Kafli 16 - Æfingar í lok kafla

Æfingar í lok kafla

16.1 Sjálfsprotti

Hvað er sjálfsprottið efnahvarf?

Hvað er ósjálfsprottið efnahvarf?

Tilgreindu hvort eftirfarandi ferli séu sjálfsprottin eða ósjálfsprottin.

(a) Fljótandi vatn frýs við hitastig undir frostmarki sínu

(b) Fljótandi vatn frýs við hitastig yfir frostmarki sínu

(c) Bruni bensíns

(d) Bolta er kastað upp í loftið

(e) Regndropi fellur til jarðar

(f) Járn ryðgar í röku andrúmslofti

Helíumfyllt blaðra tæmist sjálfkrafa yfir nótt þegar He-atóm flæða gegnum vegg blöðrunnar. Lýstu endurdreifingu efnis og/eða orku sem fylgir þessu ferli.

Mörg plastefni eru lífrænar fjölliður sem innihalda kolefni og vetni. Oxun þessara plastefna í lofti til að mynda koltvísýring og vatn er sjálfsprottið ferli; þó hafa plastefni tilhneigingu til að vera viðvarandi í umhverfinu. Útskýrðu.

16.2 Óreiða

Í Mynd 16.8 eru sýndar allar mögulegar dreifingar og smáástönd fyrir fjórar mismunandi eindir sem deilast á milli tveggja kassa. Ákvarðaðu óreiðubreytinguna, ΔS, ef eindunum er í upphafi jafnt dreift á milli kassanna tveggja, en við endurdreifingu enda þær allar í kassa (b).

Í Mynd 16.8 eru sýndar allar mögulegar dreifingar og smáástönd fyrir fjórar mismunandi eindir sem deilast á milli tveggja kassa. Ákvarðaðu óreiðubreytinguna, ΔS, fyrir kerfið þegar því er breytt úr dreifingu (b) í dreifingu (d).

Hvernig tengist ferlið sem lýst er í fyrri lið kerfinu sem sýnt er í m68816?

Hugleiddu kerfi svipað því sem er í Mynd 16.8, nema hvað það inniheldur sex eindir í stað fjögurra. Hverjar eru líkurnar á því að allar eindirnar séu í aðeins öðrum hvorum kassanum? Berðu þetta saman við svipaðar líkur fyrir kerfið með fjórum eindum sem við höfum leitt út að séu jafnar ${\frac{1}{8}.}$ Hvað segir þessi samanburður okkur um enn stærri kerfi?

Hugleiddu kerfið sem sýnt er í Mynd 16.9. Hver er óreiðubreytingin fyrir ferlið þar sem orkan er í upphafi aðeins tengd eind A, en í lokaástandinu dreifist orkan á milli tveggja mismunandi einda?

Hugleiddu kerfið sem sýnt er í Mynd 16.9. Hver er óreiðubreytingin fyrir ferlið þar sem orkan er í upphafi tengd eindum A og B, og orkan dreifist á milli tveggja einda í mismunandi kössum (önnur í A-B, hin í C-D)?

Raðaðu eftirfarandi mengjum kerfa í röð vaxandi óreiðu. Gerðu ráð fyrir einu móli af hverju efni og sama hitastigi fyrir hvern meðlim mengis.

(a) H₂(g), HBrO₄(g), HBr(g)

(b) H₂O(l), H₂O(g), H₂O(s)

(c) He(g), Cl₂(g), P₄(g)

Við stofuhita eykst óreiða halógenanna úr I₂ í Br₂ í Cl₂. Útskýrðu.

Skoðaðu tvö ferli: þurrgufun I₂(s) og bráðnun I₂(s) (Athugið: síðarnefnda ferlið getur átt sér stað við sama hitastig en nokkuð hærri þrýsting).

${{\text{I}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, {\text{I}}_{2}(g)}$

${{\text{I}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, {\text{I}}_{2}(l)}$

Er ΔS jákvætt eða neikvætt í þessum ferlum? Í hvoru ferlinu verður stærð óreiðubreytingarinnar meiri?

Tilgreindu hvort efnið í gefnum pörum hefur hærra óreiðugildi. Útskýrðu val þitt.

(a) C₂H₅OH(l) eða C₃H₇OH(l)

(b) C₂H₅OH(l) eða C₂H₅OH(g)

(c) 2H(g) eða H(g)

Spáðu fyrir um formerki óreiðubreytingarinnar fyrir eftirfarandi ferli.

