kapitel 1 instuderingsfrågor Flashcards
Alla vet att ett papper brinner upp ganska snabbt om man tänder det med en tändsticka. Pappret reagerar med luftens syre och en oxidation sker. Ändå behöver du inte oroa dig för att en bunt med papper ska börja brinna av sig själv när de ligger hemma på skrivbordet. Förklara varför det är så. Använd ord som SPONTAN REAKTION och REAKTIONSHASTIGHET
Reaktionen då papper reagerar med luftens syre är en SPONTAN REAKTION: Delta G < 0.
REAKTIONSHASTIGHETEN är dock så långsam att vi inte ser att något händer med pappret. Gammalt papper gulnar, vilket är en effekt av att det reagerar med luftens syre. Väntar vi tillräckligt länge så kommer pappret till slut att reagera och bli till koldioxid och vatten
Förklara vad aktiveringsenergi är
För att två ämnen ska reagera med varandra måste partiklarna komma i kontakt med varandra. Aktiveringsenerin är minimienergin vid vilken kollisionen mellan partiklarna måste ske för att komma över energibarriären. Om reaktionen är spontan vid den aktuella temperaturen så kommer en del av partiklarna att ha en energi som överskrider aktiveringsenergin. Det medför att reaktionen sker.
En kemisk reaktion sker i en vattenlösning. Hur ändras reaktionshastigheten om mer vatten sätts till reaktionskärlet? förklara
reaktionshastigheten kommer att sakta ner eftersom det finns färre partiklar per volymenhet som kan kollidera med varandra och reagera
du är jättesugen på potatismos. Du vill ha potatismos NU och delar därför upp potatisen som du ska koka i mindre bitar, eftersom du vet att potatisen mjuknar fortare då. Förklara ur ett reatkionskinetiskt perspektiv varför potatisen mjukar fortare om du kokar mindre bitar av potatis istället för hela potatisar
Potatisen blir mjuk bland annat på grund av att stärkelsen i potatisen bryts ner till mindre beståndsdelar. Genom att dela på potatisen skapar du en större reaktionsyta. Mer reaktionsyta gör att fler molekyler kan reagera samtidigt. Reaktionen då potatisen blir mjuk går då snabbare.
Alla reaktioner når förr eller senare kemisk jämvikt. Vad menas med att en reaktion nått jämvikt och hur uppfattar vi det på en makroskopisk nivå?
Kemisk jämvikt betyder att reaktionshastigheten för de båda reaktionerna i en reversibel reaktion är lika stora. På makroskopisk nivå uppfattar vi det som om att inget händer. På mikroskopisk nivå händer det mycket, men eftersom reatkionen åt båda hållen sker lika snabbt ser vi ingen förändring på makroskopisk nivå.
Balansera följande reaktioner och ställ upp uttrycken för K.
Vilken enhet får de olika jämviktskonstanterna?
a) NO (g) + O2 (g) -> <- N2O3 (g)
b) C3H8 (g) + O2 (g) -> <- CO2 (g) + H2O (g)
c) H2 (g) + I2 (g) –> <– HI (g)
a) 4 NO (g) + O2 (g) –> <– 2N2O3 (g)
K = (N2O3)^2 / (NO)^4(O2)
Jämviktskonstantens enhet blir (mol/dm^3)^-3
b) C3H8 (g) + 5 O2 (g) –> <– 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
K = (CO2)^3(H2O)⁴ / (C3H8) (O2)⁵
jämviktskonstatens enhet blir mol/dm³
c) H2 (g) + I2 (g) -> <- 2 HI (g)
K = (HI)² / (H2)(I2)
Jämviktskonstanten blir enhetslös
Är K litet eller stort för en reaktion som reagerar nästan fullständigt till produkter? förklara
K kommer att ha ett stort värde. K beräknas genom att dividera produkten av reaktionens produkter med produkten av reaktionens reaktanter. Om det bildas mycket produkt kommer täljaren ha ett stort och nämnaren ett litet värde. Därför får kvoten ett stort värde
Vätejodid (HI) är en gas som när den löses i vatten är en stark syra, ungefär som väteklorid (HCl). Man kan tillverka vätejodid genom att låta jodgas och vätgas reagera enligt nedanstående reaktion:
H2 (g) + I2 (g) -> <- 2 HI (g)
När reaktionen är i jämvikt vid T = 445 grader celsius har de tre olika ämnena följande koncentrationer: (HI) = 0,50 mol/dm³ (H2) = 0,625 mol/dm³ (I2) = 0,0625 mol/dm³ Räkna ut jämviktskonstanten vid 445 grader celsius
Uttrycket för jämviktskonstanten blir: K = (HI)² / (H2) (I2)
Vi sätter in värden på koncentrationerna av respektive ämne och beräknar K:
K = 0,50 mol/dm³ / (0,0625 mol/dm³) (0,0625 mol/dm³) = 64
Svar: Vid T = 445 grader Celsius är jämviktskonstanten för reaktionen 64.
Ammoniak (NH3) är en viktig råvara vid framställning av bland annat konstgödsel. Ammoniak kan framställas genom att kvävgas och vätgas får reagera under högt tryck och hög temperatur enligt nedanstående reaktion: N2 (g) + 3 H2 (g) –> <– 2 NH3 (g). När reaktionen är i jämvikt vid 300 grader celsius har de tre olika ämnena följande koncentrationer N2 = 0,617 mol/dm³ H2 = 0,617 mol/dm³ NH3 = 0,025 mol/dm³ räkna ut jämviktskonstanten för den aktuella temperaturen
Uttrycket för jämviktskonstanten blir: K = (NH3)² / (N2) (H2)³
Vi sätter in värden på koncentrationerna av respektive ämne och beräknar K:
K = (0,025 mol/dm³)² / (0,617 mol/dm³) (0,617 mol/dm³)³ = 4.3 x 10⁻³ (mol/dm³)⁻²
Svar: K = 4.3 x 10⁻³ (mol/dm³)⁻²
Åt vilket håll går reaktionen snabbare när koncentrationen Q har ett lägre värde än jämviktskonstanten K? förklara
Eftersom Q ska bli större för att få samma värde som K måste täljaren öka (och nämnaren minska). Täljaren är produkterna. Alltså måste det bildas mer produkter och reaktionen går därför snabbare åt höger.
Nedanstående reaktion kan användas för att producera vätgas som i dag är en intressant energikälla.
CO (g) + H2O (g) –> <– CO2 (g) + H2 (g)
Vid temperaturen 700 K är jämviktskonstanten K = 10 för reaktionen. Vid en viss tidpunkt förs ämnena nedan in i en behållare som har volymen 1,0 dm³.
0,3 mol CO, 0,2 mol H2O, 0,4 mol CO2, 0,1 mol H2 Åt vilket håll kommer reaktionen att gå snabbare innan den når jämvikt?
För att avgöra om en reaktion befinner sig i jämvikt eller inte så undersöker vi koncentrationskvoten och jämför den med värdet på jämviktskonstanten. Uttrycket för koncentrationskvoten är:
Q = (CO2) (H2) / (CO) (H2O)
I uttrycket för Q sätts sedan de aktuella koncentrationerna in.
c = n/V och volymen är 1 dm³ så:
CO2 = 0,4 mol/dm³
H2 = 0,1 mol/dm³
CO = 0,3 mol/dm³
H2O = 0,2 mol/dm³
Q = (0,4 mol/dm³) (0,1 mol/dm³) / (0,3 mol/dm³) (0,3 mol/dm³) = 0,666 = 0,7
Värdet på K för reaktionen den aktuella temperaturen är 10. Värdet på Q är alltså mindre än värdet K och reaktionen måste gå snabbare åt höger för att jämvikten ska ställa in sig.
Svar: reaktionen kommer gå snabbare åt höger
0,50 mol kvävgas och 0,75 mol syrgas blandas i en behållare som har volymen 1,0 dm³. Gaserna reagerar och kvävemonoxid NO bildas:
N2 (g) + O2 (g) –> <– 2 NO (g)
Vad är koncentrationerna av respektive ämne då jämvikten ställt in sig i behållaren? Jämviktskonstanten är 4,1x 10⁻4 vid den aktuella temperaturen 2000 k.
Uttrycket för jämviktskonstanten blir:
K = (NO)² / (N2) (O2)
Vi skriver en uooställning för hur koncentrationerna av ämnena förändras då reaktionen når jämvikt.
