En del reaktioner går snabbt andra långsamt: Vad är

advertisement
En del reaktioner går snabbt andra långsamt:
1.
2.
3.
4.
Vad är reaktionshastigheten? Det är läran om hur snabbt ämnen reagerar med varandra.
Reaktionshastigheten beror av flera faktore, vilka är det?
A. Reaktionshastigheten beror på Vilket ämnen som reagerar.
B. Reaktionshastigheten ökar med stigande temperatur.
C. Reaktionshastigheten ökar om koncentrationen för någon av reaktanterna ökas.
D. Reaktionshastigheten ökar i närvaro av en katalysator och minskar i närvaro av en inhibitor.
Vad krävs för att partiklar ska reagera med varandra?
Det krävs Kollision:
A. Partiklarna måste kolidera på rätt sätt för att kunna reagera med varandra.
B. Ju högre koncentration desto fler kollisioner.
C. Ju högre temperatur, desto fler energirika kollisioner.
Vad är aktiveringsenergi? Aktiverings energi är den energi som krävs för att 2 partiklar ska kunna reagera med varandra. När 2 partiklar har
reagerat med varandra så bildas ett aktiverat komplex.
Kemisk jämvikt- när motsatta reaktioner balanserar varandra:
1.
2.
3.
4.
Vad är en reversibel reaktion? det är reaktioner som kan gå i motsatta riktningar, (Reaktanter  produkter) och (Produkter reaktanter)
Vad är en kemisk jämvikt? Det är när reversibla reaktioner går till jämvikt. Jämvikt ställer in sig när både motsatta riktningar har samma hastighet.
När ett system är i jämvikt ändras inte koncentrationerna för de ämnen eller partiklar som deltar i reaktionen.
Vad är jämvikt konstanten(K)? K är beroende av temperaturen och är en karakteristisk konstant för reaktionen som används i jämviktsekvationen.
[𝐢]π‘Ÿ ∗[𝐷]𝑠
Skriv jämviktsekvationen? Jämviktsekvationen för reaktionen rA+qB ↔rC +sD gäller vid jämvikt : 𝐾 = [𝐴]𝑝 π‘ž (finns i formelsamlingen)
∗[𝐡]
Innan systemet uppnått jämvikt(K) så befinner reaktionen i ett startläge(Q). systemet blir jämvikt om koncentrationeskvoten Q, är lika med
jämviktskonstanten K. När jämvikt uppnås ändras inte koncentrationen längre.
5.
6.
7.
Förklara Le Chateliers principen? Om man gör en förändring i ett system i jämvikt, går nettoreaktionen så att ändringen motverkas.
Vad är nettoreaktion? om systemet inte är i jämvikt, sker en nettoreaktion (jämviktsförskjutning) som driver systemet mot jämvikt. Om man ändrar
koncentrationen av ett av ämnena i ett system som är redan i jämvikt så startas en nettoreaktion som motverkar ändringen. Det kan motverka en
påtvingad tryckändring eller temperaturändring.
Hur påverkar katalysator jämviktsläget? En katalysator för att en reversibel reaktion går till jämvikt snabbare men den ändrar aldrig jämviktens
läge.
Sammanfatning:
Reaktionshastigheten
1. Hur påverkas reaktionshastigheten om du sänker temperaturen på reaktionslösningen? Reaktionshastigheten minskar.
2. Du har 2 reaktionsblandningar, A och B. koncentrationen av dina reaktanter är lägre i B än A. i vilken blandning går reaktionen fortast? I
blandning A. Du får mest av det som finns mest av.
3. Du tillsätter en katalysator till en viss reaktionsblandning. Vad kommer det att hända? Reaktionshastigheten åt både höger & vänster kommer att
öka. Det påverkar dock inte hur stor mängd produkt som bildas. Endast hjälper att jämnviktsläget uppnås snabbare.
Viktigt: jämviktskonstanten är för att beräkna hur mycket som finns av ett visst ämne när jämvikt ställt in sig.
jämviktsekvationen
4. Vätejodid, HI, sönderfaller spontant till vätgas och jod enligt följande jämnviktsreaktion: ( 2HI ↔ H2+I2 ). Vilken enhet får jämviktskonstanten för
reaktionen?