(a) Ísmoli er hitaður nálægt bræðslumarki sínu.

(b) Andað loft myndar móðu á köldum morgni.

(c) Snjór bráðnar.

Spáðu fyrir um formerki óreiðubreytingarinnar fyrir eftirfarandi ferli. Rökstyddu spá þína.

(a) ${{{\text{Na}}}^{{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{{−}}(aq)\, \longrightarrow \, \text{NaCl}(s)}$

(b) ${2\text{Fe}(s)+\frac{3}{2}{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{2}(s)}$

(c) ${2{\text{C}}_{6}{\text{H}}_{{14}}(l)+19{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 14{\text{H}}_{2}\text{O}(g)+12{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

Skrifaðu stillta efnajöfnu fyrir bruna metans, CH₄(g), sem myndar koldíoxíð og vatnsgufu. Útskýrðu hvers vegna erfitt er að spá fyrir um hvort ΔS sé jákvætt eða neikvætt fyrir þetta efnahvarf.

Skrifaðu stillta efnajöfnu fyrir bruna bensens, C₆H₆(l), sem myndar koldíoxíð og vatnsgufu. Myndir þú búast við að ΔS væri jákvætt eða neikvætt í þessu ferli?

16.3 Annað og þriðja lögmál varmafræðinnar

Hver er munurinn á ΔS og ΔS° fyrir efnabreytingu?

Reiknið ${\text{Δ}S\text{°}}$ fyrir eftirfarandi breytingar.

(a) ${{{\text{SnCl}}}_{4}(l)\, \longrightarrow \, {{\text{SnCl}}}_{4}(g)}$

(b) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CS}}}_{2}(l)}$

(c) ${\text{Cu}(s)\, \longrightarrow \, \text{Cu}(g)}$

(d) ${{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, {\text{H}}_{2}\text{O}(g)}$

(e) ${2{\text{H}}_{2}(g)+{{\text{O}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{\text{H}}_{2}\text{O}(l)}$

(f) ${2\text{HCl}(g)+\text{Pb}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{PbCl}}}_{2}(s)+{\text{H}}_{2}(g)}$

(g) ${\text{Zn}(s)+{{\text{CuSO}}}_{4}(s)\, \longrightarrow \, \text{Cu}(s)+{{\text{ZnSO}}}_{4}(s)}$

Ákvarðið óreiðubreytinguna fyrir bruna fljótandi etanóls, C₂H₅OH, við staðalaðstæður þar sem myndast loftkenndur koltvísýringur og fljótandi vatn.

Ákvarðið óreiðubreytinguna fyrir bruna loftkennds própans, C₃H₈, við staðalaðstæður þar sem myndast loftkenndur koltvísýringur og vatn.

„Termít“-efnahvörf hafa verið notuð til að sjóða saman málmhluta eins og járnbrautarteina og við málmhreinsun. Eitt slíkt termít-efnahvarf er ${{{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+2\text{Al}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Al}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+2\text{Fe}(s).}$ Er efnahvarfið sjálfsprottið við stofuhita við staðalaðstæður? Við efnahvarfið gleypir umhverfið 851,8 kJ/mól af varma.

Notið viðeigandi ${S\text{°}}$ gildi úr Appendix G til að reikna út ${{{\text{Δ}S\text{°}}}_{298}}$ fyrir eftirfarandi breytingar:

(a) ${{\text{N}}_{2}(g)+3{\text{H}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{{\text{NH}}}_{3}(g)}$

(b) ${{\text{N}}_{2}(g)+\, \frac{5}{2}{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{N}}_{2}{\text{O}}_{5}(g)}$

Ákvarðið ${\text{Δ}S\text{°}}$ fyrir eftirfarandi út frá neðangreindum upplýsingum:

${\text{N}(g)+\text{O}(g)\, \longrightarrow \, \text{NO}(g)\, \text{Δ}S\text{°}=?}$

${{\text{N}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{NO}(g)\, \text{Δ}S\text{°}=\text{24,8 J/K}}$

${{\text{N}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{N}(g)\, \text{Δ}S\text{°}=\text{115,0 J/K}}$

${{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{O}(g)\, \text{Δ}S\text{°}=\text{117,0 J/K}}$

