, וכ־ $32\%$ ⁠ מהחנקן נמצא ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠. מה יקרה לחלק הזה כשנאטום גז צפוף פי ארבעה, 80 mmol/L, באותה טמפרטורה?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יקטן: בגז צפוף יותר חלק גדול יותר מתחבר
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
20 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
האפשרויות
- נכונה הוא יקטן: בגז צפוף יותר חלק גדול יותר מתחבר
- שגויה הוא יישאר $32\%$ ⁠: הטמפרטורה ו־ $K$ ⁠ לא השתנו
  טעות נפוצה: Thinks raising the pressure (or concentration) of a gas mixture cannot move its equilibrium.
  משוב מהקטלוג
  כשהגז נדחס, התערובת זזה לצד עם פחות מולקולות של גז, כי כך הלחץ קטן. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ שתי מולקולות הופכות לאחת, ולכן גז צפוף יותר מחזיק חלק גדול יותר מהחנקן ב־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. לחץ משפיע רק כשמספר המולקולות שונה בשני הצדדים.
- שגויה הוא יגדל: יש יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠
  משוב
  יש יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠ במספרים, אבל השאלה היא על החלק. בגז צפוף זוגות נוצרים לעיתים קרובות יותר, כי ההתחברות תלויה בריבוע של הריכוז.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
NO₂ שנאטם בבקבוק
80 mmol/L
ואז הסצנה מראה: 17.59 · Share of the nitrogen in brown NO₂, per cent/nodes/flask/outputs/no2Percent
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
החלק יורד ל־ $18\%$ ⁠. בגז צפוף יותר, כמו בגז דחוס, התערובת זזה לצד עם פחות מולקולות: שתי מולקולות $\mathrm{NO_2}$ ⁠ הופכות לאחת. $K$ ⁠ לא השתנה; רק הדרך לקיים אותו.

פתרון מלא
1. $K = \dfrac{[\mathrm{N_2O_4}]}{[\mathrm{NO_2}]^2}$ ⁠ לא משתנה כשכל הריכוזים גדלים פי ארבעה.
2. אבל אם שניהם היו גדלים פי ארבעה, $Q$ ⁠ היה קטן פי ארבעה: $\dfrac{4}{4^2} = \tfrac14$ ⁠.
3. כדי ש־ $Q$ ⁠ יחזור ל־ $K$ ⁠, חלק גדול יותר מה־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ מתחבר.
לחץ משפיע רק על תגובות בגז שבהן מספר המולקולות שונה בשני הצדדים.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
רבע
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
שנו את NO₂ שנאטם בבקבוק כך שבשיווי משקל רבע מהחנקן, $25\%$ ⁠, יהיה ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 25 ± 0.5
  בתחילת השלב: 17.59
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
NO₂ שנאטם בבקבוק
80 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)קבוע
נקרא מהסצנה בנקודה
Share of the nitrogen in brown NO₂, per cent/nodes/flask/outputs/no2Percent
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
NO₂ שנאטם בבקבוק
35 mmol/L
הוספת NO₂
כבוי
משוב לתשובה נכונה
ב־35 mmol/L. כדי שפחות יתחבר, צריך גז דליל יותר: כמו להוריד את הלחץ.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. ככל שהגז צפוף יותר, החלק ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ קטן.

רמז
ב־80 mmol/L החלק הוא $18\%$ ⁠, וב־20 mmol/L $32\%$ ⁠. ריכוז נמוך יותר משאיר יותר $\mathrm{NO_2}$ ⁠.

פתרון מלא
1. החלק ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ גדל כשהגז דליל יותר.
2. ב־40 mmol/L יש $23.9\%$ ⁠, קצת פחות מדי: דללו.
3. ב־35 mmol/L יש $25.3\%$ ⁠.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
תהליך הבר
תרגול · בחרו
השאלה
אמוניה, חומר הגלם של רוב הדשנים, מיוצרת בתהליך הבר: $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3}$ ⁠, $\Delta H = -92\ \mathrm{kJ}$ ⁠. באילו תנאים יש הכי הרבה אמוניה בשיווי משקל?