[𝐢]π‘Ÿ ∗[𝐷]𝑠
[𝐻2 ]∗[𝐼2 ]
Svar: Med hjälper av ekvationen 𝐾 = [𝐴]𝑝 π‘ž tecknar vi jämviktskonstanten för reaktionen: K = [𝐻𝐼]
. eftersom alla koncentrationer har enheten
2
∗[𝐡]
𝑀∗𝑀
molar blir enheten för denna reaktion 2 = 1 i den här fallet är alltså K enhetslöst.
𝑀
5. Man förde in en viss mängd kolmonoxid och en lika stor mängd klorgas i en behållare på 10,0dm 3. När jämvikten hade ställt in sig, fann man att
det fanns 0,28 mol CO, 0,21 mol Cl, och 0,81 mol COCl2 i behållaren. Vilket var värdet på jämviktskonstanten K?
[π‘ͺ]𝒓 ∗[𝑫]𝒔
[π‘ͺ𝒐π‘ͺ𝒍 ]
Svar: vi börjar med att skriva reaktionsformeln: (CO+Cl2 ↔ COCl2) jämviktskonstanten blir då: 𝑲 = [𝑨]𝒑∗[𝑩]𝒒 = [π‚πŽ][π‘ͺπ’πŸ ] =
𝟐
πŸπŸ‘πŸ•, πŸ•πŸ“πŸ“πŸ (
π’Žπ’π’ −𝟏
π’…π’ŽπŸ‘
)
= 𝟏, πŸ’ ∗ 𝟏𝟎𝟐 𝑴−𝟏
𝟎,πŸ–πŸπ’Žπ’π’
𝟏𝟎,πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘
𝟎,πŸπŸ–π’Žπ’π’ 𝟎,πŸπŸπ’Žπ’π’
∗
𝟏𝟎,πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘ 𝟏𝟎,πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘
=
jämviktsekvationen
6. vid 700 °C är jämviktskonstanten K = 9,0 för följande reaktion: SO2 + NO2 ↔ SO3 +NO. Om du har 0,12 mol svaveltrioxid, 0,32 mol svaveldioxid
och 0,18 mol kvävedioxid i ett kärl på 40,0 dm3 vid jämvikt, hur stor substansmängd kvävemonooxid finns det då i kärlet?
Svar: vi vet att:
[π‘ͺ]𝒓 ∗ [𝑫]𝒔
[π‘Ίπ‘ΆπŸ ][𝐍𝐎]
Svaveltrioxid(SO3)=0,12mol
𝑲=
=
[𝑨]𝒑 ∗ [𝑩]𝒒 [π‘Ίπ‘ΆπŸ ][π‘΅π‘ΆπŸ ]
Svaveldioxid(SO2)=0,32mol
Kvävedioxid(NO2)=0,18mol
𝟎, πŸ‘πŸπ’Žπ’π’ 𝟎, πŸπŸ–π’Žπ’π’
K=9,0
∗
πŸ’πŸŽ, πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘ πŸ’πŸŽ, πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘
[𝐍𝐎] = πŸ—, 𝟎 ∗
= 𝟎, πŸπŸŽπŸ– π’Žπ’/π’…π’ŽπŸ‘
Volym= 40,0 dm3
𝟎, πŸπŸπ’Žπ’π’
πŸ’πŸŽ, πŸŽπ’…π’ŽπŸ‘
Volym
Koncentration
Vi vet Volym och har räknat koncentrationen, då kan vi räkna substans mängden:
𝑛
C=  n=C.V(finns i formelsamlingen)
𝑉
 n= 𝟎, πŸπŸŽπŸ–
π’Žπ’
π’…π’ŽπŸ‘
∗ 40,0 π’…π’ŽπŸ‘ = πŸ’, πŸ‘πŸπ’Žπ’π’
Förskjutning av jämviktsläget
7.dikvävetettraoxid,N2O4, är ett gasformigt ämne som sönderfaller i kvävedioxid, NO2, enligt följande reaktionfsformel: (N2O4 ↔ 2NO2). Vid ett
tillfälle förde man in 0,100 mol N2O4 i ett kärl med volymen 1,00dm2. När jämvikt hade ställt in sig, var koncentrationen NO2 = 0,12M. vilken var
jämviktskonstanten?