Volymen av behållaren är 1,0 dmÅ3 och c = n/V
- Koncentration (mol/dm³)
- N2: Från början: 0,50 Förändring: -x Jämvikt: 0,50 -x
- O2: Från början: 0,75 förändring: -x jämvikt: 0,75 - x
- NO Från början: 0 förändring +2x jämvikt 0 + 2x
K = 4,1x10⁻⁴ = (NO)² / (N2)(O2) = (2x)² / (0,50-x)(0,75-x) = 0,00614
(N2) = (0,50)-x) mol/dm³ = (0,50-0,00614) mol/dm³ = 0,4939 mol/dm³ = 0,49 mol/dm³
(O2) = (0,75-x) mol/dm³ = (0,75-0,00614) mol/dm³ = 0,7439 mol/dm³ = 0,74 mol/dm³
(NO) = (2x) mol/dm³ = (20,00614) mol/dm³ = 0,01228 mol/dm³ = 0,012 mol/dm³
Svar: Vid jämvikt har ämnena följande koncentrationer:
N2 = 0,49 mol/dm³
O2 = 0,74 mol/dm³
NO = 0,012 mol/dm³
Fosforpentaklorid PCI5) är väldigt reaktiv och används bland annat till att klorera andra ämnen. PCl5 sönderfaller lätt till PCl3 och CL2 (klorgas) enligt nedanstående jämvikt:
PCl5 (g) –> <– PCl3 (g) + Cl2 (g)
Man har placerat 10,0 mol av fosforpentaklorid i en behållare med volymen 2,0 dm³. Vad är jämviktskoncentrationerna av respektive ämne? Vid 760 K är jämviktskonstanten för reaktionen 33 mol / dm³
Uttrycket för jämviktskonstanten blir:
K = (PCl3) (Cl2) / (PCl5)
Vi skriver en uppställning för hur koncentrationerna av ämnena förändras då reaktionen når jämvikt.
Volymen av behållaren är 2,0 dm³ och c = n/V
Koncentration (mol/dm³):
PCL5 från början: 5 förändring -x jämvikt 5,0-x
PCl3 från början: 0 förändring: +x jämvikt 0 +x
CL2 från början 0 förändring +x jämvikt 0 + x
K = 33 mol/dm³ = (PCl3) (Cl2) / PCl5) = (x)(x) /(5,0-x)
x1 = 4,41
x2 = -37,4 (orimligt)
(PCl5) = (5,0-x) mol/dm³ = (5,0-4,41) mol/dm³ = 0,59 mol/dm³
(PCl3) = x mol/dm³ = 4,41 mol/dm³
(Cl2) = x mol/dm³ = 4,41 mol/dm³
Svar: vid jämvikt har ämnena följande koncentrationer:
PCl5 = 0,59 mol/dm³
PCl3 = 4,41 mol/dm³
Cl2 = 4,41 mol/dm³
Följande reaektioner är i jämvikt. Vad kommer att hända med reaktionerna om temperaturen sjunker?
a) CO (g) + 2H2 (g) –> <— CH3OH (g) Delta H = -91 kJ
b) N2O4 (g) –> <– 2 NO2 (endoterm reaktion)
a) Delta H är negativ vilket betyder att reaktionen är exoterm. Vi skriver in värmen i reaktionen:
CO (g) + 2 H2 (g) –> <– CH3OH (g) + värmeenergi
Då temperaturen minskar kan vi tänka oss att komponenten värmeenergi minskar och att reaktionen därför till en början går snabbare åt höger tills jämvikt nås igen
b) Reaktionen är endoterm. Vi skriver in värmen i reaktionen:
N2O4 (g) + värmeenergi –> <– 2 NO2
Då temperaturen minskar kan vi tänka oss att komponenten värmeenergi minskar och att reaktionen därför till en början går snabbare åt vänster tills jämvikt nås igen
Följande reaktioner är i jämvikt. Vad kommer att hända med reaktionerna om volymen ökar?
a) 2 CH4 (g) –> <– HCN (g) + 3H2 (g)
b) F2 (g) –> <– 2 F (g)
a) Om volymen ökar, minskar trycket. Reaktionen går snabbare åt det håll som ger fler partiklar, trycket ökar igen. Reaktionen kommer att gå snabbare åt höger tills en ny jämvikt uppnås.
b) Om volymen ökar, minskar trycket. Reaktionen går snabbare åt det håll som ger fler partiklar, trycket ökar igen. Reaktionen kommer att gå snabbare åt höger tills en ny jämvikt uppnås.