Með því að reikna ΔS_univ við hvort hitastig, ákvarðaðu hvort bráðnun á 1 móli af NaCl(s) sé sjálfsprottið ferli við 500 °C og við 700 °C.
${{S}_{{\text{NaCl}(s)}}^{^{\circ}}=72,11\frac{\text{J}}{{\text{mol·K}}}\, {S}_{{\text{NaCl}(l)}}^{^{\circ}}=95,06\, \frac{\text{J}}{{\text{mol·K}}}\, \text{Δ}{H}_{{\text{fusion}}}^{^{\circ}}=\text{27,95 kJ/mol}}$

Hvaða forsendur eru gefnar um varmafræðilegu upplýsingarnar (óreiðu- og entalpíugildi) sem notaðar eru til að leysa þetta dæmi?

Notið staðalóreiðugögn í viðauka G til að ákvarða óreiðubreytinguna fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa. Öll ferlin eiga sér stað við staðalaðstæður og 25 °C.

(a) ${{{\text{MnO}}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, \text{Mn}(s)+{\text{O}}_{2}(g)}$

(b) ${{\text{H}}_{2}(g)+{{\text{Br}}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, \text{2HBr}(g)}$

(c) ${\text{Cu}(s)+\text{S}(g)\, \longrightarrow \, \text{CuS}(s)}$

(d) ${\text{2LiOH}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Li}}}_{2}{{\text{CO}}}_{3}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)}$

(e) ${{{\text{CH}}}_{4}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{C}(s,\, \text{grafít})+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(g)}$

(f) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)+{{\text{3Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+{\text{S}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

Notið staðalóreiðugögn í viðauka G til að ákvarða óreiðubreytinguna fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa. Öll ferlin eiga sér stað við staðalaðstæður og 25 °C.

(a) ${\text{C}(s\text{, grafít})+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(b) ${{\text{O}}_{2}(g)+{\text{N}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2NO}(g)}$

(c) ${\text{2Cu}(s)+\text{S}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Cu}}}_{2}\text{S}(s)}$

(d) ${\text{CaO}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, \text{Ca}{{(\text{OH})}}_{2}(s)}$

(e) ${{{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+\text{3CO}(g)\, \longrightarrow \, \text{2Fe}(s)+{{\text{3CO}}}_{2}(g)}$

(f) ${{{\text{CaSO}}}_{4}\text{·}{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{CaSO}}}_{4}(s)+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(g)}$

16.4 Frjáls orka

Hver er munurinn á ΔG og ΔG° fyrir efnabreytingu?

Efnahvarf hefur ${\text{Δ}H\text{°}}$ = 100 kJ/mól og ${\text{Δ}S\text{°}=\text{250 J/mol·K.}}$ Er efnahvarfið sjálfgengt við stofuhita? Ef ekki, við hvaða hitastigsaðstæður verður það sjálfgengt?

Útskýrðu hvað gerist þegar efnahvarf byrjar með ΔG < 0 (neikvætt) og nær því stigi þar sem ΔG = 0.

Notaðu staðalmyndunarfríorkugögnin í Appendix G til að ákvarða fríorkubreytinguna fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa, sem framkvæmd eru við staðalaðstæður og 25 °C. Tilgreindu hvort hvert þeirra sé sjálfgengt eða ósjálfgengt við þessar aðstæður.

(a) ${{{\text{MnO}}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, \text{Mn}(s)+{\text{O}}_{2}(g)}$

(b) ${{\text{H}}_{2}(g)+{{\text{Br}}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, \text{2HBr}(g)}$

(c) ${\text{Cu}(s)+\text{S}(g)\, \longrightarrow \, \text{CuS}(s)}$

(d) ${\text{2LiOH}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Li}}}_{2}{{\text{CO}}}_{3}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)}$

(e) ${{{\text{CH}}}_{4}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{C}(s,\, \text{grafít})+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(g)}$

(f) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)+{{\text{3Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+{\text{S}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

Notaðu staðalfríorkugögnin í Appendix G til að ákvarða fríorkubreytinguna fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa, sem framkvæmd eru við staðalaðstæður og 25 °C. Tilgreindu hvort hvert þeirra sé sjálfgengt eða ósjálfgengt við þessar aðstæður.