Svar: detta form av problem lösning har sammanfattat i Le Chateliers princip: när ett system i jämvikt rubbas, sker en reaktion, som motverkar rubbningen.
NO2 före = ej givet = 0
NO2 vid jämvikt= 0,12M
N2O4 före= 0,100mol/1,00dm3
N2O4 vid jämvikt= ?
Formeln(N2O4 ↔ 2NO2) säger oss att varje 2st NO2 ger oss
1st N2O4 . Om NO2 vid jämvikt har blivit 0,12M så har N2O4
förändrats med = 0,12M/2 =0,06M.
N2O4
Före reaktionen:
Förändring :
Vid jämvikt:
2NO2
0,100M
- 0,060M
= 0,040M
0
+0,120M
0,120M
=
Nu kan vi räkna ut jämviktskonstanten K:
𝑲=
[π‘ͺ]𝒓 ∗ [𝑫]𝒔 [π‘΅π‘ΆπŸ ]𝟐 (𝟎, πŸπŸπŸŽπ‘΄)𝟐 𝟎, πŸŽπŸπŸ’πŸ’π‘΄πŸ
=
=
=
𝟎, πŸ‘πŸ”πŸŽπŒ
[𝑨]𝒑 ∗ [𝑩]𝒒 [π‘΅πŸ π‘ΆπŸ’ ]
𝟎, πŸŽπŸ’πŸŽπŸŽπŒ
𝟎, πŸŽπŸ’πŸŽπŸŽπŒ
Förskjutning av jämviktsläget: När koncentrationen ändras
8.vid 25 °C är jämviktskonstanten K =0,46 för reaktionen (2BrCl↔Br2+Cl2). Vid ett visst tillfälle är BrCl = 0,30M, Br2 = 0,15M och Cl2 = 0,15M.
a.
Är systemet i jämvikt?
b.
Om systemet inte är i jämvikt, åt vilket håll går då reaktionen?
c.
vilka är slutkoncentrationerna när systemet nått jämvikt?
Svar:
[𝐢]π‘Ÿ ∗[𝐷]𝑠
[π΅π‘Ÿ2 ][𝐢𝑙2 ]
0,15𝑀∗0,15𝑀
a.
vi beräknar koncentrationskvoten med hjälp av ekvation Q = [𝐴]𝑝 π‘ž = [π΅π‘ŸπΆπ‘™]
=
= 0,25.
2
2
∗[𝐡]
b.
c.
(0,30M)
Eftersom K =0,46 enligt fråga så är reaktionen inte jämvikt än  Q = 0,25 < 0,46 = K
eftersom Q<K går reaktionen åt höger.
Eftersom reaktionen går åt höger i (2BrClBr2+Cl2). Så vet vi nu att [𝑩𝒓π‘ͺ𝒍] kommer att minska, och [π‘©π’“πŸ ]𝒐𝒄𝒉 [π‘ͺπ’πŸ ] kommer att
öka, men vi vet inte hur mycket därför kallar vi förändringen x.
