Deel 3 Chemisch evenwicht en toepassingen

Transcriptie

1 1 Deel 3 Chemsch ewcht e toeassge

2 Deel 3: Chemsch ewcht e toeassge XI. Chemsch ewcht XII. Zuu-base ewchte XIII. Olosbaahed va oae vebdge XIV. Elektocheme

3 XI. Chemsch ewcht 3 eactate oducte G < 0 G < 0 sotaa: VOORwaatse eacte eactate oducte G 0 G > 0 sotaa: TERUGwaatse eacte eactate oducte G eactemegsel s mmaal G G a + RTl a 0 G beaalt hoeelhed oducte e eactate b ewcht

4 4 0 a a RTl G G +!! RTl a a RTl G Themodyamsche ewchtscostate Exemeteel: samestellg eactemegsel beaald doo mete cocetates of ateeldukke b ewcht: samestellg eactemegsel s costat td exemeteel: emsche ewchtscostate c of

5 h v H G G H h h v, v, a + RTl a 0 T T eacte a a 5 G H T S G G RTl S S S S m, m, G g g v, v, S m g v g h T S v v vo m g blage 3: g v b T 98

6 6 De themodyamsche ewchstcostate

7 7 Evewchtscostate o TD bass! G H T S RTl a a RTl T eacte b T eacte T eacte a : actvtet R J/ voo ee deaal gas: a met 1 ba voo ee zuvee vaste stof e ee zuvee vloestof: a 1 c voo ee vedude olossg: a met c 1 mol/l c olosmddel: behadele als zuvee vloestof a olosmddel 1

8 8 b ewcht: G ex RT a a dmeseloos a A + b B c C + d D G + + c C + d D a A + b B G - G + 1 (a A + b B c C + d D) G G covete: wodt geaoteed voo eactegelkg met de kleste gehele getalle als stochometsche coëffcëte + +

9 eactes otelle: vemegvuldge va deelstae 9 sta 1: a A + b B c C + d D G,1 RTl 1 + sta : c C + d D g G + h H G, RTl a A + b B g G + h H G G,1 + G, G G + G RT(l + l ) o o,1 o, 1 1 eactes aftekke: dele va deelstae sta 1: a A + b B c C + d D G,1 RTl 1 sta : e F h H G, RTl a A + b B + h H c C + d D + e F G G,1 G, o o o G G,1 G, RT(l 1 l ) 1

10 Vebad tusse, G e ewchtssamestellg A B G A <<<< G B G A G B G A >>>> G B G 0 10 Ve-ethale G Evewcht: G 0 G >>> 0 Ve-ethale G Evewcht : G 0 Ve-ethale G G <<< 0 Evewcht: G 0 <<< 1 1 >>> 1 zuve A zuve B zuve A zuve B zuve B zuve B vodeg eacte vodeg eacte vodeg eacte ewcht ve aa lks ewchtsmegsel: k aa eactate ewchtsmegsel: eactate é oducte ewcht ve aa echts ewchtsmegsel: k aa oducte s zee kle 1 s zee goot

11 Evewchtslggg 11 ewcht lgt ve aa echts ( zee goot, > 10 3 ) eactate oducte ewchtsmegsel bat ageoeg utsluted oducte aktsch: eacte gaat volledg doo; eacte s esbel ewcht lgt ve aa lks ( zee kle; vaaf 10-4 ) eactate oducte ewchtsmegsel bat ageoeg utsluted eactate aktsch: eacte gaat ageoeg et doo

12 1 Vebad tusse themodyamsche ewchstcostate e emsche ewchtscostate

13 13 homogee systeme gasfase eactes eactes olossg hoofdstuk 1 olosmddel eemt deel aa eacte: zuu/base ewcht heteogee systeme: heteogee ewcht gas/vast eactes vast/vloestof eactes hoofdstuk 13 olosse va oae vebdge wate

14 Homogee systeme: defte homogee systeem: alle comoete z zelfde fase gasfaseeacte: alle comoete z gasfase C H 6(g) C H4(g) + H(g) eacte olossg: alle comoete z vloebae fase NaCl ( aq) + NO3(aq) Cl ( aq) + NaNO3(aq) olosmddel eemt deel aa eacte: zuu/base eacte NH CH + 3(aq) + HO ( l) NH 4 (aq) + HO (aq) + 3COOH(aq) + HO( l) CH3COO (aq) + H3O (aq) HCl ( aq) + NaOH(aq) NaCl( aq) + HO( l) 14

15 15 ( ) ( ) ba 1 RTl RTl RTl RTl G a a RTl RTl G deaal gas: a met 1 ba Gasfaseeactes ba voo ee gasfaseeacte s umeek gelk aa de dmeseloze themodyamsche ewchtscostate de, ba

16 Gasfaseeactes:, e c 16 G ex RT o (ba) ( 1ba ) R J (ba) (atm) 1ba atm (ba ) c ( ) RT R ba mol l Ekel de 0 s (ba ) (atm) c

17 17 ( ) ( ) c c RTl c c c RTl RTl c c c c RTl G Reactes olossg dmeseloos emsche c 1 c c a vedude olossg: met c 1 mol/l umeeke waade ewchtsc (mol/l) c voo ee eacte olossg s umeek gelk aa de dmeseloze themodyamsche ewchtscostate de c, mol/lte a a RTl RTl G

18 LET OP de olosmddel deeleemt ogeloste stof a aa de eacte c met c 1 mol/l c olosmddel behadele als zuvee vloestof a olosmddel 1 18! G RTl a a RTl zuvee vaste stoffe e zuvee vloestoffe kome et voo de utdukkg va de themodyamsche ewchtscostate vemts hu actvtet a 1

19 Heteogee systeme: defte heteogee systeem: comoete veschllede fase 19 gas/vast eactes CO (g) + CaO(v) CaCO 3(v ) 6 Fe O 3(v) vast/vloestof eactes O + 4 Fe (g) 3O4(v) CaO ( v) + HCl(aq) CaCl(aq) + HO( l ) olosse va oae vebdge wate NaCl (v) Na + ( aq) + Cl (aq) Ag CO 4 (v) Hg Cl (v) Hg Ag + ( aq) + CO4 (aq) + (aq) + Cl (aq)

20 CaCO 3(v) Gas/vast eactes CO + (g) CaO(v) a CaO (v) a CaO (v) a a CaCO 3(v) 1 CO CaCO 3(v) 1 0 CO b ee gege temeatuu s de ewchtsateelduk va CO oafhakelk va de aawezge hoeelhede vast CaCO 3 e vast CaO ewchtsstellg tusse vast CaCO 3, vast CaO e gasvomg CO s ekel mogelk de alle de de comoete het eactemegsel aawezg z

21 1 Het eactequotët Q

22 Vooselle chtg waa eacte doogaat: eactequotët Q Q actuele 's ewcht 's Reactequotët Q Q > : sotaa eactate odukte vomg eactate Q : ewcht Q < : sotaa eactate odukte vomg oducte Td

23 Voobeeld 3 Voo de eacte I (g) + Cl (g) ICl (g) s I welke chtg zal de eacte doogaa de ee eactat atm odumgas, 0.10 atm chloogas e atm ICl gebacht wode.

24 I (g) + Cl (g) ICl (g) 4 Q (ICl ) (0.35 atm) I Cl atm 0.10 atm actuele 's ( ) ( ) Q ICl 10.8 ICl < I Cl I Cl om ewcht te beeke moet: Q ( ) e I Cl ICl sotaa omzette va odumgas e chloogas met vomg va ICl tot ewcht (Q ) beekt s

25 5 Beekee va de ewchtssamestellg

26 Ogave Neem aa dat de ewchtscostate c voo de eacte H (g) + F (g) HF (g) bedaagt b ee beaalde T. B deze temeatuu wodt ee megsel va 3 mol va elke vebdg ee eactat va 1.5 l gebacht. Beeke de ewchtscocetate va alle comoete.

27 Sta 1: schf de eactegelkg ewcht 7 H (g) + F (g) HF (g) Sta : schf de utdukkg va de ewchtscostate chf c c c F H Sta 3: beeke de tële cocetates 3 mol chf,o ch,o cf, o M 1.5l Sta 4: beeke eactequotët e beaal de chtg va eacte Q 1 < c c eactate oducte

28 8 Sta 5: defee x mol/l als de cocetateadeg va éé va de vebdge odg om ewcht te beeke H (g) + F (g) HF (g) H F 1 ; 1 HF H 1 Sta 6: maak ee ewchtstabel met c,o, cocetate-veadeg (x) e c, f(x) voo alle comoete de vookome de utdukkg va c (mol/l) H (g) F (g) HF (g) Itële coc. coc. -x -x + x Evewcht - x - x + x LET OP: ewchtstabel ekel de comoete de vookome de utdukkg va Sta 7: beeke x doo substtute va de c, f(x) c ( + x) c ( x) ( x)

29 9 ( + x) c ( x) ( x) ( + x) c ( x) Sta 8: beeke de ewchtscocetates ( + x) 10.7 ( x) x 1.58 c, cf, M 1.58 M H 0.47 M c HF, M + ( 1.58 M) M Sta 9: cotolee het esultaat chf (5.056mol / l) c c c (0.47mol / l) (0.47mol / l) F H

30 vekatsvegelkg: 30 a x + b x + c 0 x b ± b a 4ac!!!!x-waade: fyssche betekes!!!! egate cocetates z fyssch omogelk als zee kle s (bv ; 10-4 ) : veeoudgge mogelk de veadeg de tële cocetates ka vewaaloosd NOCl (g) NO (g) + Cl (g) c mol/l c (mol/l) NOCl (g) NO (g) Cl (g) Itële coc coc. - x + x + x Evewcht x 0 + x 0 + x c x x 0.5 x x x 0.5 x M

31 hogee gaadsvegelkg: 31 gafsche ekemache umeek (teatef): 1. maak fyssche zvolle schattg va x. beeke c,1 (of,1 ) met deze waade va x x 1 3. beeke Q 1 met deze c,1 (of,1 ) 4. vegelk Q 1 met de waade va 5. de Q 1 wzg de waade va x bv. x ½ x 1 6. Hedoe sta t.e.m. 5 tot Q x

32 3 Chemsch ewcht: vloedsfactoe

33 De ewchtstoestad blft oveaded bestaa de td tot de ewchtstoestad vestood wodt doo ee wzgg va de ewchtsvoowaade, zoals ee wzgg va: - de samestellg va het eactemegsel - de duk - de temeatuu 33 l G RT stadaadvoowaade ( 1 ba; c 1 M) waade va wzgt et b duk- of cocetateadeg waade va wzgt wel b T-veadeg G H T S

34 WALITATIEF: Pce va Le Chatele 34 waee ee chemsche eacte dyamsch ewcht ee extee vestog odegaat, zal het ewcht zch aaasse o ee zodage mae dat de extee vestog tegegewekt wodt extee vestoge va de ewchtstoestad: vestoge de wzgge Q veoozake wzge hoeelhed eactate/oducte wzge va de duk vestoge de wzgge veoozake wzge va de temeatuu LET OP: ce va Le Chatele zegt wat de esos s o de vestog maa geeft GEEN veklag voo de waageome esos

35 35 Wzgg samestellg ewchtsmegsel

36 b ewcht: G eactemegsel s mmaal G G a + RTl a samestellg eactemegsel b ewcht s TD stabel 0 Q 36 vestog: wzgg hoeelhed eactate/oducte TD veklag esos a G G + RTl 0 a G eactemegsel s NIET lage mmaal Q esos: sotaa eacte tot G eactemegsel teug mmaal s; tot Q oeuw gelk s aa e G 0 (ewcht)

