מפתח תשובות · יחידה 7

קצב תגובה ואנרגיה.

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־25 דקות

תורת ההתנגשויות

למה תגובה מתרחשת רק בחלק מההתנגשויות, למה ריכוז כפול מאיץ פי ארבעה, ולמה מאה מעלות מאיצות הרבה יותר ממה שהמהירות של המולקולות מרמזת.

לפתוח את השיעור

6 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 6
לפתוח את השלב
מולקולות צריכות להיפגש
תרגול · בחרו
השאלה
בבקבוק מולקולות $\mathrm{NO}$ ⁠ ומולקולות אוזון, $\mathrm{O_3}$ ⁠. מה צריך לקרות כדי שזוג מהן יגיב ל־ $\mathrm{NO_2}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O_2}$ ⁠?

התשובה הנכונה
- נכונה הן צריכות להתנגש מספיק חזק, ובכיוון הנכון
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
ריכוז
60 %
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הן צריכות להתנגש מספיק חזק, ובכיוון הנכון
- שגויה מספיק שהן ייגעו זו בזו
  טעות נפוצה: Thinks molecules react whenever they touch.
  משוב מהקטלוג
  רוב ההתנגשויות לא מובילות לתגובה. כדי שקשרים יישברו ויתחברו מחדש, שתי המולקולות צריכות להיפגש מספיק חזק, עם אנרגיה של לפחות אנרגיית השפעול, ולעיתים קרובות גם מהצד הנכון. בטמפרטורת החדר רק התנגשות אחת מתוך מאות עוברת את המחסום, ובסצנה רוב המולקולות פשוט ניתזות זו מזו.
- שגויה הן צריכות להישאר זו ליד זו מספיק זמן
  משוב
  מולקולות בגז לא נשארות זו ליד זו: הן ניתזות אחרי פגיעה שנמשכת פחות מטריליונית השנייה. מה שקובע הוא כמה חזקה הפגיעה.
משוב לתשובה נכונה
זו תורת ההתנגשויות: מולקולות מגיבות רק כשהן נפגשות עם אנרגיה של לפחות אנרגיית השפעול, ובכיוון שמאפשר לאטום החמצן של האוזון להגיע לחנקן. רוב ההתנגשויות בבקבוק לא עומדות בשני התנאים, וניתזות בלי להגיב.

רמז
הסתכלו בסצנה: כמה מההתנגשויות מסתיימות בהבזק?

פתרון מלא
1. כדי להגיב, הקשר $\mathrm{O-O}$ ⁠ באוזון צריך להישבר וקשר $\mathrm{N-O}$ ⁠ חדש צריך להיווצר.
2. לשבירת קשר צריך אנרגיה, והיא באה מהאנרגיה הקינטית של ההתנגשות. מתחת לאנרגיית השפעול המולקולות פשוט ניתזות.
3. גם הכיוון חשוב: אם החנקן פוגש את צד המולקולה הלא נכון, אין קשר שיכול להיווצר.
אם כל מגע היה מוביל לתגובה, כל הגזים במפגש היו מגיבים כמעט מיד. בטמפרטורת החדר רק התנגשות אחת מתוך מאות עוברת את המחסום.
שלב 2 מתוך 6
לפתוח את השלב
בקבוק צפוף יותר
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
ריכוז עומד על 30%, וטמפרטורה קבועה. מה יקרה לקצב התגובה כשריכוז יעלה ל־60%, כלומר כשיהיו פי שניים מולקולות $\mathrm{NO}$ ⁠ ופי שניים מולקולות $\mathrm{O_3}$ ⁠?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יגדל פי ארבעה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
ריכוז
30 %
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
- נכונה הוא יגדל פי ארבעה
- שגויה הוא יגדל פי שניים
  טעות נפוצה: Thinks doubling the concentration of both reactants doubles the rate.
  משוב מהקטלוג
  כדי להגיב, מולקולה של A צריכה לפגוש מולקולה של B. כשמכפילים את שני הריכוזים, כל מולקולת A פוגשת פי שניים מולקולות B, ויש פי שניים מולקולות A: $2 \times 2 = 4$ ⁠. לכן הקצב, $k[\mathrm{A}][\mathrm{B}]$ ⁠, גדל פי ארבעה.
- שגויה הוא לא ישתנה: כל מולקולה עדיין צריכה אותה אנרגיה
  משוב
  נכון שכל התנגשות צריכה אותה אנרגיה, ולכן החלק המוצלח מההתנגשויות לא משתנה. אבל מספר ההתנגשויות בכל שנייה גדל, ואיתו מספר התגובות.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
ריכוז
60 %
ואז הסצנה מראה: 0.36 · Gas modes: rate relative to the same reaction at 298 K, with every molecule a reactant and no catalyst/nodes/flask/outputs/rate
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
פי ארבעה. כל מולקולת $\mathrm{NO}$ ⁠ פוגשת עכשיו פי שניים מולקולות $\mathrm{O_3}$ ⁠, ויש פי שניים מולקולות $\mathrm{NO}$ ⁠ שפוגשות: $2 \times 2 = 4$ ⁠. בבקבוק רואים הרבה יותר הבזקים.

פתרון מלא
1. הקצב הוא מספר התגובות בשנייה, והוא יחסי למספר המפגשים בין $\mathrm{NO}$ ⁠ ל־ $\mathrm{O_3}$ ⁠.
2. מספר המפגשים יחסי לשני הריכוזים יחד: $\text{rate} = k[\mathrm{NO}][\mathrm{O_3}]$ ⁠.
3. כשכל ריכוז מוכפל: $k(2[\mathrm{NO}])(2[\mathrm{O_3}]) = 4k[\mathrm{NO}][\mathrm{O_3}]$ ⁠.
אם ניבאתם פי שניים, חשבתם רק על אחד מהמגיבים. שני המגיבים נעשו צפופים יותר.
שלב 3 מתוך 6
לפתוח את השלב
לדלל
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
ריכוז עומד על 100%, והבקבוק מלא מגיבים. שנו את ריכוז כך שהתגובה תרוץ ברבע מהקצב שיש לה עכשיו, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 0.25 ± 0.005
  בתחילת השלב: 1
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 Kקבוע
ריכוז
100 %
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
נקרא מהסצנה בנקודה
Gas modes: rate relative to the same reaction at 298 K, with every molecule a reactant and no catalyst/nodes/flask/outputs/rate
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
ריכוז
50 %
תוויות
כבוי
משוב לתשובה נכונה
ב־50%: חצי מכל מגיב נותן $\tfrac12 \times \tfrac12 = \tfrac14$ ⁠ מהקצב. כך מאטים תגובה מסוכנת במפעל, או מכבים שריפה בדילול האוויר.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. אם כל מגיב יורד לשבר $f$ ⁠ מהריכוז, הקצב יורד ל־ $f^2$ ⁠.

רמז
הקצב תלוי בריבוע הריכוז, כי שני המגיבים משתנים יחד.