(a) ${\text{C}(s\text{, grafít})+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(b) ${{\text{O}}_{2}(g)+{\text{N}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2NO}(g)}$

(c) ${\text{2Cu}(s)+\text{S}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Cu}}}_{2}\text{S}(s)}$

(d) ${\text{CaO}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, \text{Ca}{{(\text{OH})}}_{2}(s)}$

(e) ${{{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+\text{3CO}(g)\, \longrightarrow \, \text{2Fe}(s)+{{\text{3CO}}}_{2}(g)}$

(f) ${{{\text{CaSO}}}_{4}\text{·}{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{CaSO}}}_{4}(s)+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(g)}$

Gefið:
${{\text{P}}_{4}(s)+{{\text{5O}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{P}}_{4}{\text{O}}_{{10}}(s)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−2697,0 kJ/mol}}$
${{{\text{2H}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2H}}}_{2}\text{O}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−457,18 kJ/mol}}$
${{{\text{6H}}}_{2}\text{O}(g)+{\text{P}}_{4}{\text{O}}_{{10}}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{4H}}}_{3}{{\text{PO}}}_{4}(l)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−428,66 kJ/mol}}$

(a) Ákvarðaðu staðalmyndunarfríorkuna, ${\text{Δ}{G}_{\text{f}}^{^{\circ}},}$ fyrir fosfórsýru.

(b) Hvernig stenst útreiknuð niðurstaða þín samanburð við gildið í Appendix G? Útskýrðu.

Er myndun ósons (O₃(g)) úr súrefni (O₂(g)) sjálfgeng við stofuhita við staðalaðstæður?

Lítum á niðurbrot rauðs kvikasilfurs(II)oxíðs við staðalaðstæður.
${\text{2HgO}(s,\, \text{red})\, \longrightarrow \, \text{2Hg}(l)+{\text{O}}_{2}(g)}$

(a) Er niðurbrotið sjálfgengt við staðalaðstæður?

(b) Yfir hvaða hitastigi verður efnahvarfið sjálfgengt?

Meðal annars ætti kjörið eldsneyti fyrir stýriþrýsta geimfars að brotna niður í sjálfgengu útvermnu efnahvarfi þegar það kemst í snertingu við viðeigandi hvata. Metið eftirfarandi efni við staðalaðstæður sem hentuga kandídata fyrir eldsneyti.

(a) Ammoníak: ${{{\text{2NH}}}_{3}(g)\, \longrightarrow \, {\text{N}}_{2}(g)+{{\text{3H}}}_{2}(g)}$

(b) Díbóran: ${{\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}(g)\, \longrightarrow \, \text{2B}(g)+{{\text{3H}}}_{2}(g)}$

(c) Hýdrasín: ${{\text{N}}_{2}{\text{H}}_{4}(g)\, \longrightarrow \, {\text{N}}_{2}(g)+{{\text{2H}}}_{2}(g)}$

(d) Vetnisperoxíð: ${{\text{H}}_{2}{\text{O}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, {\text{H}}_{2}\text{O}(g)+\, \frac{1}{2}{\text{O}}_{2}(g)}$

Reiknaðu ΔG° fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa út frá jafnvægisfastanum við gefið hitastig.

(a) ${{\text{N}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2NO}(g)\, \text{T}=2000\, \text{°C}\, {K}_{p}=4,1\, \times \, {{10}}^{{\text{−4}}}}$

(b) ${{\text{H}}_{2}(g)+{\text{I}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2HI}(g)\, \text{T}=400\, \text{°C}\, {K}_{p}=50,0}$

(c) ${{{\text{CO}}}_{2}(g)+{\text{H}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{CO}(g)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)\, \text{T}=980\, \text{°C}\, {K}_{p}=1,67}$

(d) ${{{\text{CaCO}}}_{3}(s)\, \longrightarrow \, \text{CaO}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \text{T}=900\, \text{°C}\, {K}_{p}=1,04}$

(e) ${\text{HF}(aq)+{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, {\text{H}}_{3}{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{F}}^{\text{−}}(aq)\, \text{T}=25\, \text{°C}\, {K}_{a}=7,2\, \times \, {{10}}^{{\text{−4}}}}$

(f) ${\text{AgBr}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Ag}}}^{\text{+}}(aq)+{{\text{Br}}}^{\text{−}}(aq)\, \text{T}=25\, \text{°C}\, {K}_{sp}=3,3\, \times \, {{10}}^{{\text{−13}}}}$

Reiknaðu ΔG° fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa út frá jafnvægisfastanum við gefið hitastig.

(a) ${{{\text{Cl}}}_{2}(g)+{{\text{Br}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2BrCl}(g)\, \text{T}=25\, \text{°C}\, {K}_{p}=4,7\, \times \, {{10}}^{{\text{−2}}}}$

(b) ${{{\text{2SO}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, ⇌\, {{\text{2SO}}}_{3}(g)\, \text{T}=500\, \text{°C}\, {K}_{p}=48,2}$

(c) ${{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, ⇌\, {\text{H}}_{2}\text{O}(g)\, \text{T}=60\, \text{°C}\, {K}_{p}=\text{0,196}}$

(d) ${\text{CoO}(s)+\text{CO}(g)\, ⇌\, \text{Co}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \text{T}=550\, \text{°C}\, {K}_{p}=4,90\, \times \, {{10}}^{2}}$

(e) ${{{\text{CH}}}_{3}{{\text{NH}}}_{2}(aq)+{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, {{\text{CH}}}_{3}{{\text{NH}}}_{3}^{\text{+}}(aq)+{{\text{OH}}}^{\text{−}}(aq)\, \text{T}=25\, \text{°C}\, {K}_{b}=4,4\, \times \, {{10}}^{{\text{−4}}}}$

(f) ${{{\text{PbI}}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Pb}}}^{{2+}}(aq)+{{\text{2I}}}^{\text{−}}(aq)\, \text{T}=25\, \text{°C}\, {K}_{sp}=8,7\, \times \, {{10}}^{{\text{−9}}}}$

Reiknið jafnvægisfastann við 25 °C fyrir hvert eftirfarandi efnahvarf út frá gefnu gildi ΔG°.

(a) ${{\text{O}}_{2}(g)+{{\text{2F}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2OF}}}_{2}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−9,2 kJ}}$

(b) ${{\text{I}}_{2}(s)+{{\text{Br}}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, \text{2IBr}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{7,3 kJ}}$

(c) ${\text{2LiOH}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Li}}}_{2}{{\text{CO}}}_{3}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−79 kJ}}$

(d) ${{\text{N}}_{2}{\text{O}}_{3}(g)\, \longrightarrow \, \text{NO}(g)+{{\text{NO}}}_{2}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−1,6 kJ}}$

(e) ${{{\text{SnCl}}}_{4}(l)\, \longrightarrow \, {{\text{SnCl}}}_{4}(l)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{8,0 kJ}}$

Reiknið jafnvægisfastann við 25 °C fyrir hvert eftirfarandi efnahvarf út frá gefnu gildi ΔG°.

(a) ${{\text{I}}_{2}(s)+{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2ICl}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−10,88 kJ}}$

(b) ${{\text{H}}_{2}(g)+{\text{I}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, \text{2HI}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{3,4 kJ}}$

(c) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)+{{\text{3Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+{\text{S}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−39 kJ}}$

(d) ${{{\text{2SO}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2SO}}}_{3}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−141,82 kJ}}$

(e) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CS}}}_{2}(l)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−1,88 kJ}}$

Reiknið jafnvægisfastann við gefið hitastig.

(a) ${{\text{O}}_{2}(g)+{{\text{2F}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2F}}}_{2}\text{O}(g)\, (\text{T}=100\, \text{°C})}$

(b) ${{\text{I}}_{2}(s)+{{\text{Br}}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, \text{2IBr}(g)\, (\text{T}=0,0\, \text{°C})}$

(c) ${\text{2LiOH}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Li}}}_{2}{{\text{CO}}}_{3}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)\, (\text{T}=575\, \text{°C})}$

(d) ${{\text{N}}_{2}{\text{O}}_{3}(g)\, \longrightarrow \, \text{NO}(g)+{{\text{NO}}}_{2}(g)\, (\text{T}=−10,0\, \text{°C})}$

(e) ${{{\text{SnCl}}}_{4}(l)\, \longrightarrow \, {{\text{SnCl}}}_{4}(g)\, (\text{T}=200\, \text{°C})}$

Reiknið jafnvægisfastann við gefið hitastig.