התשובה הנכונה
- נכונה לחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה לחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה
- שגויה לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה
  טעות נפוצה: Thinks heating always shifts an equilibrium towards the products, because heat speeds reactions up.
  משוב מהקטלוג
  חימום מאיץ את שני הכיוונים, אבל לא באותה מידה: הוא מעדיף את הכיוון שקולט חום. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ ההתחברות פולטת 57 kJ/mol, ולכן ההתפרקות קולטת אותם, וחימום מזיז את התערובת דווקא אחורה, ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ החום. גם בתגובת הבר, שפולטת חום, חימום מקטין את כמות האמוניה בשיווי משקל.
- שגויה לחץ נמוך וטמפרטורה נמוכה
  טעות נפוצה: Thinks raising the pressure (or concentration) of a gas mixture cannot move its equilibrium.
  משוב מהקטלוג
  כשהגז נדחס, התערובת זזה לצד עם פחות מולקולות של גז, כי כך הלחץ קטן. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ שתי מולקולות הופכות לאחת, ולכן גז צפוף יותר מחזיק חלק גדול יותר מהחנקן ב־ $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠. לחץ משפיע רק כשמספר המולקולות שונה בשני הצדדים.
משוב לתשובה נכונה
משמאל ארבע מולקולות גז ומימין שתיים, ולכן לחץ גבוה מזיז ימינה. ההתחברות פולטת חום, ולכן קירור מזיז ימינה. כמו ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠: שם קר ודחוס נותן יותר $\mathrm{N_2O_4}$ ⁠.

רמז
ספרו מולקולות של גז בכל צד, ובדקו לאיזה כיוון התגובה פולטת חום.

פתרון מלא
1. לחץ: $1 + 3 = 4$ ⁠ מולקולות הופכות ל־ $2$ ⁠. לחץ גבוה מעדיף את הצד עם פחות מולקולות: האמוניה.
2. טמפרטורה: $\Delta H < 0$ ⁠, כלומר יצירת האמוניה פולטת חום. קירור מעדיף את הכיוון שפולט חום: האמוניה.
3. לכן לחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
פשרה
תרגול · בחרו
השאלה
אם קירור נותן יותר אמוניה, למה מפעלים מריצים את תהליך הבר בכ־450 °C ולא בטמפרטורת החדר?

התשובה הנכונה
- נכונה בטמפרטורה נמוכה התגובה איטית מדי, והמפעל היה מייצר מעט מאוד בכל שעה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה בטמפרטורה נמוכה התגובה איטית מדי, והמפעל היה מייצר מעט מאוד בכל שעה
- שגויה בטמפרטורה גבוהה יש יותר אמוניה בשיווי משקל
  טעות נפוצה: Thinks heating always shifts an equilibrium towards the products, because heat speeds reactions up.
  משוב מהקטלוג
  חימום מאיץ את שני הכיוונים, אבל לא באותה מידה: הוא מעדיף את הכיוון שקולט חום. ב־ $\mathrm{2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4}$ ⁠ ההתחברות פולטת 57 kJ/mol, ולכן ההתפרקות קולטת אותם, וחימום מזיז את התערובת דווקא אחורה, ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ החום. גם בתגובת הבר, שפולטת חום, חימום מקטין את כמות האמוניה בשיווי משקל.
- שגויה הטמפרטורה בכלל לא משנה את כמות האמוניה, רק את המהירות
  טעות נפוצה: Thinks temperature changes only how fast equilibrium is reached, not where it lies.
  משוב מהקטלוג
  טמפרטורה משנה את $K$ ⁠ עצמו, ולכן גם את התערובת שבה המערכת מתייצבת. בבקבוק: במי קרח נשאר בשיווי משקל כ־ $9\%$ ⁠ מהחנקן ב־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠, ובמים רותחים כ־ $87\%$ ⁠. זרז, לעומת זאת, משנה רק את המהירות.
משוב לתשובה נכונה
זו פשרה. בקור יש בשיווי משקל הרבה אמוניה, אבל מגיעים אליו אחרי זמן ארוך מאוד, כי המחסום של שבירת $\mathrm{N \equiv N}$ ⁠ גבוה. ב־450 °C, עם זרז של ברזל ולחץ של כ־200 אטמוספרות, מקבלים כ־ $15\%$ ⁠ אמוניה בכל מעבר, מהר. את מה שלא הגיב מחזירים לכור.