פתרון מלא
1. $\text{rate} \propto [\mathrm{NO}][\mathrm{O_3}]$ ⁠, ושניהם יחסיים לריכוז.
2. לכן הקצב יחסי לריבוע של ריכוז: $f^2 = \tfrac14$ ⁠.
3. $f = \tfrac12$ ⁠: חצי מ־100%, כלומר 50%.
אם קבעתם 25%, הקצב ירד ל־ $\tfrac14 \times \tfrac14 = \tfrac{1}{16}$ ⁠.
שלב 4 מתוך 6
לפתוח את השלב
לחמם
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
מחממים את הבקבוק מ־298 K ל־398 K: פי 1.34 בקלווין. פי כמה תהיה התגובה מהירה יותר?

התשובה הנכונה
- נכונה בערך פי שלושה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
ריכוז
60 %קבוע
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
- נכונה בערך פי שלושה
- שגויה פי 1.34, כמו הטמפרטורה
  טעות נפוצה: Thinks the rate grows in proportion to the absolute temperature.
  משוב מהקטלוג
  הקצב לא גדל באותו יחס כמו הטמפרטורה בקלווין. מ־298 K ל־398 K הטמפרטורה גדלה רק פי 1.34, אבל החלק של המולקולות שיש להן יותר מאנרגיית השפעול גדל פי שלושה בערך. הזנב הימני של התפלגות האנרגיות מתעבה מהר הרבה יותר מהממוצע.
- שגויה כמעט לא: המולקולות רק קצת מהירות יותר
  טעות נפוצה: Thinks heating speeds a reaction only because the molecules collide more often.
  משוב מהקטלוג
  חימום אכן מאיץ את המולקולות ומגדיל את מספר ההתנגשויות, אבל רק במעט: מ־298 K ל־398 K בערך ב־ $16\%$ ⁠. הסיבה העיקרית היא אחרת: יותר מההתנגשויות נושאות מספיק אנרגיה כדי לעבור את המחסום. בגרף האנרגיות החלק הצבוע שמעל $E_a$ ⁠ גדל פי שלושה.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
טמפרטורה
398 K
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
ואז הסצנה מראה: 3.245 · Gas modes: rate relative to this flask at 298 K, all else the same/nodes/flask/outputs/rateVsRoom
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
פי 3.2 בערך. המולקולות מהירות רק ב־ $16\%$ ⁠, אבל החלק שלהן שעובר את המחסום עולה מ־1.8% ל־5.6%: השוו את השטח הצבוע בגרף.

פתרון מלא
1. המהירות הממוצעת של מולקולה יחסית ל־ $\sqrt{T}$ ⁠: $\sqrt{\tfrac{398}{298}} = 1.16$ ⁠. זה מגדיל את מספר ההתנגשויות רק ב־ $16\%$ ⁠.
2. החלק של ההתנגשויות שעוברות את המחסום גדל הרבה יותר, כי הוא תלוי ב־ $e^{-E_a/RT}$ ⁠: הזנב של ההתפלגות מתעבה מהר.
3. יחד: התגובה מהירה פי 3.2 בערך.
בתגובות עם מחסום גבוה יותר ההשפעה חזקה עוד יותר: עם מחסום של 50 kJ/mol, כל עשר מעלות ליד טמפרטורת החדר מכפילות את הקצב.
שלב 5 מתוך 6
לפתוח את השלב
המעטים שיש להם מספיק
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
הגרף מראה כמה מהמולקולות נושאות יותר מאנרגיית השפעול, 12.5 kJ/mol. שנו את טמפרטורה עד ש־5% מהמולקולות יעברו את המחסום, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 0.05 ± 0.002
  בתחילת השלב: 0.01781
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
298 K
ריכוז
60 %קבוע
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
פועלקבוע
נקרא מהסצנה בנקודה
Share of molecules with more energy than the activation energy, 0..1 (the distribution chart)/nodes/flask/outputs/aboveBarrier
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
טמפרטורה
381 K
תוויות
כבוי
משוב לתשובה נכונה
בערך ב־385 K, כלומר 112 °C. בטמפרטורת החדר רק 1.8% עוברות; עוד 87 מעלות כמעט משלשות את החלק הזה. העקומה כולה זזה ימינה ומשתטחת, והזנב שמעבר לקו מתעבה.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. חממו או קררו, והסתכלו בשורה שמתחת לגרף.

רמז
השורה שמתחת לגרף מראה את החלק שמעל $E_a$ ⁠.

פתרון מלא
1. בטמפרטורת החדר, 298 K, השורה מראה בערך 1.8%.
2. כדי להגיע ל־5% צריך יותר מולקולות מהירות: מעלים את טמפרטורה.
3. בסביבות 385 K השורה מראה 5.0%.
המחסום לא זז כשמחממים: קו ה־ $E_a$ ⁠ נשאר במקום, והמולקולות הן שמשתנות.
שלב 6 מתוך 6
לפתוח את השלב
למה חימום עובד
תרגול · בחרו
השאלה
מ־298 K ל־398 K המולקולות מהירות רק ב־ $16\%$ ⁠, אבל התגובה מהירה פי שלושה. מה הסיבה העיקרית?

התשובה הנכונה
- נכונה חלק גדול הרבה יותר מההתנגשויות נושא מספיק אנרגיה כדי לעבור את המחסום
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
398 K
ריכוז
60 %
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
פועל
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה חלק גדול הרבה יותר מההתנגשויות נושא מספיק אנרגיה כדי לעבור את המחסום
- שגויה המולקולות מתנגשות לעיתים קרובות יותר
  טעות נפוצה: Thinks heating speeds a reaction only because the molecules collide more often.
  משוב מהקטלוג
  חימום אכן מאיץ את המולקולות ומגדיל את מספר ההתנגשויות, אבל רק במעט: מ־298 K ל־398 K בערך ב־ $16\%$ ⁠. הסיבה העיקרית היא אחרת: יותר מההתנגשויות נושאות מספיק אנרגיה כדי לעבור את המחסום. בגרף האנרגיות החלק הצבוע שמעל $E_a$ ⁠ גדל פי שלושה.
- שגויה החום מוריד את אנרגיית השפעול
  טעות נפוצה: Thinks heating lowers the activation energy.
  משוב מהקטלוג
  החימום לא משנה את המחסום: אנרגיית השפעול שייכת לתגובה ולמסלול שלה, והקו של $E_a$ ⁠ בגרף לא זז כשמשנים טמפרטורה. מה שמשתנה הוא המולקולות: בטמפרטורה גבוהה יותר יותר מהן מגיעות לאנרגיה שמעל המחסום. רק זרז, שפותח מסלול אחר, מוריד את המחסום.
משוב לתשובה נכונה
הזנב של ההתפלגות. ההתנגשויות התכופות מוסיפות רק $16\%$ ⁠; השאר בא מכך שהחלק שעובר את המחסום עלה פי שלושה. לכן מקררים אוכל כדי לשמור עליו: ההתקלקלות היא תגובות, והקור מקצץ את הזנב.

רמז
השוו בגרף: מה זז כשמשנים טמפרטורה, העקומה או הקו של $E_a$ ⁠?

פתרון מלא
1. מספר ההתנגשויות גדל כמו $\sqrt{T}$ ⁠: ב־ $16\%$ ⁠ בלבד.
2. אנרגיית השפעול היא תכונה של התגובה, והקו שלה בגרף לא זז.
3. מה שגדל הרבה הוא החלק של המולקולות שמעל הקו: מ־1.8% ל־5.6%, פי שלושה בערך.
לכן הטמפרטורה משפיעה על קצב תגובות הרבה יותר מכפי שנדמה מהמהירות של המולקולות.

שיעור 2 מתוך 4 · כ־20 דקות

אנרגיית שפעול וזרזים

הגבעה שכל תגובה צריכה לעבור, ואיך זרז פותח לה מסלול נמוך יותר בלי לתת אנרגיה ובלי להיגמר: הפלטינה שבממיר הקטליטי.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
המחסום
תרגול · בחרו
השאלה
בגרף השני, הגבעה שבין המגיבים לתוצרים מסומנת $E_a$ ⁠. מהי אנרגיית השפעול?

התשובה הנכונה
- נכונה האנרגיה המינימלית שהתנגשות צריכה כדי שהמולקולות יגיבו
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
550 K
זרז פלטינה
כבוי
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה האנרגיה המינימלית שהתנגשות צריכה כדי שהמולקולות יגיבו
- שגויה האנרגיה שהתגובה פולטת
  טעות נפוצה: Confuses the activation energy with the energy the reaction gives out (ΔH).
  משוב מהקטלוג
  אלה שני גדלים שונים בפרופיל האנרגיה. אנרגיית השפעול היא הגובה של הגבעה מעל המגיבים: כמה אנרגיה צריך כדי להתחיל. שינוי האנתלפיה, $\Delta H$ ⁠, הוא ההפרש בין הגובה של התוצרים לגובה של המגיבים: כמה התגובה פולטת או קולטת בסוף. תגובה יכולה לפלוט הרבה ועדיין להיות איטית מאוד, אם הגבעה גבוהה.
- שגויה האנרגיה שצריך כדי לחמם את הבקבוק לטמפרטורה שלו
  משוב
  חימום הבקבוק נותן למולקולות אנרגיה קינטית, אבל אנרגיית השפעול נמדדת לכל התנגשות, למול של מולקולות: כמה אנרגיה צריך זוג מולקולות כדי שיגיב.
משוב לתשובה נכונה
אנרגיית השפעול היא גובה הגבעה מעל המגיבים, כאן 50 kJ/mol. הירידה מהמגיבים לתוצרים היא משהו אחר: האנרגיה שהתגובה פולטת, 283 kJ/mol לכל $\mathrm{CO_2}$ ⁠. תגובה יכולה לפלוט הרבה ועדיין להיות איטית, אם הגבעה גבוהה.

רמז
איפה בגרף נמצא $E_a$ ⁠: בין המגיבים לראש הגבעה, או בין המגיבים לתוצרים?

פתרון מלא
1. בפרופיל האנרגיה המגיבים משמאל, התוצרים מימין, וביניהם גבעה.
2. הגבעה היא המצב שבו קשרים ישנים כבר נחלשים והחדשים עוד לא נוצרו. כדי להגיע אליה, ההתנגשות צריכה לספק אנרגיה.
3. הגובה שלה מעל המגיבים הוא אנרגיית השפעול, $E_a$ ⁠.
ההפרש בין המגיבים לתוצרים הוא $\Delta H$ ⁠, לא $E_a$ ⁠.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
להכניס את הפלטינה
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בבקבוק פחמן חד־חמצני וחמצן, ב־550 K, בלי זרז: כמעט שום דבר לא מגיב. מה יקרה כשנכניס את זרז פלטינה?

התשובה הנכונה
- נכונה התגובה תואץ מאוד, כי על הפלטינה יש מסלול עם מחסום נמוך יותר
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
550 Kקבוע
זרז פלטינה
כבוי
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
- נכונה התגובה תואץ מאוד, כי על הפלטינה יש מסלול עם מחסום נמוך יותר
- שגויה התגובה תואץ, כי הפלטינה מעבירה למולקולות אנרגיה
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst speeds a reaction by giving the molecules extra energy, as heating does.
  משוב מהקטלוג
  זרז לא מוסיף אנרגיה לאף מולקולה ולא מחמם את הבקבוק. הוא פותח מסלול אחר לתגובה, עם מחסום נמוך יותר: על הפלטינה $\mathrm{O_2}$ ⁠ מתפרק לאטומים, ו־ $\mathrm{CO}$ ⁠ מגיב איתם בקלות. אותן מולקולות, באותה טמפרטורה, ופי מאות יותר מהן עוברות את המחסום הנמוך.
- שגויה הקצב לא ישתנה, אבל בסוף ייווצר יותר $\mathrm{CO_2}$ ⁠
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst increases how much product a reaction makes.
  משוב מהקטלוג
  זרז משנה רק את הקצב, לא את הכמות: הוא מביא את התגובה לסוף שלה מהר יותר, אבל הסוף עצמו נקבע לפי המגיבים, המגיב המגביל ושיווי המשקל. בממיר הקטליטי כל מולקולת $\mathrm{CO}$ ⁠ נותנת מולקולת $\mathrm{CO_2}$ ⁠ אחת, עם זרז או בלעדיו.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
זרז פלטינה
פועל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
ואז הסצנה מראה: 15 kJ/mol · Activation energy of the route in use (the catalyst route when the catalyst is in)/nodes/flask/outputs/barrier
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
המחסום יורד מ־50 ל־15 kJ/mol, ובאותה טמפרטורה פי מאות יותר מולקולות עוברות אותו. על הפלטינה $\mathrm{O_2}$ ⁠ מתפרק לאטומי חמצן, ו־ $\mathrm{CO}$ ⁠ מגיב איתם בקלות. בגרף העליון השטח שמעבר לקו המקווקו גדול בהרבה.

פתרון מלא
1. בלי זרז, כל התנגשות $\mathrm{CO} + \mathrm{O_2}$ ⁠ צריכה 50 kJ/mol לפחות, ורק כ־0.007% מהמולקולות מגיעות לזה ב־550 K.
2. עם פלטינה התגובה הולכת במסלול אחר, דרך אטומי חמצן על המתכת, עם מחסום של 15 kJ/mol, שכ־9% מהמולקולות עוברות.
3. הטמפרטורה לא השתנתה, והמולקולות לא קיבלו אנרגיה. השתנה המסלול.
זרז גם לא מוסיף תוצר: הוא רק מגיע מהר יותר לאותו סוף.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
גבעה נמוכה יותר
תרגול · חשבו
השאלה
קראו מהגרף מחסום השפעול: מהי אנרגיית השפעול במסלול שעל הפלטינה?

התשובה הנכונה
15 kJ/mol ± 0.5 kJ/mol
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
550 Kקבוע
זרז פלטינה
פועלקבוע
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
מתקבלת בטווח
± 0.5 kJ/mol
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Activation energy of the route in use (the catalyst route when the catalyst is in)/nodes/flask/outputs/barrier
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 50 kJ/mol ± 0.5 kJ/mol
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst speeds a reaction by giving the molecules extra energy, as heating does.
  משוב מהקטלוג
  זרז לא מוסיף אנרגיה לאף מולקולה ולא מחמם את הבקבוק. הוא פותח מסלול אחר לתגובה, עם מחסום נמוך יותר: על הפלטינה $\mathrm{O_2}$ ⁠ מתפרק לאטומים, ו־ $\mathrm{CO}$ ⁠ מגיב איתם בקלות. אותן מולקולות, באותה טמפרטורה, ופי מאות יותר מהן עוברות את המחסום הנמוך.
- 283 kJ/mol ± 0.5 kJ/mol
  טעות נפוצה: Confuses the activation energy with the energy the reaction gives out (ΔH).
  משוב מהקטלוג
  אלה שני גדלים שונים בפרופיל האנרגיה. אנרגיית השפעול היא הגובה של הגבעה מעל המגיבים: כמה אנרגיה צריך כדי להתחיל. שינוי האנתלפיה, $\Delta H$ ⁠, הוא ההפרש בין הגובה של התוצרים לגובה של המגיבים: כמה התגובה פולטת או קולטת בסוף. תגובה יכולה לפלוט הרבה ועדיין להיות איטית מאוד, אם הגבעה גבוהה.
משוב לתשובה נכונה
15 kJ/mol, במקום 50. שימו לב שהתוצרים נשארים באותו גובה: הזרז לא משנה את האנרגיה שהתגובה פולטת, רק את הגבעה שבדרך.

רמז
הקו המקווקו בגרף הוא המסלול עם הזרז.

פתרון מלא
1. בגרף שני מסלולים: הקו הרציף, בלי זרז, עם $E_a = 50$ ⁠; והקו המקווקו, עם זרז.
2. התווית של הקו המקווקו: עם זרז 15.
3. אנרגיית השפעול עם הזרז: 15 kJ/mol.
אם עניתם $50$ ⁠, קראתם את המסלול בלי הזרז. הזרז לא משנה את המולקולות, אלא פותח מסלול נמוך יותר. ו־ $283$ ⁠ הוא $\Delta H$ ⁠, מה שהתגובה פולטת.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
לחמם במקום
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
עם הפלטינה ב־550 K, כ־9% מהמולקולות עוברות את המחסום. אם נוציא את הזרז ונחמם במקום זאת עד ראש הסקלה, 800 K, האם חלק דומה של מולקולות יעבור את המחסום?

התשובה הנכונה
- נכונה לא, אפילו לא 1%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
550 K
זרז פלטינה
פועל
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
- נכונה לא, אפילו לא 1%
- שגויה כן: חימום עושה את מה שהזרז עושה, מוסיף אנרגיה
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst speeds a reaction by giving the molecules extra energy, as heating does.
  משוב מהקטלוג
  זרז לא מוסיף אנרגיה לאף מולקולה ולא מחמם את הבקבוק. הוא פותח מסלול אחר לתגובה, עם מחסום נמוך יותר: על הפלטינה $\mathrm{O_2}$ ⁠ מתפרק לאטומים, ו־ $\mathrm{CO}$ ⁠ מגיב איתם בקלות. אותן מולקולות, באותה טמפרטורה, ופי מאות יותר מהן עוברות את המחסום הנמוך.
- שגויה יותר מ־9%: 800 K חם הרבה יותר
  טעות נפוצה: Thinks heating lowers the activation energy.
  משוב מהקטלוג
  החימום לא משנה את המחסום: אנרגיית השפעול שייכת לתגובה ולמסלול שלה, והקו של $E_a$ ⁠ בגרף לא זז כשמשנים טמפרטורה. מה שמשתנה הוא המולקולות: בטמפרטורה גבוהה יותר יותר מהן מגיעות לאנרגיה שמעל המחסום. רק זרז, שפותח מסלול אחר, מוריד את המחסום.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
טמפרטורה
800 K
זרז פלטינה
כבוי
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
ואז הסצנה מראה: 0.001787 · Share of molecules with more energy than the activation energy, 0..1 (the distribution chart)/nodes/flask/outputs/aboveBarrier
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
רק כ־0.18%, פי חמישים פחות. המחסום של 50 kJ/mol גבוה מכדי שחום יפצה עליו. לכן מכוניות צריכות ממיר קטליטי: בלעדיו ה־ $\mathrm{CO}$ ⁠ שבפליטה היה יוצא כמעט כולו לאוויר.

פתרון מלא
1. החלק שעובר מחסום תלוי ביחס $\dfrac{E_a}{RT}$ ⁠.
2. עם הזרז ב־550 K: $\dfrac{15}{0.008314 \times 550} = 3.3$ ⁠, וכ־9% עוברות.
3. בלי זרז ב־800 K: $\dfrac{50}{0.008314 \times 800} = 7.5$ ⁠, גבוה הרבה יותר, ורק כ־0.18% עוברות.
חימום לא מוריד את המחסום ולא מחליף זרז. הזרז משנה את $E_a$ ⁠ עצמה; החימום רק מזיז את המולקולות.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
לא נגמר
תרגול · בחרו
השאלה
ממיר קטליטי פועל במכונית עשר שנים ויותר. מה קורה לפלטינה שבו בכל אחת מהתגובות שהוא מזרז?

התשובה הנכונה
- נכונה המולקולות מגיבות עליה ועוזבות, והיא נשארת כמו שהייתה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
550 K
זרז פלטינה
פועל
תוויות
כבויברירת מחדל
הדגשת מולקולות אנרגטיות
כבוי
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה המולקולות מגיבות עליה ועוזבות, והיא נשארת כמו שהייתה
- שגויה קצת ממנה נצרך בכל תגובה, ולכן היא נגמרת לאט
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst is used up in the reaction it speeds.
  משוב מהקטלוג
  זרז משתתף בתגובה, אבל יוצא ממנה כמו שנכנס. מולקולות נקשרות לפלטינה, מגיבות עליה ועוזבות אותה כ־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠, והפלטינה נשארת פלטינה, מוכנה לזוג הבא. לכן כמות קטנה של זרז מספיקה לשנים: ממיר קטליטי מחזיק רק כמה גרמים של פלטינה.
- שגויה היא נכנסת לתוך ה־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠ ויוצאת איתו מהמפלט
  טעות נפוצה: Thinks a catalyst is used up in the reaction it speeds.
  משוב מהקטלוג
  זרז משתתף בתגובה, אבל יוצא ממנה כמו שנכנס. מולקולות נקשרות לפלטינה, מגיבות עליה ועוזבות אותה כ־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠, והפלטינה נשארת פלטינה, מוכנה לזוג הבא. לכן כמות קטנה של זרז מספיקה לשנים: ממיר קטליטי מחזיק רק כמה גרמים של פלטינה.
משוב לתשובה נכונה
זרז משתתף בתגובה ויוצא ממנה בלי שינוי, ולכן גרמים ספורים של פלטינה מטפלים בטונות של גזי פליטה. ממירים בכל זאת מתבלים עם השנים, אבל מסיבות אחרות: משקעים מכסים את המתכת, וחום גבוה מגבש אותה.

רמז
בסצנה, הלוח שבתחתית הבקבוק: האם הוא קטן ככל שנוצר $\mathrm{CO_2}$ ⁠?

פתרון מלא
1. $\mathrm{O_2}$ ⁠ ו־ $\mathrm{CO}$ ⁠ נקשרים לפני השטח של הפלטינה.
2. על המתכת $\mathrm{O_2}$ ⁠ מתפרק לאטומים, ואטום חמצן מגיב עם $\mathrm{CO}$ ⁠ ל־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠.
3. $\mathrm{CO_2}$ ⁠ משתחרר, ואתר הפלטינה פנוי שוב לזוג הבא.
בניסוח הכולל, $\mathrm{2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2}$ ⁠, הפלטינה לא מופיעה בכלל: אף אטום שלה לא נכנס לתוצר.

שיעור 3 מתוך 4 · כ־20 דקות

תגובות פולטות וקולטות חום

לאן הולכת האנרגיה בתגובה: בעירה שפולטת חום, ההספק של להבה, הסימן של ΔH, ושקית קירור שקולטת חום מהיד.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
חום שיוצא
תרגול · בחרו
השאלה
הלהבה דולקת רק אחרי שהמצת נותן ניצוץ. האם בעירה של מתאן היא תגובה אקסותרמית (פולטת חום) או אנדותרמית (קולטת חום)?

התשובה הנכונה
- נכונה אקסותרמית: התוצרים מכילים פחות אנרגיה מהמגיבים, וההפרש יוצא כחום ואור
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
להבה
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה אקסותרמית: התוצרים מכילים פחות אנרגיה מהמגיבים, וההפרש יוצא כחום ואור
- שגויה אנדותרמית: היא צריכה את החום של הניצוץ
  טעות נפוצה: Thinks a reaction that needs heat or a spark to start must be endothermic.
  משוב מהקטלוג
  ההתחלה והסיכום הם שני דברים שונים. הניצוץ נותן לכמה מולקולות את אנרגיית השפעול, כדי לעבור את הגבעה. מכאן הבעירה פולטת הרבה יותר אנרגיה ממה שקיבלה, והחום שלה מצית את המולקולות הבאות. תגובה היא אקסותרמית כשהתוצרים נמוכים באנרגיה מהמגיבים, $\Delta H < 0$ ⁠, גם אם צריך דחיפה כדי להתחיל.
- שגויה אף אחת: החום בא מהגז עצמו, לא מתגובה
  משוב
  המתאן לבדו לא חם; החום נוצר רק כשהוא מגיב עם חמצן. הפכו את חמצן באוויר לאפס, והלהבה כבה.
משוב לתשובה נכונה
בעירה היא אקסותרמית: כל מול של מתאן פולט כ־802 kJ. הניצוץ רק נותן לכמה מולקולות את אנרגיית השפעול; מכאן החום של הלהבה עצמה מצית את המולקולות הבאות.

רמז
הניצוץ רק מתחיל את התגובה. מה קורה אחר כך: הלהבה ממשיכה לבד, או צריכה עוד ניצוצות?

פתרון מלא
1. בתגובה אקסותרמית התוצרים נמוכים באנרגיה מהמגיבים: $\Delta H < 0$ ⁠, והחומרים מוסרים אנרגיה לסביבה.
2. בעירה מחממת את הארובה ואת האוויר, ולכן היא פולטת חום.
3. הצורך בניצוץ קשור לאנרגיית השפעול, לגבעה שבדרך, ולא לסיכום של התגובה.
גם תגובה פולטת חום יכולה להזדקק לדחיפה בהתחלה: גפרור לא נדלק מעצמו, אבל אחרי שנדלק הוא בוער לבד.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
ההספק של הלהבה
תרגול · חשבו
השאלה
זרימת הגז קבועה על 4 cm³/s של מתאן. מול של גז תופס כאן 24 055 cm³, וכל מול של מתאן שנשרף פולט 802 kJ. מהו ההספק של הלהבה, כלומר כמה חום היא פולטת בכל שנייה?

התשובה הנכונה
133.4 W ± 2%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/sקבוע
חמצן באוויר
21 %קבוע
ערפל מים
0 mg/sקבוע
התקרבות למולקולות
להבה
מתקבלת בטווח
± 2%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Heat released, 0 when out/nodes/flame/outputs/power
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 3209 W ± 2%
  טעות נפוצה: Uses a volume of gas, in cm³, as if it were a number of moles.
  משוב מהקטלוג
  סנטימטר מעוקב של גז אינו מול. כדי לעבור ממידת נפח לכמות חומר, מחלקים בנפח המולרי: בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי מול של כל גז תופס בערך 24 000 cm³. 4 cm³ של מתאן הם רק $\dfrac{4}{24\,055} = 1.66 \times 10^{-4}$ ⁠ מול.
משוב לתשובה נכונה
בערך 133 W: $\dfrac{4}{24\,055} = 1.66 \times 10^{-4}$ ⁠ מול בשנייה, כפול 802 000 J. בערך כמו נורת ליבון חזקה, מלהבה קטנה מאוד.

רמז
קודם מולים בשנייה: חלקו את הזרימה בנפח המולרי.

פתרון מלא
1. מולים בשנייה: $\dfrac{4\ \mathrm{cm^3/s}}{24\,055\ \mathrm{cm^3/mol}} = 1.663 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol/s}$ ⁠.
2. חום לכל מול: $802\ \mathrm{kJ} = 802\,000\ \mathrm{J}$ ⁠.
3. ההספק: $1.663 \times 10^{-4} \times 802\,000 = 133\ \mathrm{W}$ ⁠.
אם יצא לכם בערך $3209$ ⁠, כפלתם את הזרימה בסנטימטרים מעוקבים ישר ב־ $802$ ⁠, כאילו כל סנטימטר מעוקב הוא מול.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
להבה גדולה יותר
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
שנו את זרימת הגז כך שהלהבה תפלוט 200 W, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 200 W ± 1.5 W
  בתחילת השלב: 133.4 W
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %קבוע
ערפל מים
0 mg/sקבוע
התקרבות למולקולות
להבה
נקרא מהסצנה בנקודה
Heat released, 0 when out/nodes/flame/outputs/power
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
זרימת הגז
6 cm³/s
משוב לתשובה נכונה
ב־6 cm³/s: פי 1.5 מתאן בכל שנייה נותן פי 1.5 חום. הטמפרטורה של הלהבה לא משתנה, רק הגודל שלה: כל מול נשרף עם אותו חמצן ופולט אותה אנרגיה.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. כל 1 cm³/s של מתאן מוסיף כ־33 W.

רמז
ב־4 cm³/s הלהבה פולטת 133 W. ההספק יחסי לזרימה.

פתרון מלא
1. החום בשנייה יחסי למולים בשנייה, ולכן לזרימה.
2. 133 W ב־4 cm³/s: כ־33.4 W לכל 1 cm³/s.
3. $\dfrac{200}{33.4} = 6.0$ ⁠: קבעו את זרימת הגז על 6 cm³/s.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
הסימן של ΔH
תרגול · חשבו
השאלה
בעירה של מול מתאן ל־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠ ולאדי מים פולטת 802 kJ לסביבה. מהו $\Delta H$ ⁠ של התגובה $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠, עם הסימן?