(a) ${{\text{I}}_{2}(s)+{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2ICl}(g)\, (\text{T}=100\, \text{°C})}$

(b) ${{\text{H}}_{2}(g)+{\text{I}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, \text{2HI}(g)\, (\text{T}=0,0\, \text{°C})}$

(c) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)+{{\text{3Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+{\text{S}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, (\text{T}=125\, \text{°C})}$

(d) ${{{\text{2SO}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2SO}}}_{3}(g)\, (\text{T}=675\, \text{°C})}$

(e) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CS}}}_{2}(l)\, (\text{T}=90\, \text{°C})}$

Lítum á eftirfarandi efnahvarf við 298 K:
${{\text{N}}_{2}{\text{O}}_{4}(g)\, ⇌\, {{\text{2NO}}}_{2}(g)\, {K}_{P}=0,142}$

Hver er staðalbreytingin á frjálsri orku við þetta hitastig? Lýsið hvað gerist með upphafskerfið, þar sem hvarfefni og myndefni eru í staðalaðstæðum, þegar það nálgast jafnvægi.

Ákvarðið venjulegt suðumark (í kelvin) díklórmetans, CH₂Cl₂. Finnið raunverulegt suðumark með því að nota internetið eða aðra heimild og reiknið prósentuskekkjuna í hitastiginu. Útskýrið muninn, ef einhver er, á milli þessara tveggja gilda.

Við hvaða aðstæður er ${{\text{N}}_{2}{\text{O}}_{3}(g)\, \longrightarrow \, \text{NO}(g)+{{\text{NO}}}_{2}(g)}$ sjálfgengt?

Við stofuhita er jafnvægisfastinn (K_w) fyrir sjálfjónun vatns 1,00 $\times$ 10⁻¹⁴. Notið þessar upplýsingar til að reikna út staðalbreytingu á frjálsri orku fyrir vatnslausn þar sem vetnisjón hvarfast við hýdroxíðjón og myndar vatn. (Vísbending: Efnahvarfið er andhverfa sjálfjónunarhvarfsins.)

Brennisteinsvetni er mengunarefni sem finnst í náttúrulegu gasi. Eftir að það hefur verið fjarlægt er því breytt í brennistein með efnahvarfinu ${{{\text{2H}}}_{2}\text{S}(g)+{{\text{SO}}}_{2}(g)\, ⇌\, \frac{3}{8}{\text{S}}_{8}(s,\, \text{rhombic})+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(l).}$ Hver er jafnvægisfastinn fyrir þetta efnahvarf? Er efnahvarfið innvermið eða útvermið?

Hugleiddu niðurbrot CaCO₃(s) í CaO(s) og CO₂(g). Hver er jafnvægishlutþrýstingur CO₂ við stofuhita?

Á rannsóknarstofu sleppa vetnisklóríð (HCl(g)) og ammoníak (NH₃(g)) oft úr flöskum með lausnum sínum og hvarfast og mynda ammóníumklóríð (NH₄Cl(s)), hvíta gljáann sem oft sést á glervörum. Að því gefnu að mólfjöldi hvers gass sem sleppur út í herbergið sé sá sami, hver er þá hámarkshlutþrýstingur HCl og NH₃ á rannsóknarstofunni við stofuhita? (Vísbending: Hlutþrýstingarnir verða jafnir og eru í hámarksgildi sínu þegar jafnvægi er náð.)

Hægt er að framleiða bensen úr asetýleni. ${{{\text{3C}}}_{2}{\text{H}}_{2}(g)\, ⇌\, {\text{C}}_{6}{\text{H}}_{6}(g).}$ Ákvarðaðu jafnvægisfastann við 25 °C og við 850 °C. Er efnahvarfið sjálfgengt við annað hvort þessara hitastiga? Hvers vegna finnst ekki allt asetýlen sem bensen?

Koldíoxíð brotnar niður í CO og O₂ við hækkað hitastig. Hver er jafnvægishlutþrýstingur súrefnis í sýni við 1000 °C þar sem upphafsþrýstingur CO₂ var 1,15 atm?

Koltetraklóríð, mikilvægur iðnaðarleysir, er framleitt með klórun metans við 850 K.
${{{\text{CH}}}_{4}(g)+{{\text{4Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+\text{4HCl}(g)}$

Hver er jafnvægisfastinn fyrir efnahvarfið við 850 K? Þyrfti að hita eða kæla hvarfílátið til að halda hitastigi efnahvarfsins stöðugu?

Ediksýra, CH₃CO₂H, getur myndað tvíliðu, (CH₃CO₂H)₂, í gasfasa.
${{{\text{2CH}}}_{3}{{\text{CO}}}_{2}\text{H}(g)\, \longrightarrow \, {({\text{CH}}3{{\text{CO}}}_{2}\text{H})}2(g)}$

Tvíliðunni er haldið saman af tveimur vetnistengjum með heildarstyrk 66,5 kJ á hvert mól tvíliðu.

This Lewis structure shows a six-sided ring structure composed of a methyl group single bonded to a carbon, which is double bonded to an oxygen atom in an upward position and single bonded to an oxygen atom in a downward position. The lower oxygen is single bonded to a hydrogen, which is connected by a dotted line to an oxygen that is double bonded to a carbon in an upward position. This carbon is single bonded to a methyl group to its right and to an oxygen in the upward position that is single bonded to a hydrogen that is connected by a dotted line to the double bonded oxygen on the left.

Við 25 °C er jafnvægisfastinn fyrir tvíliðunina 1,3 $\times$ 10³ (þrýstingur í atm). Hvað er ΔS° fyrir efnahvarfið?

Ákvarðaðu ΔG° fyrir eftirfarandi efnahvörf.

(a) Antímonpentaklóríð brotnar niður við 448 °C. Efnahvarfið er:
${{{\text{SbCl}}}_{5}(g)\longrightarrow {{\text{SbCl}}}_{3}(g)+{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

Jafnvægisblanda í 5,00 L flösku við 448 °C inniheldur 3,85 g af SbCl₅, 9,14 g af SbCl₃ og 2,84 g af Cl₂.

(b) Klórsameindir sundrast samkvæmt þessu efnahvarfi:
${{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{Cl}(g)}$

1,00% af Cl₂ sameindum sundrast við 975 K og þrýsting upp á 1,00 atm.

Að því gefnu að ${\text{Δ}{G}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ fyrir Pb²⁺(aq) og Cl⁻(aq) sé −24,3 kJ/mól og −131,2 kJ/mól í sömu röð, ákvarðaðu leysnimargfeldið, K_sp, fyrir PbCl₂(s).

Ákvarðaðu staðalfríorkubreytinguna, ${\text{Δ}{G}_{\text{f}}^{^{\circ}},}$ fyrir myndun S²⁻(aq) að því gefnu að ${\text{Δ}{G}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ fyrir Ag⁺(aq) og Ag₂S(s) séu 77,1 kJ/mól og −39,5 kJ/mól í sömu röð, og leysnimargfeldið fyrir Ag₂S(s) sé 8 $\times$ 10⁻⁵¹.

Ákvarðaðu staðalvermisbreytingu, óreiðubreytingu og fríorkubreytingu fyrir umbreytingu demants í grafít. Ræddu um sjálfgengi umbreytingarinnar með tilliti til vermis- og óreiðubreytinga. Útskýrðu hvers vegna ekki sést að demantur breytist sjálfkrafa í grafít.

Uppgufun eins móls af vatni við 298 K hefur staðalfríorkubreytingu upp á 8,58 kJ.
${{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, ⇌\, {\text{H}}_{2}\text{O}(g)\, \text{Δ}G\text{°}=\text{8,58 kJ}}$

(a) Er uppgufun vatns við staðlaðar varmafræðilegar aðstæður sjálfgeng?

(b) Ákvarðaðu jafnvægisfastann, K_P, fyrir þetta eðlisfræðilega ferli.

(c) Með því að reikna út ΔG, ákvarðaðu hvort uppgufun vatns við 298 K sé sjálfgeng þegar hlutþrýstingur vatns, ${{P}_{{\text{H}2}\text{O}},}$ er 0,011 atm.

(d) Ef uppgufun vatns væri alltaf ósjálfgeng við stofuhita myndi blautur þvottur aldrei þorna utandyra. Til þess að þvottur þorni, hvað verður gildi ${{P}_{{\text{H}2}\text{O}}}$ í loftinu að vera?