רמז
שיווי משקל אומר כמה אמוניה תהיה בסוף. מה אומרת תורת ההתנגשויות על מתי?

פתרון מלא
1. שיווי משקל: טמפרטורה נמוכה נותנת יותר אמוניה, כי התגובה פולטת חום.
2. קצב: טמפרטורה נמוכה נותנת תגובה איטית מאוד, כי מעט התנגשויות עוברות את המחסום.
3. מפעל צריך גם הרבה וגם מהר, ולכן בוחר טמפרטורה בינונית, לחץ גבוה וזרז, ומחזיר את הגזים שלא הגיבו.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
הזרז
תרגול · בחרו
השאלה
מה עושה זרז הברזל בתהליך הבר לכמות האמוניה בשיווי משקל?

התשובה הנכונה
- נכונה כלום: שיווי המשקל מגיע מהר יותר, אבל עם אותה כמות אמוניה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
NO₂ שנאטם בבקבוק
40 mmol/L
הוספת NO₂
כבויברירת מחדל
זמן
0.9 (התחלה → התייצבות)
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה כלום: שיווי המשקל מגיע מהר יותר, אבל עם אותה כמות אמוניה
- שגויה מגדיל אותה, כי הוא מאיץ את יצירת האמוניה
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst moves an equilibrium towards the products and so increases the yield.
  משוב מהקטלוג
  זרז מוריד את המחסום לשני הכיוונים באותה מידה, ולכן מאיץ את התגובה הקדמית ואת ההפוכה פי אותו מספר. שיווי המשקל מגיע מהר יותר, אבל הוא אותו שיווי משקל, עם אותו $K$ ⁠ ואותה כמות תוצר.
- שגויה מקטין אותה, כי הוא מאיץ גם את הפירוק
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst moves an equilibrium towards the products and so increases the yield.
  משוב מהקטלוג
  זרז מוריד את המחסום לשני הכיוונים באותה מידה, ולכן מאיץ את התגובה הקדמית ואת ההפוכה פי אותו מספר. שיווי המשקל מגיע מהר יותר, אבל הוא אותו שיווי משקל, עם אותו $K$ ⁠ ואותה כמות תוצר.
משוב לתשובה נכונה
זרז מוריד את המחסום לשני הכיוונים באותה מידה, ולכן מאיץ את היצירה ואת הפירוק פי אותו מספר. $K$ ⁠ לא משתנה, וגם לא התערובת שבסוף. מה שהזרז נותן הוא זמן: אותה אמוניה, בדקות במקום בשנים.

רמז
זרז מוריד את הגבעה בפרופיל האנרגיה. מאיזה צד מגיעים אליה?

פתרון מלא
1. בפרופיל האנרגיה, הגבעה של התגובה ההפוכה היא אותה גבעה, מהצד של התוצרים.
2. זרז מנמיך את הגבעה, ולכן את שני המחסומים, ומאיץ את שני הכיוונים.
3. היחס בין הקצבים בשיווי משקל, $K$ ⁠, לא משתנה.

בכל היחידה · 14 טעויות נפוצות

קטלוג הטעויות הנפוצות

כל טעות נפוצה שהיחידה מזהה, בכמה מילים. פתחו טעות כדי לראות מה הלומדים קוראים כשהתשובה מתאימה לה, ואיפה היא נשאלת.

תוכן העניינים

תגובות הפיכות

לשני הכיוונים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

לצפות בצבע

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

לספור חנקן

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

יותר פנימה, יותר בחוץ

השאלה

המטרה

הסצנה בשלב הזה

הגדרה אחת שמגיעה למטרה

רמז

פתרון מלא

מהצד השני

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

שיווי משקל דינמי

שני קצבים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

המולקולות לא עוצרות

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

מה שווה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

קבוע שיווי המשקל

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

לאן תזוז התערובת

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

עקרון לה שטלייה

להוסיף מגיב

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא