Chemisch evenwicht - Les 1

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

Chemisch evenwicht - Les 1

Chemie 4V - 7e editie 

6.3 Evenwichten

Pagina 149

Antwoord

• Niels: Deze stelling kan waar zijn, maar hoeft niet. Meestal zal die juist niet zo zijn.
  
  
• Jerome: Deze stelling klopt. Als het reactiemengsel het evenwicht heeft bereikt dan zijn de reactiesnelheden constant.
  
  
• Nynke: Eigenlijk dezelfde stelling als Niels. Als het volume constant is, dan zijn de concentraties direct te vergelijken met de hoeveelheden.
  
  
• Jetse: Gesplitst naar beide kanten van de reactie, maar ook hier worden beide kanten gelijk gesteld.

Leerdoelen

1. Je kunt uitleggen wat wordt verstaan onder een evenwichtsreactie.
2. Je kunt op microniveau uitleggen wat wordt verstaan onder een dynamisch evenwicht.
3. Je kunt aan de hand van een gegeven reactievergelijking van een chemisch evenwicht verklaren of het een homogeen of heterogeen systeem betreft.
4. Je kunt aan de hand van een evenwichtsreactie uitleggen hoe de reactie aflopend kan worden gemaakt. 
5. Je kunt uitleggen wat de veranderingen in de temperatuur voor gevolgen hebben voor een evenwicht.

Leg uit wat we bij scheikunde met het botsende deeltjesmodel bedoelen.

Noem de punten waarvan de reactiesnelheid afhankelijk is.

De reactiesnelheid is niet afhankelijk van ...

1. concentratie beginstoffen
2. soort glaswerk
3. temperatuur
4. verdelingsgraad van de stoffen

Welke van de reactiesnelheid bepalende omstandigheden kun je uitleggen met het botsende deeltjesmodel.

1. Soort stof
2. Reactietemperatuur
3. Concentratie van de beginstoffen
4. Aanwezigheid katalysator

Evenwichtsreacties

• Veel reacties zijn omkeerbaar. De verbranding van glucose is bijvoorbeeld het omgekeerde van de fotosynthese-reactie.
• Bij veel reacties vinden deze reacties tegelijkertijd plaats.
• We spreken dan van evenwichtsreacties.
• Als de snelheid van de reacties zodanig is dat de hoeveelheden van de stof niet meer veranderen spreken we van chemisch evenwicht.

Voorbeeld

Een goed voorbeeld van een evenwicht is een slecht oplosbaar zout. Je kan dat goed bekijken in deze simulatie:

phet.colorado.edu/nl/simulation/legacy/soluble-salts

Geef de reactie van het dynamisch evenwicht in een fles met priklimonade.

Micro- en macroniveau

• Bij een chemisch evenwicht kun je op macroniveau niet meer zien dat er reacties plaatvinden (bijvoorbeeld de kleur blijft hetzelfde).
• Op microniveau vinden de reacties wel degelijk plaats.
• Je kunt dit goed uitleggen met het botsende deeltjesmodel. 

Leg uit wat ook al weer
het botsende deeltjesmodel is.

Leg in je eigen woorden uit hoe het evenwicht van een slecht oplosbaar zout ontstaat.
(gebruik micro- en macroniveau)

Antwoord

Als een slecht oplosbaar zout in water wordt gebracht zal je waarnemen dat het naar de bodem zakt (=macroniveau). Een heel klein deel van de ionen zal worden gehydrateerd, maar deze wisselen steeds met de ionen van het zout die in het kristal op de bodem van de oplossing zitten (=microniveau).

Kijk goed of je de juiste termen gebruikt in je uitleg.

Temperatuur

Temperatuur

Cette vidéo n'est plus disponible

Een reactor met een evenwichtsreactie waarbij het evenwicht is bereikt zal niet meer van kleur veranderen.  Bij kamertemperatuur is dat voor het evenwicht tussen NO₂ en N₂O₄ een lichtbruine kleur. 

NO₂ is kleurloos en N₂O₄ is bruin.

Als de temperatuur stijgt, zal het evenwicht verschuiven naar de productkant van de endotherme reactie. Als de temperatuur daalt, zal het evenwicht verschuiven naar productkant van de exotherme reactie.

Kijk eerst het filmpje voor je naar de volgende pagina gaat.

Welke reactie is endotherm?

1. 2 NO​2​​ (g)⟶N​2​​O​4​​ (g)
2. N​2​​O​4​​ (g)⟶2 NO​2​​ (g)

Naar welke kant verschuift het evenwicht als het mengsel van de onderstaande reactie wordt afgekoeld?

2 NO​2​​ (g)⟷N​2​​O​4​​ (g)

1. links
2. rechts

Hetero- of homogeen

• Als de stoffen in een reactiemengsel allemaal in dezelfde fase zijn, spreken we van een homogeen reactiemengsel.
• Als de stoffen in verschillende fasen zijn spreken we van een heterogeen reactiemengsel.

Het evenwicht in de priklimonade is een ... reactiemengsel

1. heterogeen
2. homogeen

Sleep de punten voor de reactie naar het juiste vak.

2 NO​2​​(g)⟷N​2​​O​4​​(g)

CaCO​3​​(s)⟷CaO(s)+CO​2​​(g)

Mg(OH)​2​​(s)⟷Mg​2+​​(aq)+2 OH​−​​(aq)

Heterogeen

reactiemengsel

Homogeen

reactiemengsel

CaCO​3​​(s)⟷CaO(s)+CO​2​​(g)

2 NO​2​​(g)⟷N​2​​O​4​​(g)

Mg(OH)​2​​(s)⟷Mg​2+​​(aq)+2 OH​−​​(aq)

Heterogeen

Homogeen

Sleep de punten voor de reactie naar het juiste vak.

2 NO​2​​(g)⟷N​2​​O​4​​(g)

PbI​2​​(s)⟷Pb​2+​​(aq)+2 I​−​​(aq)

2 NH​3​​(g)⟷N​2​​(g)+3 H​2​​(g)

Heterogeen

reactiemengsel

Homogeen

reactiemengsel

Evenwicht of toch niet?

• Dit is een evenwichtsreactie.
• Maar wat nu als we geen chemisch evenwicht willen?
• Dan zorgen we dat de reactie aflopend wordt.

CaCO​3​​(s)⟷CaO(s)+CO​2​​(g)

Hoe maak je deze reactie aflopend?

CaCO​3​​(s)⟷CaO(s)+CO​2​​(g)

Antwoord

De evenwichtsvoorwaarde voor deze reactie is K = [CO₂].

Het aflopen van de reactie is dus afhankelijk van de concentratie van koolstofdioxide. Zorg dat de koolstofdioxide kan ontsnappen en de reactie wordt aflopend.

In de praktijk: een schoorsteen op de kalkoven.

CaCO​3​​(s)⟷CaO(s)+CO​2​​(g)

Hoe maak je de volgende evenwichtsreactie aflopend?

Ag(NH​3​​)​2​+​​ (aq)⟷Ag​+​​ (aq)+2 NH​3​​ (aq)

1. zilvernitraat toevoegen
2. natriumchloride toevoegen

Antwoord

Als je zilvernitraat toevoegt zal [Ag⁺] groter worden. Het evenwicht zal dan naar links verschuiven, maar alleen maar om het evenwicht te herstellen.

Als je natriumchloride toevoegt, zullen de chloride-ionen een neerslag vormen met de zilverionen. Deze ionen zijn dan niet meer beschikbaar voor het gegeven evenwicht. De reactie loopt dan af naar rechts.

Ag(NH​3​​)​2​+​​ (aq)⟷Ag​+​​ (aq)+2 NH​3​​ (aq)

Is de reactie van het filmpje heterogeen of homogeen?

1. heterogeen
2. homogeen

Leg uit waarom bij het evenwicht de reactiesnelheden niet gelijk zijn.

Antwoord

In de reactie is de coëfficiënt voor NO₂ een twee en voor N₂O₄ een één.

De verhouding tussen de stoffen is dus 2 : 1. Als de concentraties van beide stoffen gelijk blijven tijdens evenwicht moet de reactie naar rechts 2x zo snel verlopen als de reactie naar links.

2 NO​2​​(g)⟷N​2​​O​4​​(g)

Leg uit wat je in het filmpje zag met behulp van macro- en microniveau.

Leerdoelen

1. Je kunt uitleggen wat wordt verstaan onder een evenwichtsreactie.
2. Je kunt op microniveau uitleggen wat wordt verstaan onder een dynamisch evenwicht.
3. Je kunt aan de hand van een gegeven reactievergelijking van een chemisch evenwicht verklaren of het een homogeen of heterogeen systeem betreft.
4. Je kunt aan de hand van een evenwichtsreactie uitleggen hoe de reactie aflopend kan worden gemaakt. 
5. Je kunt uitleggen wat de veranderingen in de temperatuur voor gevolgen hebben voor een evenwicht.

