Hoofdstuk 2: Kenmerken van reacties

Maat: px
Weergave met pagina beginnen:

Download "Hoofdstuk 2: Kenmerken van reacties"

Transcriptie

1 Hoofdstuk 2: Kenmerken van reacties Scheikunde VWO 2011/2012

2 Onderwerpen Scheikunde Stoffen, structuur en binding Kenmerken van Reacties Zuren en base Redox Chemische technieken Koolstofchemie Biochemie CE: Reactiesnelheid CE: Evenwichten CE: Het rekenen aan reacties CE: Toepassingen 2

3 Reactiesnelheid en evenwicht Kenmerken van Reacties Reactiesnelheid Evenwichten Het rekenen aan reacties Toepassingen Definitie reactiesnelheid De reactiesnelheid is aantal reacties dat per seconde verloopt. Definitie evenwichten Een evenwichtsreactie is een reactie die beide kanten op kan verlopen. Het evenwicht is bereikt als de reactiesnelheid naar links even groot is als de reactiesnelheid naar rechts. Dit is een dynamisch evenwicht. 3

4 1. Botsende deeltjes model Kenmerken van Reacties Reactiesnelheid Evenwichten Het rekenen aan reacties Toepassingen Wat is het? Het botsende deeltjes model is een model waarin een reactiemengsel wordt voorgesteld als een vat vol botsende deeltjes. Wat beschrijft het? Concentratie Verdelingsgraad Temperatuur als er meer deeltjes zijn zullen er meer botsingen plaatsvinden. als de deeltjes beter verspreid zijn zullen er meer botsingen plaatsvinden. als de deeltjes met een grotere snelheid trillen zullen er meer botsingen plaatsvinden. 4

5 2. Energiediagrammen Wat is het? Energiediagrammen zijn grafieken waarin de energieniveaus tijdens een reactie wordt uitgezet. Endotherm Exotherm E activeringsenergie vormingsenergie Wat zijn de invloeden? Soort stof Temperatuur Katalysator De soort stof bepaalt de vorm van het energiediagram. Een hogere temperatuur zorgt vor meer energie in het mengsel. Een katalysator verkleint de activeringsenergie met een tussenstap. 5

6 3. Grafieken Wat is het? Met grafieken kun je een beeld krijgen van het verloop van de samenstelling van een reactiemengsel en van de reactiesnelheid. Ho oeveelheid stof Re eactiesnelh eid tijd tijd Wtb Wat beschrijft ijftht? het? Je kunt zien dat de hoeveelheid beginstof afneemt terwijl de eindstof toeneemt. De reactiesnelheid gaat naar nul. 6

7 Evenwichtsreacties Kenmerken van Reacties Reactiesnelheid Evenwichten Het rekenen aan reacties Toepassingen Er zijntwee soorten reacties: Aflopende reacties: de beginstoffen reageren volledig tot één van de beginstoffen op is. Evenwichtsreacties: er blijft altijd een hoeveelheid van de beginstoffen aanwezig in het reactiemengsel Een evenwichtsreactie geven we in een reactievergelijking aan met een dubbele pijl. Voorbeeld: N(g)+3H(g) 2NH(g)

8 1. Evenwicht in grafieken Ook voor evenwichten kun je de hoeveelheid stof en de reactiesnelheid in een grafiek uitzetten. evenwicht evenwicht Hoeve eelheid sto Reacti iesnelheid f tijd tijd Wat kun je zien? Zowel van begin als eindstoffen blijft een hoeveelheid in het reactiemengsel. Het evenwicht is afhankelijk van de hoeveelheid van de beginstoffen. De reactiesnelheid naarlinkswordt even groot alsdie naarrechts. 8

9 2. Evenwicht in energiediagrammen Omdat evenwichtsreacties bestaan uit een reactie en zijn omgekeerde, is de ene reactie endotherm en de ander exotherm. Endotherme reactie Exotherme reactie E activeringsenergie vormingsenergie Wat kun je zien? De activeringsenergie van een endotherme reactie is hoger dus die heeft meer baat bij temperatuursverhoging. Een eenzijdige katalysator kan van een evenwicht een aflopende reactie maken. 9

10 3. Evenwicht met botsende deeltjes Als je evenwichten beschrijft met het botsende deeltjes model kun je invloed van concentratie op een evenwicht beschrijven. Wat kun je zien? Als een zelfde hoeveelheid stof zich in een kleiner volume bevindt, zullen beide reactiesnelheden groter zijn. De kant met de meeste deeltjes heeft meer botsende deeltjes en zal er dus ook meer baat bij hebben. Opmerking: alleen deeltjes in oplossing en in gasfase tellen als botsende deeltjes. 10

11 Evenwichtsbreuk Definitie evenwichtsconstante De evenwichtsconstante van een reactie aa + bb cc+dd is gelijk aan de breuk: c [ C] [ D] a [ ] [ ] d Voorbeeld K= b A B N 2(g) + 3H 2(g) 3 Is K groot, dan ligt het evenwicht rechts. Is K klein, dan ligt ht het evenwicht ihtlinks links. 2 [ NH3 ] [ ][ ] K= N H NH (g) Opmerkingen: De evenwichtsconstante is alleen afhankelijk van de reactie en de temperatuur. In de evenwichtsvoorwaarde doenalleendeeltjesin deeltjes oplossing engasfase mee. Als er in de evenwichtsvoorwaarde gassen staan, wordt gewerkt met partiele druk 11

12 Rekenen aan reacties Kenmerken van Reacties Toepassingen Reactiesnelheid Evenwichten Het rekenen aan reacties Belangrijk om te weten! In reactievergelijkingen staan deeltjesverhoudingen, geen massaverhoudingen. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) betekent dus dat: 1 deeltje N 2 reageert met 3 deeltjes H 2 tot 2 deeltjes NH 3 of dat: 1 mol N 2 reageert met 3 mol H 2 tot 2 mol NH

13 Rekenen aan reacties Wat moet je ermee kunnen? Reactievergelijkingen opstellen Stel een reactievergelijking op. Schrijf op wat er is gegeven en wat er is gevraagd. Schrijf deze informatie onder de stof waarover het gaat. Schrijf de reactieverhouding op. Reken het gegeven om naar mol. Reken dit om naar het aantal mol van de gevraagde stof. Reken dit getal om naar de gevraagde grootheid. Werk de hele tijd netjes en schrijf overal eenheden achter inclusief waarvan het de eenheid is. Controleer jeantwoord. 13

14 Rekenen aan evenwichten Wat moet je ermee kunnen? Reactievergelijkingen opstellen Stel een reactievergelijking op. Nu weet je de reactieverhoudingen. Maak een BOE schema. Vul het BOE schema zoveel mogelijk in Reken extra concentraties/ hoeveelheden uit met de gegevens die je hebt. (Soms ben je nog wat gegevens uit BINAS vergeten op te schrijven. Zoek dan alsnog op.) Hou tijdens het hele stappenplan in gedachten naar welke grootheid je moet. Kom tot een eindantwoord. 14

15 Molaire massa Definitie molmassa De molaire massa van een stof is de massa die 1 mol deeltjes van de stof heeft. De eenheid is dan ook g/mol. Van veel stoffen staat de molmassa in tabel 98 van BINAS, voor sommigen moet je hem zelf uitrekenen. Voorbeeld O 2 : 2 x 16,00 g/mol = 32,00 g/mol C 6 H 12 O 6 : 6 x 12,01 g/mol 12 x 1,008 g/mol 6 x 16,00 g/mol + 180,2 g/mol 15

16 Concentratie Definitie concentratie Concentratie is het aantal mol deeltjes van een bepaalde stof dat in een liter oplossing zit. De eenheid is mol/l. (Vaak genoteerd als mol L 1 ) Vaak wordt concentratie ook molariteit genoemd maar het is het handigst om molariteit als beginconcentratie te definiëren. Voorbeeld: 2,0 mol Na 2 SO 4 wordt opgelost in 5,0 L water. A. Wat is de molariteit? 2,0 mol / 5,0 L = 0,40 mol/l = 0,40 M Na 2 SO 4 oplossing B. Wat zijn de concentraties van de ionen? Na 2 SO 4 2 Na + + SO 2 4 Dus: 0,80 mol/l Na + en 0,40 mol/l SO

17 Massapercentage Definitie massapercentage Het massapercentage is het percentage dat de massa van een deel van een stof of een mengsel uitmaakt van de massa van de hele stof of het hele mengsel. Voorbeeld: Wat is het massapercentage zuurstof in glucose, C 6 H 12 O 6? Molmassa glucose: 6 x 12, x 1, x 16,00 = 180,16 g/mol Hiervan levert zuurstof 6 x 16,00 = 96,00 g/mol 96, 00 Massapercentage = 100% = 53,29% 180,

18 Volumepercentage Definitie volumepercentage Het volumepercentage is het percentage van een volume dat door een bepaalde stof wordt ingenomen. Voorbeeld: Wti Wat is het htvolumepercentage N 2 met gegeven volumeverhouding V N2 :V H2 = 13? 1:3? volume deel i volume% = 100% volume geheel i 1 volume% = 100% = 25% 1+3 en dus niet 33,3% 18

19 Molair volume Definitie molair volume Het molair. volume is het volume dat 1 mol gas inneemt. Dit is afhankelijk van de druk en de temperatuur. In BINAS tabel 7 staan twee waarden: Voor T = 298 K en p = p 0 geldt: V m = 24,5 dm 3 mol 1 Voor T = 273 K en p = p 0 geldt: V m = 22,4 dm 3 mol 1 Voorbeeld: 5,0 gram water verdampt bij kamertemperatuur. Hoeveel volume neemt dit gas in beslag? 5,0 5,0gram H 2 Oomrekenen naarmol mol. = 0,277mol 18,02 En dit omrekenen naar volume: 0,277 24,5 = 6,8 dm

20 Overzicht De volgende formules moet je kunnen gebruiken in je berekeningen: imassa= aantalmol molmassa imassa= dichtheid volume i concentratie = aantal mol volume imassa% = massadeel 100% massa geheel i volume% = volume deel 100% volume geheel m n M m ρ V n c V i volume = molair volume aantal mol (Voor gassen) V V m n Opmerking: Elke formule is te schrijven als een driehoek. Zorg dat je weet hoe dat moet als je het prettig vindt om deze te gebruiken. 20

21 Tips & tricks Verhoudingsformules zijn mol verhoudingsformules Kijk altijd of het een evenwicht of aflopende reactie is. Leer de mol massa formule in al zijn varianten te schrijven. Schrijf altijd de reactievergelijking op! Schrijf achter elk getal dat je uitrekent de eenheid en waarvan het de eenheid is. 21