Före jämvikt:
Vi vet att :
Brcl förre jämvikt = 0,30M
Br2 före jämvik t= 0,15M
Cl2 före jämvikt = 0,15M
[π΅π‘ŸπΆπ‘™]
[π΅π‘Ÿ2 ]
0,30M
0,15M
[𝐢𝑙2 ]
0,15M
Vi vet att koncentrationen BrCL minskar med X. reaktionsformeln säger oss att
samtidigt måste koncentrationen Br2 och Cl2 öka med ½ X vardera. Nu kan vi
fylla på tabellen:
Ändring:
Vid jämvikt:
=
-X
(0,30-X)M
+0,5X
(0,15+0,5X)M
+0,5X
(0,15+0,5X)M
Vi sätter upp en liten ekvation med hjälp av jämviktsekvationen:
𝐾=
[π΅π‘Ÿ2 ][𝐢𝑙2 ]
[π΅π‘ŸπΆπ‘™]2

0,46=
(0,15+0,5𝑋)∗(0,15+0,5𝑋)
(0,30−X)2
=
(0,15+0,5X)2
(0,30−X)2
Vi drar roten ur både leden och får: √0,46 =
Nu kan vi räkna X i ekvationen:
(0,3 − 𝑋) ∗ √0,46 = 0,15 + 0,5𝑋
0,3 ∗ √0,46 − π‘₯√0,46 = 0,15 + 0,5𝑋
0,3 ∗ √0,46 − 0,15 = 𝑋√0,46 + 0,5𝑋
0,30 ∗ √0,46 − 0,15 = 𝑋(√0,46 + 0,5)
0,30 ∗ √0,46 − 0,15
𝑋=
= 0,0453814
√0,46 + 0,5
Då kan vi nu äntligen räkna ut koncentrationerna på de ingående ämnena när reaktionen går till jämvikt:
[BrCl] = (0,30 − 0,0453814)𝑀 = 0,2546185𝑀 = 0,25𝑀
[π΅π‘Ÿ2 ] = [𝐢𝑙2 ] = (0,15 + 0,5 ∗ 0,0453814)𝑀 = 0,1726907𝑀 = 0,17𝑀
(0,15 + 0,5π‘₯)
(0,3−𝑋)
9. Om järn(III)joner, Fe3+, och tiocyanatjoner SCN-, blandas, bildas en sammansatt jon kallad järntiocyanatjon, FeSCN2+. Reaktionen är en
jämviktsreaktion med följande formel: (Fe3++SCN- ↔ FeSCN2+). Vad händer med jämviktsläget om lösningsvolymen dubblas?
Förskjutning av jämviktsläget: När volymen ändras
Svar: genom att använda oss av Q ska vi undersöka vad som händer med en jämviktsreaktion i lösning, när lösningens volym ändras.
Vi tecknar jämviktsekvationen först:
[𝐹𝑒𝑆𝐢𝑁2+ ]
𝐾 = [𝐹𝑒 3+][𝑆𝐢𝑁−].
om vi antar nu att koncentrationerna vid jämvikt är:
[FeSCN 2+ ] = a,
[Fe3+ ] = b,
[SCN − ] = c.
a
Då kan vi skriva formeln för K såhär  k= .
bc
𝑛
Om vi dubblar volymen, betyder det att vi samtidigt halverar alla koncentrationer (enligt formeln c = som finns i formelsamlingen). Efter spädning blir
𝑉
alltså koncentrationerna:
π‘Ž
[𝐹𝑒𝑆𝐢𝑁 2+ ] = ,
2
𝑏
[𝐹𝑒 3+ ] = ,
2
𝑐
[𝑆𝐢𝑁 − ] = .
2
Nu kan vi räkna koncentrationskvoten Q efter spädningen 𝑄 =
π‘Ž
π‘Ž
𝑏𝑐
𝑏𝑐
Om k= och Q= 2
π‘Ž
2
𝑏 𝑐
∗
2 2
=
π‘Ž
2
𝑏𝑐
4
π‘Ž
4
2
𝑏𝑐
= ∗
=2
π‘Ž
𝑏𝑐
så är Q > K, vilket innebär att reaktionen går åt vänster.
Förskjutning av jämviktsläget: När trycket ändras
10. Ammoniak, NH3, tillverkas industriellt genom att man låter vätgas reagera med kvävgas. Reaktionen är en jämvikt med följande
reaktionsformel: (N2+3H2=2NH3). Åt vilket håll kommer reaktionen att gå om trycket fördubblas?
Svar:
Jämviktsläget för reaktioner mellan gaser påverkas av trycket. Vi ska återigen använda oss av Q för att undersöka vad som händer när trycket över en
reaktionsblandning i gasform ändras.