Controle

Hierna volgt een aantal vragen.

Hiermee kun je controleren of je de leerdoelen van deze les hebt gehaald.

Dynamisch evenwicht of niet?

?

Echt wel!

Nope!

Suiker op de bodem van een glas water.

Stukje ijzer in een glas water.

NO₂ dat ontstaat uit salpeterzuur en koper.

Jood opgelost in een tweelagensysteem van water en hexaan.

Zand op de bodem van een glas zeewater.

Een suspensie van lood(II)jodide in water.

Welk begrip hoort in een
beschrijving op microniveau?

1. concentratie
2. ionen
3. suspensie
4. water

Van een evenwicht is de reactie naar links exotherm. Naar welk kant verschuift evenwicht als het mengels wordt verwarmt?

1. links
2. rechts

Antwoord

De reactie naar links is exotherm, dus naar rechts endotherm. Bij verwarmen verschuift het evenwicht naar de endotherme kant, dus naar rechts.

Leg uit wat het verschil is tussen een homogeen en een heterogeen mengsel.

Antwoord

Bij een homogeen mengsel zijn alle reactanten en reactieproducten in dezelfde fase (bijvoorbeeld allemaal opgelost). Een heterogeen mengsel hebben deze meerdere fasen (bijvoorbeeld opgelost gecombineer met vast).

Bedenk een manier om deze reactie aflopend te maken.

Mg(OH)​2​​(s)⟷Mg​2+​​(aq)+2 OH​−​​(aq)

Mg(OH)​2​​(s)⟷Mg​2+​​(aq)+2 OH​−​​(aq)

N​2​​ (g)+3 H​2​​ (g)⟷2 NH​3​​ (g)

Antwoord

De ammoniak moet worden weggehaald om de reactie aflopend te maken. Manieren om dit te doen zijn: 

• een water spray waarin het ammoniak oplost;
• mengen waterstofchloride om zo salmiak te maken.

Stel 1 vraag over een onderdeel dat je niet helemaal hebt begrepen.

Voor de volgende les

• MAAK: Opgave 32 en 33
• LEES: 7.5
• MAAK: Vul je begrippenlijst van 7.5 aan.

Differentiatie

Voor extra oefening: 

botsende deeltjes model

Voor extra verdieping:

katalysator bij evenwicht

Botsende deeltjesmodel

Om een beeld te hebben bij het verloop van een reactie gebruiken we het botsende deeltjesmodel. Hierbij kijken we naar een reactie die in de gasfase plaatsvindt. De deeltjes bewegen en botsen tegen elkaar. Maar om een reactie plaats te laten vinden is een botsing op de juiste manier en met een minimale snelheid nodig.

Beschrijf het rollen van ballen op een pouletafel verbonden aan het botsende deeltjesmodel.

Antwoord

Als ballen rollen over een pouletafel raken ze elkaar constant. Als een bal in een pocket (dat zijn de gaten aan de randen) dan is er een reactie. Het botsen van de ballen zijn de botsingen, het vallen van een bal in een pocket is een effectieve botsing.

Hoe kun je met de poultafel uitleggen dat de reactie sneller gaat als de temperatuur stijgt?

Antwoord

Als de temperatuur stijgt dan gaan de ballen sneller rollen. De ballen zullen meer botsingen hebben en vaker in een pocket vallen. De reactiesnelheid is dus hoger.

Katalysator bij evenwicht

Bij een aflopende reactie is de katalysator verantwoordelijk voor het verlagen van de activeringsenergie van de reactie. Omdat de activeringsenergie lager is kan de reactie makkelijk verlopen en gaat de reactie sneller.

Bij een evenwichtsreactie zorgt een katalysator dat de insteltijd van de reactie korter wordt. Het evenwicht is eerder bereikt.

Waarin verandert het evenwicht wanneer je een katalysator toevoegt?

1. Nergens in.
2. De concentratie van reactieproducten worden groter.
3. De concentratie van de beginstoffen worden groter.
4. Het evenwicht wordt eerder gevormd.

Leg uit hoe een katalysator het rendement van een chemisch proces met een evenwicht kan verbeteren.

Antwoord

De katalysator verhoogt het rendement doordat de deeltjes sneller reageren en daarmee het chemisch evenwicht eerder wordt bereikt.

De katalysator verandert niet de ligging van het evenwicht, het is alleen de instelsnelheid die wordt beïnvloed.