התשובה הנכונה
-802.3 kJ/mol ± 2 kJ/mol
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
להבה
מתקבלת בטווח
± 2 kJ/mol
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Heat given out per mole of methane burned to CO₂ and water vapour (the lower heating value)/nodes/flame/outputs/heatPerMole
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 802.3 kJ/mol ± 2 kJ/mol
  טעות נפוצה: Gives ΔH a positive sign for a reaction that gives out heat.
  משוב מהקטלוג
  $\Delta H$ ⁠ נמדד מנקודת המבט של החומרים: אנרגיית התוצרים פחות אנרגיית המגיבים. כשתגובה פולטת חום, לחומרים נשארת פחות אנרגיה, ולכן $\Delta H$ ⁠ שלילי: $\Delta H = -802\ \mathrm{kJ}$ ⁠ לבעירת מול מתאן. תגובה קולטת חום מקבלת $\Delta H$ ⁠ חיובי.
משוב לתשובה נכונה
$\Delta H = -802\ \mathrm{kJ}$ ⁠. הסימן אומר שהחומרים איבדו אנרגיה: היא יצאה לסביבה, כחום שמחמם את הארובה וכאור.

רמז
$\Delta H$ ⁠ הוא האנרגיה של התוצרים פחות האנרגיה של המגיבים.

פתרון מלא
1. $\Delta H = H_{\text{products}} - H_{\text{reactants}}$ ⁠.
2. החומרים מסרו 802 kJ לסביבה, ולכן לתוצרים יש 802 kJ פחות.
3. $\Delta H = -802\ \mathrm{kJ}$ ⁠.
אם עניתם $+802$ ⁠, חשבתם מנקודת המבט של הסביבה, שקיבלה חום. $\Delta H$ ⁠ נכתב מנקודת המבט של החומרים.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
חום שנכנס
תרגול · בחרו
השאלה
בשקית קירור לפציעות יש אמוניום חנקתי, $\mathrm{NH_4NO_3}$ ⁠, ומים. כשלוחצים, החומר מתמוסס והשקית מתקררת מהר. למה?

התשובה הנכונה
- נכונה ההמסה קולטת חום מהמים, מהשקית ומהיד
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
להבה
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה ההמסה קולטת חום מהמים, מהשקית ומהיד
- שגויה ההמסה פולטת קור
  טעות נפוצה: Thinks an endothermic reaction gives out "cold".
  משוב מהקטלוג
  אין דבר כזה “קור” שיוצא מחומר. קר הוא חוסר בחום. תגובה אנדותרמית קולטת חום מהסביבה, מהמים, מהשקית ומהיד שמחזיקה אותה, ולכן הסביבה מתקררת.
- שגויה ההמסה פולטת חום, ולכן החומר עצמו מתקרר
  משוב
  אילו ההמסה פלטה חום, המים היו מתחממים, כמו בשקית חימום. כאן המים מתקררים, ולכן הם מסרו חום.
משוב לתשובה נכונה
זה תהליך אנדותרמי: $\Delta H$ ⁠ חיובי, והאנרגיה שהוא צריך באה מהסביבה. הסביבה, כולל העור שלכם, מאבדת חום ומתקררת. אין “קור” שזורם: רק חום שזורם החוצה מכם.

רמז
מי מאבד חום, ומי מקבל אותו?

פתרון מלא
1. כדי לפרק את הגביש ליונים במים צריך אנרגיה, יותר ממה שמשתחרר כשהיונים נקשרים למים.
2. האנרגיה החסרה נלקחת מהאנרגיה התרמית של המים, ולכן הם מתקררים.
3. המים הקרים לוקחים חום מהיד: זה מה שמרגישים.
תהליכים אנדותרמיים נוספים: פוטוסינתזה, שקולטת אור, ופירוק של אבן גיר בחימום.

שיעור 4 מתוך 4 · כ־25 דקות

אנרגיות קשר

מאיפה בא החום של להבה: שבירת קשרים קולטת אנרגיה ויצירת קשרים פולטת אותה, וחישוב ΔH של בעירה מטבלת אנרגיות קשר.

לפתוח את השיעור

6 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 6
לפתוח את השלב
לשבור ולבנות
תרגול · בחרו
השאלה
התקרבות למולקולות עומדת על מולקולות: בלהבה נשברים קשרים במתאן ובחמצן, ונוצרים קשרים חדשים ב־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠ ובמים. מה נכון לגבי האנרגיה?

התשובה הנכונה
- נכונה שבירת קשרים קולטת אנרגיה, ויצירת קשרים פולטת אנרגיה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
מולקולות
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה שבירת קשרים קולטת אנרגיה, ויצירת קשרים פולטת אנרגיה
- שגויה שבירת קשרים פולטת אנרגיה: משם בא החום של הלהבה
  טעות נפוצה: Thinks breaking a chemical bond releases energy.
  משוב מהקטלוג
  שבירת קשר תמיד דורשת אנרגיה: האטומים מושכים זה את זה, וצריך לעבוד כדי להפריד ביניהם, כמו לנתק שני מגנטים. אנרגיה משתחררת כשקשרים חדשים נוצרים. בבעירה החום בא מכך שהקשרים בתוצרים, $\mathrm{C=O}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O-H}$ ⁠, חזקים יותר מהקשרים שנשברו.
- שגויה גם שבירה וגם יצירה של קשרים פולטות אנרגיה
  טעות נפוצה: Thinks breaking a chemical bond releases energy.
  משוב מהקטלוג
  שבירת קשר תמיד דורשת אנרגיה: האטומים מושכים זה את זה, וצריך לעבוד כדי להפריד ביניהם, כמו לנתק שני מגנטים. אנרגיה משתחררת כשקשרים חדשים נוצרים. בבעירה החום בא מכך שהקשרים בתוצרים, $\mathrm{C=O}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O-H}$ ⁠, חזקים יותר מהקשרים שנשברו.
משוב לתשובה נכונה
שבירה דורשת אנרגיה, ויצירה משחררת אותה. בבעירה הקשרים שנוצרים חזקים יותר מאלה שנשברים, ולכן יוצא יותר משנכנס: זה החום של הלהבה.

רמז
חשבו על שני מגנטים צמודים: צריך לעבוד כדי להפריד אותם, או שהם נותנים אנרגיה כשהם נפרדים?

פתרון מלא
1. אטומים קשורים מושכים זה את זה. כדי להפריד אותם צריך לעשות עבודה: שבירה קולטת אנרגיה.
2. כשאטומים נקשרים, המשיכה עושה עבודה ומשחררת אנרגיה: יצירה פולטת.
3. $\Delta H$ ⁠ של התגובה הוא מה שהשבירה קולטת פחות מה שהיצירה פולטת.
הטעות “שבירת קשרים משחררת אנרגיה” נפוצה מאוד, אולי בגלל ש“שריפת דלק” נשמעת כמו פירוק. אבל האנרגיה בבעירה באה מהקשרים החדשים.
שלב 2 מתוך 6
לפתוח את השלב
הקשרים שנשברים
תרגול · חשבו
השאלה
אנרגיות קשר ממוצעות, ב־kJ/mol: $\mathrm{C-H}$ ⁠ 413, $\mathrm{O=O}$ ⁠ 498. כמה אנרגיה צריך כדי לשבור את כל הקשרים במגיבים של $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠?