37 Tooegg eactat aa ewchtsmegsel 37 I (g) + H(g) HI (g ) T 600 Q HI H I + H Q Q < sotaa eactate odukte tot Q Pateelduk (ba) tële toestad vestog esos vomg HI: HI vebuk H : H vebuk I : I ewcht I (g) + H(g) HI (g ) ewcht veschuft aa echts Td Le Chatele: vestog: + H (g) esos: vebuk H doo eacte

38 Vewdeg oduct ut ewchtsmegsel 38 Q HI H I I (g) + H(g) HI (g ) - HI Q Q < T 600 esos: sotaa eactate odukte tot Q vomg HI: HI vebuk H : H vebuk I : I I (g) + H(g) HI (g ) ewcht veschuft aa echts Le Chatele: vestog: -HI (g) esos: vomg HI doo eacte

39 Wzgg duk 39

40 40 Duk veadee b T cost. ka o 3 maee tooege/vewdee gasvomge comoete b V cost. esos esos wzgg hoeelhed eactat/oduct tooege va ee et gas b V cost. vehoogt P totaal, gee vloed o (of c ) gee vloed o de ewchtsoste RT C RT V veadeg volume eactat wzgg P aktsch: oces utvoee eactat met gege V oces utvoee b hoge duk comesse P oces utvoee b lage duk exase P Le Chatele: vestog: comesse (P ) esos: (gas) vestog: exase (P ) esos: (gas) P totaal V V, T cost. gas,totaal RT

41 41 b ewcht: 0 a a l RT ) (T G G + a V RT,, V RT V RT, V RT Q V RT aatal mol va elke gasfasecomoet b G eactemegsel mmaal hagt af va de waade va V b ewcht 1 ba

42 4 vestog: wzge V zodat V V esos: sotaa eacte waadoo het aatal mol va elke gasfasecomoet wzgt tot ewcht oeuw beekt s V RT Q V RT 1 ba T cost. gas > 0 V esulteet Q (sotaa: eactate oducte) costat V RT Q V RT gas < 0 V esulteet Q (sotaa: oducte eactate) costat V 1 ~ Q 1 gas + costat V ~ Q 1 gas Voobeeld: Voobeeld: TD veklag esos

43 aktsch: oces utvoee eactat met gege V 43 oces utvoee b hoge duk comesse P oces utvoee b lage duk exase P vloed P-wzgg o samestellg ewchtsmegsel P : esos esos b comesse (V ) P : esos esos b exase (V )

44 P (g) P 4(g ) 44 a P 4(g) ( ) a P (g) P 4 P gas (1 ) 1 a RT V RT P4 V P RT V ( V RT P 4 P )

45 P (g) P 4(g ) 45 comesse: V (P ) ( V RT P 4 ) P ( V RT P 4 ) P exase: V (P ) ( V RT P 4 ) P ( V P4 P ),, T cost. ( V P4 P,, T cost. ) P (g) P 4(g ) P (g) P 4(g ) ewcht veschuft aa echts ewcht veschuft aa lks

46 46 Stude-ogave Welk va odestaade ewchte zal aa echts veschuve b vehoge va de duk? a) CaCO 3(s) CaO (s) + CO (g) b) PCl 3(g) + Cl (g) PCl 5(g) c) N O 4(g) NO (g)

47 47 a b c CO RT V PCl 3 PCl 5 V RT V RT RT V PCl RT V NO N O 4 RT V PCl 3 PCl5 PCl V RT NO N O 4 RT V,, T cost.,, T cost.,, T cost. V CO ewcht veschuft aa lks V PCl5 e PCl3, Cl ewcht veschuft aa echts V NO4 e NO ewcht veschuft aa lks