Í glýkólýsu krefst efnahvarf glúkósa (Glu) til að mynda glúkósa-6-fosfat (G6P) að ATP sé til staðar eins og lýst er með eftirfarandi jöfnu:
${\text{Glu}+\text{ATP}\, \longrightarrow \, \text{G6P}+\text{ADP}\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−17 kJ}}$

Í þessu ferli verður ATP að ADP, sem er tekið saman í eftirfarandi jöfnu:
${\text{ATP}\, \longrightarrow \, \text{ADP}\, \text{Δ}G\text{°}=\text{−30 kJ}}$

Ákvarðaðu staðalbreytingu á fríorku fyrir eftirfarandi efnahvarf og útskýrðu hvers vegna ATP er nauðsynlegt til að knýja þetta ferli áfram:
${\text{Glu}\, \longrightarrow \, \text{G6P}\, \text{Δ}G\text{°}=?}$

Eitt af mikilvægum efnahvörfum í lífefnafræðilega ferlinu glýkólýsu er efnahvarf glúkósa-6-fosfats (G6P) til að mynda frúktósa-6-fosfat (F6P):
${\text{G6P}\, ⇌\, \text{F6P}\, \text{Δ}G\text{°}=\text{1,7 kJ}}$

(a) Er efnahvarfið sjálfgengt eða ósjálfgengt við staðlaðar varmafræðilegar aðstæður?

(b) Staðlaðar varmafræðilegar aðstæður gefa í skyn að styrkur G6P og F6P sé 1 M, en í dæmigerðri frumu eru þeir ekki nálægt þessum gildum. Reiknaðu ΔG þegar styrkur G6P og F6P er 120 μM og 28 μM í sömu röð og ræddu sjálfgengi framhvarfsins við þessar aðstæður. Gerðu ráð fyrir að hitastigið sé 37 °C.

Án þess að gera tölulegan útreikning, ákvarðaðu hvað af eftirfarandi mun minnka breytingu á fríorku fyrir efnahvarfið, þ.e.a.s. gera hana minna jákvæða eða meira neikvæða, þegar hitastigið er aukið. Útskýrðu.

(a) ${{\text{N}}_{2}(g)+{{\text{3H}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2NH}}}_{3}(g)}$

(b) ${\text{HCl}(g)+{{\text{NH}}}_{3}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{NH}}}_{4}\text{Cl}(s)}$

(c) ${{({\text{NH}}4)}2{{\text{Cr}}}_{2}{\text{O}}_{7}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Cr}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+{{\text{4H}}}_{2}\text{O}(g)+{\text{N}}_{2}(g)}$

(d) ${\text{2Fe}(s)+{{\text{3O}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)}$

Þegar ammóníumklóríði er bætt í vatn og hrært, leysist það upp sjálfkrafa og lausnin sem myndast verður köld. Án þess að gera neina útreikninga, ályktaðu um formerki ΔG, ΔH og ΔS fyrir þetta ferli og rökstyddu val þitt.

Mikilvæg uppspretta kopars er úr kopargrýti, kalkósíti, sem er tegund af kopar(I)súlfíði. Við upphitun sundrast Cu₂S og myndar kopar og brennistein eins og lýst er með eftirfarandi jöfnu:
${{{\text{Cu}}}_{2}\text{S}(s)\, \longrightarrow \, \text{Cu}(s)+\text{S}(s)}$

(a) Ákvarðaðu ${\text{Δ}G\text{°}}$ fyrir sundrun Cu₂S(s).

(b) Efnahvarf brennisteins og súrefnis gefur brennisteinsdíoxíð sem eina myndefnið. Skrifaðu jöfnu sem lýsir þessu efnahvarfi og ákvarðaðu ${\text{Δ}G\text{°}}$ fyrir ferlið.

(c) Framleiðsla kopars úr kalkósíti er framkvæmd með því að rista Cu₂S í lofti til að framleiða Cu. Með því að sameina jöfnurnar úr liðum (a) og (b), skrifaðu jöfnuna sem lýsir ristun kalkósíts og útskýrðu hvers vegna samtenging þessara efnahvarfa gerir ferlið við framleiðslu kopars skilvirkara.

Hvað gerist með ${\text{Δ}G}$ (verður neikvæðara eða jákvæðara) fyrir eftirfarandi efnahvörf þegar hlutþrýstingur súrefnis er aukinn?

(a) ${\text{S}(s)+{{\text{O}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{SO}}}_{2}(g)}$

(b) ${{\text{2SO}}_{2}(g)+{{\text{O}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2SO}}}_{3}(g)}$

(c) ${\text{HgO}(s)\, \longrightarrow \, {\text{Hg}}(l)+{{\text{O}}}_{2}(g)}$