התשובה הנכונה
2648 kJ ± 3 kJ
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 3 kJ
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 2150 kJ ± 3 kJ
  טעות נפוצה: Counts the bonds of one molecule of each substance, forgetting the coefficients of the equation.
  משוב מהקטלוג
  המקדמים אומרים כמה מולקולות מכל חומר משתתפות, וכל מולקולה מביאה את כל הקשרים שלה. ב־ $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠ נשברים שני קשרים $\mathrm{O=O}$ ⁠ ונוצרים ארבעה קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, שניים בכל אחת משתי מולקולות המים. כתבו רשימה: מספר הקשרים מכל סוג, כפול האנרגיה שלו.
- 911 kJ ± 3 kJ
  טעות נפוצה: Counts the bonds of one molecule of each substance, forgetting the coefficients of the equation.
  משוב מהקטלוג
  המקדמים אומרים כמה מולקולות מכל חומר משתתפות, וכל מולקולה מביאה את כל הקשרים שלה. ב־ $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠ נשברים שני קשרים $\mathrm{O=O}$ ⁠ ונוצרים ארבעה קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, שניים בכל אחת משתי מולקולות המים. כתבו רשימה: מספר הקשרים מכל סוג, כפול האנרגיה שלו.
משוב לתשובה נכונה
$4 \times 413 + 2 \times 498 = 1652 + 996 = 2648$ ⁠, כלומר 2648 kJ שנכנסים.

רמז
במתאן ארבעה קשרים $\mathrm{C-H}$ ⁠, ויש שתי מולקולות $\mathrm{O_2}$ ⁠.

פתרון מלא
1. במולקולת $\mathrm{CH_4}$ ⁠ ארבעה קשרים $\mathrm{C-H}$ ⁠: $4 \times 413 = 1652$ ⁠.
2. במולקולת $\mathrm{O_2}$ ⁠ קשר כפול אחד, $\mathrm{O=O}$ ⁠, ויש שתיים: $2 \times 498 = 996$ ⁠.
3. סך הכול: $1652 + 996 = 2648\ \mathrm{kJ}$ ⁠.
אם יצא לכם $2150$ ⁠, ספרתם מולקולת חמצן אחת בלבד. אם $911$ ⁠, ספרתם קשר $\mathrm{C-H}$ ⁠ אחד וקשר $\mathrm{O=O}$ ⁠ אחד.
שלב 3 מתוך 6
לפתוח את השלב
הקשרים שנוצרים
תרגול · חשבו
השאלה
ב־ $\mathrm{CO_2}$ ⁠ שני קשרים $\mathrm{C=O}$ ⁠, 805 kJ/mol כל אחד, ובכל מולקולת מים שני קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, 464 kJ/mol כל אחד. כמה אנרגיה משתחררת כשנוצרים כל הקשרים בתוצרים, $\mathrm{CO_2 + 2H_2O}$ ⁠?

התשובה הנכונה
3466 kJ ± 3 kJ
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 3 kJ
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 2538 kJ ± 3 kJ
  טעות נפוצה: Counts the bonds of one molecule of each substance, forgetting the coefficients of the equation.
  משוב מהקטלוג
  המקדמים אומרים כמה מולקולות מכל חומר משתתפות, וכל מולקולה מביאה את כל הקשרים שלה. ב־ $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠ נשברים שני קשרים $\mathrm{O=O}$ ⁠ ונוצרים ארבעה קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, שניים בכל אחת משתי מולקולות המים. כתבו רשימה: מספר הקשרים מכל סוג, כפול האנרגיה שלו.
משוב לתשובה נכונה
$2 \times 805 + 4 \times 464 = 1610 + 1856 = 3466$ ⁠, כלומר 3466 kJ שיוצאים: יותר ממה שנכנס.

רמז
שתי מולקולות מים, ובכל אחת שני קשרים: ארבעה קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠.

פתרון מלא
1. $\mathrm{CO_2}$ ⁠: שני קשרים $\mathrm{C=O}$ ⁠, $2 \times 805 = 1610$ ⁠.
2. $\mathrm{2H_2O}$ ⁠: שתי מולקולות כפול שני קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, $4 \times 464 = 1856$ ⁠.
3. סך הכול: $1610 + 1856 = 3466\ \mathrm{kJ}$ ⁠.
אם יצא לכם $2538$ ⁠, ספרתם מולקולת מים אחת במקום שתיים.
שלב 4 מתוך 6
לפתוח את השלב
ההפרש
תרגול · חשבו
השאלה
משתי התשובות הקודמות: נכנסים 2648 kJ לשבירת קשרים, ויוצאים 3466 kJ מיצירת קשרים. מהו $\Delta H$ ⁠ של בעירת המתאן לפי אנרגיות הקשר, עם הסימן?

התשובה הנכונה
-818 kJ ± 3 kJ
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 3 kJ
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 818 kJ ± 3 kJ
  טעות נפוצה: Gives ΔH a positive sign for a reaction that gives out heat.
  משוב מהקטלוג
  $\Delta H$ ⁠ נמדד מנקודת המבט של החומרים: אנרגיית התוצרים פחות אנרגיית המגיבים. כשתגובה פולטת חום, לחומרים נשארת פחות אנרגיה, ולכן $\Delta H$ ⁠ שלילי: $\Delta H = -802\ \mathrm{kJ}$ ⁠ לבעירת מול מתאן. תגובה קולטת חום מקבלת $\Delta H$ ⁠ חיובי.
- 6114 kJ ± 3 kJ
  טעות נפוצה: Thinks breaking a chemical bond releases energy.
  משוב מהקטלוג
  שבירת קשר תמיד דורשת אנרגיה: האטומים מושכים זה את זה, וצריך לעבוד כדי להפריד ביניהם, כמו לנתק שני מגנטים. אנרגיה משתחררת כשקשרים חדשים נוצרים. בבעירה החום בא מכך שהקשרים בתוצרים, $\mathrm{C=O}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O-H}$ ⁠, חזקים יותר מהקשרים שנשברו.
משוב לתשובה נכונה
$\Delta H = 2648 - 3466 = -818\ \mathrm{kJ}$ ⁠: התגובה פולטת חום, כי הקשרים החדשים חזקים יותר. זה קרוב מאוד ל־802 kJ שהלהבה בסצנה פולטת.

רמז
$\Delta H = \text{(energy to break)} - \text{(energy released making)}$ ⁠.