48 Wzgg temeatuu 48

49 b ewcht: a G G (T ) + RT l a G (T ) RT samestellg eactemegsel waab G eactemegsel mmaal s, hagt af va de waade va G b T 0 l 49 TD veklag esos vestog: wzge T zodat T T G G (T) + RTl a a G eactemegsel s NIET mmaal b T T 0 esos: sotaa eacte tot G eactemegsel teug mmaal s; tot -RTl oeuw gelk s aa G (T) e G 0 (ewcht)

50 50 N + NH 3(g ) H 90. kj (g) 3 H(g) T-stgg teugwaatse eacte s ENDOthem Evewchtscostate c Temeatuu () N (g) + 3 H(g) NH 3(g ) ewcht veschuft aa lks T-dalg N + 3 (g) H(g) voowaatse eacte s EXOthem NH 3(g) ewcht veschuft aa echts Le Chatele: vestog: T tooe wamte esos: vebuk wamte doo eacte (edotheme eacte) vestog: T afvoe wamte esos: oducte wamte doo eacte (exotheme eacte)

51 wattate bealg esos o T-wzgg 51 RT l G H T S l T 1 G RT,T 1 1 H RT 1 + S R Hellg S Itecet R - H R temeatuu stgt l T l T T 1 G RT,T H R H RT 1 T va t Hoff vegelkg 1 T 1 + S R LET OP: va t Hoff vegelkg s afgeled o TD bass TD gebuke

52 l T T 1 H R 1 T 1 T 1 5 toeame hoeelhed oducte T obegst oducte exothem H < 0 H > 0 edothem T obegst oducte temeatuu stgt

53 Stude-ogave Welke temeatuuwzgg s odg om, stated va 5 C, met ee facto 100 te vehoge voo ee eacte met H 50 kj? a) 55.4 C b) 88.1 C c) 386 C

54 100 T T 1 54 l T T1 H R 1 T 1 T 1 l J J T T T ( ) C C T 1 T T C 5 C 88.1 C

55 55 Maxmalsee oductobegst

56 Maxmalsee oductobegst 56 eacte: oduct ka va veschllede eactes gemaakt wode vookeu: zo goot mogelk; exothem (ecueate eege) codtes: temeatuu, duk, tële cocetates vookeu: zo goot mogelk; ewchtsoste zo k mogelk aa oducte; gebuk ovemaat goedkoe eacteate; comoms: themo ( zo goot mogelk)/ketek (selhed zo hoog mogelk; gebuk geschkte katalysato) utvoeg oces: tooege eactate/vewdee oducte vookeu: due eactate zoveel mogelk vebuke doo veschuve ewcht doo a veloo va td tooege va goedkoe eacteate; ewcht veschuve doo vewdee va oducte ut eactemegsel; ecyclee eactate mateaal eactat: bestedghed duk, temeatuu, coose comoms: obegst/kosts/velghed/wst

57 NH 3(g N (g) + 3 H(g) ) 57 H,teel N,teel 5 ba 75 ba NH 3 3 N H V RT P 300 ba T 500 C H < 0 T T < T 1 V (P ) ( N NH 3 ( ) H ) 3

58 cculateom 58 N e H comesso exadeede gasse koele af wamtewsselaa ecyclage et-geeageed N e H katalysato ( C vewamg NH 3 aa oslagtaks NH 3(l) voovewamde voedgsgasse ( ba)

59 belagke vaadghede 59 schve va de ewchtscostate voo ee eacte ewcht beekee va c utgaade va de ewchtscocetates beekee va utgaade va de ewchtsateeldukke c beekee o TD bass o bass va de waade va beale of ee ewchtsmegsel vooamelk bestaat ut eactate of odukte utgaade va beale of ee gege megsel va eactate e odukte ewcht s of et. Zo et, vooselle welke chtg de eacte zal doogaa om ewcht te beeke beekee va de ewchtssamestellg utgaade va e de tële cocetates (ateeldukke) va eactate e odukte beale va de esos va ee eacte ewcht o ee wzgg va cocetates, duk e temeatuu gebuk va t Hoff vegelkg maxmalsee oductobegste wekgsvoowaade