Till att börja med till vänster om reaktionspilen finns det 4 partiklar, men till höger finns det bara 2 partiklar. Om trycket ökas, kommer därför reaktionen att
tryckas över åt det håll där det finns lägst antal gaspartiklar- så i vårt fall är det åt höger. Men vi ska som sagt använda oss av koncentrationskvoten för att
se vad som händer med jämvikten när trycket fördubblas. Vi tecknar jämviktsekvationen för reaktionen först:
[𝑁𝐻3 ]2
𝐾=
π‘œπ‘š 𝑣𝑖 π‘Žπ‘›π‘‘π‘Žπ‘Ÿ π‘Žπ‘‘π‘‘ π‘˜π‘œπ‘›π‘π‘’π‘›π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘‘π‘–π‘œπ‘›π‘’π‘›(𝑐)𝑣𝑖𝑑 𝑗äπ‘šπ‘£π‘–π‘˜π‘‘ äπ‘Ÿ:
[𝑁2 ][𝐻2 ]3
[𝑁𝐻3 ] = π‘Ž
[𝑁2 ] = 𝑏
[𝐻2 ] = 𝑐
Bli då K =
π‘Ž2
𝑏𝑐 3
Om trycket fördubbblas tex genom att volymen halveras så fördubblas också koncentrationerna ( c ). Alltså
[𝑁𝐻3 ] = 2π‘Ž
[𝑁2 ] = 2𝑏
[𝐻2 ] = 2𝑐
Nu kan vi räkna ut koncentrationskvoten:
Q=
(2π‘Ž)2
2𝑏(2𝑐)3
om K=
π‘Ž2
𝑏𝑐 3
=
4π‘Ž2
2𝑏∗8𝑐 3
∗
4π‘Ž2
16𝑏𝑐 3
1
π‘Ž2
4
𝑏𝑐 3
och Q= ∗
1
π‘Ž2
4
𝑏𝑐 3
= ∗
så innebär det att Q<K. reaktionen kommer att gå åt höger.
När Temperaturen ändras
11. vad händer med jämvikten när temperaturen ändras?
Svar: det är endast temperaturen som påverkar jämviktskonstantens värde!
[𝐢]π‘Ÿ ∗[𝐷]𝑠
I en exoterm reaktion (A+B=C+D+värme) står värmen åt höger om reaktionspilen, därför sker en förskjutning åt vänster efersom. Eftersom 𝐾 = [𝐴]𝑝 ∗[𝐡]π‘ž så
kommer värdet på K att minska då koncentrationen A och B ökar samtidigt som koncentrationen C och D minskar.
I en endoterm reaktion (A+B+värme=C+D) står värmen åt vänster om reaktionspilen, om vi tillför värme till denna reaktion kommer hela jämvikten att förskjutas åt höger, och
värdet på K ökar.
Endoterm (A + B = C + D + Värme)  Förskjutning åt vänster
Exoterm (Värme + A + B = C + D)  Förskjutning åt häger
Repetition och tillägg:
Steg 1. du har 2 olika molekyler du vill få reagera med varandra..
steg 2. krävs koncentration eller tryck, värme, eller katalysator för att få de att reagera och bilda ett nytt ämne.. Ex på katalysatorer: (enzymer, platina,
brunsten)
steg 3. för att bilda ett nytt ämne måste reaktionen nå aktiveringsenergin. Aktiveringsenergi är den minsta energin utöver medelenergin som de kolliderande
partiklarna måste ha tillsammans för att en reaktion ska kunna ske. Ju högre aktiverings energi desto lägre är reaktionshastigheten och ju lägre
aktiveringsenergin är desto högre reaktionshastighet.
Katalysatorer kan snabba på en aktiverings energi
Steg 4. innan ett ämne når jämvikt kallar man ämnet Q
steg 5. efter att det nått jämvikt kallas det K
steg 6. om vi har K och så ändrar koncentrationen hos ett av ämnena på en av sidorna av reaktionen så förstörs jämvikten.
steg 7. sker en netto reaktion.
steg 8. med tiden når vi K igen..det balanseras
Download