פתרון מלא
1. $\Delta H = \sum E(\text{bonds broken}) - \sum E(\text{bonds made})$ ⁠.
2. הצבה: $\Delta H = 2648 - 3466$ ⁠.
3. $\Delta H = -818\ \mathrm{kJ}$ ⁠.
אם עניתם $+818$ ⁠, חיסרתם בסדר הפוך. אם חיברתם את שני המספרים, $6114$ ⁠, התייחסתם לשבירה כאילו גם היא פולטת אנרגיה.
שלב 5 מתוך 6
לפתוח את השלב
ממוצעים
תרגול · בחרו
השאלה
לפי אנרגיות הקשר יצא $\Delta H = -818\ \mathrm{kJ}$ ⁠, אבל מדידה של בעירת מתאן נותנת $-802\ \mathrm{kJ}$ ⁠. מאיפה ההפרש?

התשובה הנכונה
- נכונה אנרגיות הקשר בטבלה הן ממוצעים על פני מולקולות רבות, ולא הערכים המדויקים במתאן, בחמצן ובמים
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
להבה
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה אנרגיות הקשר בטבלה הן ממוצעים על פני מולקולות רבות, ולא הערכים המדויקים במתאן, בחמצן ובמים
- שגויה חלק מהאנרגיה נהרס בלהבה
  טעות נפוצה: Thinks some energy is destroyed or used up in a reaction, so it gives out less than it should.
  משוב מהקטלוג
  אנרגיה לא נהרסת: היא רק עוברת ממקום למקום. כל מה שהחומרים מאבדים בבעירה יוצא לסביבה כחום וכאור. אם חישוב לפי אנרגיות קשר נותן מספר שונה מהמדידה, הסיבה היא שאנרגיות הקשר בטבלה הן ממוצעים על פני הרבה מולקולות שונות, ולא הערכים המדויקים במולקולות של התגובה.
- שגויה צריך להחסיר גם את אנרגיית השפעול
  טעות נפוצה: Confuses the activation energy with the energy the reaction gives out (ΔH).
  משוב מהקטלוג
  אלה שני גדלים שונים בפרופיל האנרגיה. אנרגיית השפעול היא הגובה של הגבעה מעל המגיבים: כמה אנרגיה צריך כדי להתחיל. שינוי האנתלפיה, $\Delta H$ ⁠, הוא ההפרש בין הגובה של התוצרים לגובה של המגיבים: כמה התגובה פולטת או קולטת בסוף. תגובה יכולה לפלוט הרבה ועדיין להיות איטית מאוד, אם הגבעה גבוהה.
משוב לתשובה נכונה
ערך כמו 413 kJ/mol הוא ממוצע של קשרי $\mathrm{C-H}$ ⁠ בהרבה מולקולות שונות, וכל אחת מעט שונה. לכן חישוב לפי אנרגיות קשר הוא הערכה טובה, בטווח של כמה אחוזים, ולא תוצאה מדויקת.

רמז
קשר $\mathrm{C-H}$ ⁠ במתאן וקשר $\mathrm{C-H}$ ⁠ בסוכר: האם הם בדיוק אותו קשר?

פתרון מלא
1. האנרגיה של קשר תלויה בשכנים שלו: קשר $\mathrm{C-H}$ ⁠ במתאן שונה מעט מקשר $\mathrm{C-H}$ ⁠ באתאן.
2. טבלאות נותנות ממוצע, ולכן החישוב משוער: $-818$ ⁠ לעומת $-802$ ⁠, הפרש של $2\%$ ⁠.
3. אנרגיה לא נהרסת, ואנרגיית השפעול לא נכנסת ל־ $\Delta H$ ⁠: מה שנכנס לגבעה יוצא בירידה ממנה.
שלב 6 מתוך 6
לפתוח את השלב
עוד תגובה
תרגול · חשבו
השאלה
מימן וכלור מגיבים: $\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl}$ ⁠. אנרגיות קשר, ב־kJ/mol: $\mathrm{H-H}$ ⁠ 436, $\mathrm{Cl-Cl}$ ⁠ 243, $\mathrm{H-Cl}$ ⁠ 432. מהו $\Delta H$ ⁠ של התגובה, עם הסימן?

התשובה הנכונה
-185 kJ ± 2 kJ
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרימת הגז
4 cm³/s
חמצן באוויר
21 %
ערפל מים
0 mg/s
התקרבות למולקולות
להבה
מתקבלת בטווח
± 2 kJ
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 247 kJ ± 2 kJ
  טעות נפוצה: Counts the bonds of one molecule of each substance, forgetting the coefficients of the equation.
  משוב מהקטלוג
  המקדמים אומרים כמה מולקולות מכל חומר משתתפות, וכל מולקולה מביאה את כל הקשרים שלה. ב־ $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$ ⁠ נשברים שני קשרים $\mathrm{O=O}$ ⁠ ונוצרים ארבעה קשרים $\mathrm{O-H}$ ⁠, שניים בכל אחת משתי מולקולות המים. כתבו רשימה: מספר הקשרים מכל סוג, כפול האנרגיה שלו.
- 185 kJ ± 2 kJ
  טעות נפוצה: Gives ΔH a positive sign for a reaction that gives out heat.
  משוב מהקטלוג
  $\Delta H$ ⁠ נמדד מנקודת המבט של החומרים: אנרגיית התוצרים פחות אנרגיית המגיבים. כשתגובה פולטת חום, לחומרים נשארת פחות אנרגיה, ולכן $\Delta H$ ⁠ שלילי: $\Delta H = -802\ \mathrm{kJ}$ ⁠ לבעירת מול מתאן. תגובה קולטת חום מקבלת $\Delta H$ ⁠ חיובי.
משוב לתשובה נכונה
$\Delta H = (436 + 243) - 2 \times 432 = 679 - 864 = -185\ \mathrm{kJ}$ ⁠. תערובת של מימן וכלור מתפוצצת באור חזק: אור נותן את אנרגיית השפעול, והתגובה פולטת חום.

רמז
נוצרות שתי מולקולות $\mathrm{HCl}$ ⁠.

פתרון מלא
1. נשברים: $\mathrm{H-H}$ ⁠ אחד ו־ $\mathrm{Cl-Cl}$ ⁠ אחד: $436 + 243 = 679$ ⁠.
2. נוצרים: שני $\mathrm{H-Cl}$ ⁠: $2 \times 432 = 864$ ⁠.
3. $\Delta H = 679 - 864 = -185\ \mathrm{kJ}$ ⁠.
אם יצא לכם $+247$ ⁠, ספרתם קשר $\mathrm{H-Cl}$ ⁠ אחד, ושכחתם את המקדם $2$ ⁠.

בכל היחידה · 16 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

תורת ההתנגשויות

מולקולות צריכות להיפגש

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

בקבוק צפוף יותר

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

לדלל

השאלה

המטרה

הסצנה בשלב הזה

הגדרה אחת שמגיעה למטרה

רמז

פתרון מלא

לחמם

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

המעטים שיש להם מספיק

השאלה

המטרה

הסצנה בשלב הזה

הגדרה אחת שמגיעה למטרה

רמז

פתרון מלא

למה חימום עובד

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

אנרגיית שפעול וזרזים

המחסום

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

להכניס את הפלטינה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

גבעה נמוכה יותר

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

לחמם במקום

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

לא נגמר

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

תגובות פולטות וקולטות חום