Les 4 _ H7.6 - Chemisch evenwicht verschuiven

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H7 - Duurzaamheid

H7

H7.6 

Chemisch evenwicht

Planning

• Bespreken practicum

• Inclusief uitleg §7.6
  

• Aan de slag

Leerdoelen

Na deze les weet ik...:

• Je weet welke factoren invloed hebben op de ligging van een evenwicht

Na deze les kan ik...:

• Je kunt aangeven welke invloed een verstoring heeft op de ligging van het evenwicht
• Je kunt aangeven op welke manier(en) je een evenwicht aflopend kunt maken

Practicum - Theorie

Bij een chemisch evenwicht hebben twee tegengesteld verlopende reacties dezelfde snelheid. Als het evenwicht is ingesteld, verandert de samenstelling van het mengsel niet meer. 

In dit experiment ga je kijken of de concentratie van de reagerende stoffen en de temperatuur factoren zijn die van invloed zijn op de ligging van het evenwicht. 

Practicum - Inleiding

• Je gaat daarbij uit van het evenwichtsmengsel dat wordt gevormd als een ijzer(III)chloride-oplossing wordt toegevoegd aan een oplossing van kaliumthiocyanaat. Er verloopt dan een chemische evenwichtsreactie waarbij ijzer(III)thiocyanaationen worden gevormd. 

• Fe³⁺ (aq) + SCN⁻ (aq) -> FeSCN²⁺ (aq)                -> Stel de concentratie breuk op

• Het FeSCN²⁺ is rood van kleur. Uit de kleurverandering moet je kunnen afleiden of je experimenten van invloed zijn op de samenstelling van je evenwichtsmengsel.
  

Practicum - Resultaten

• a) Noteer je waarnemingen bij onderdeel 1 t/m 7. Let vooral op eventuele kleurveranderingen.
  

• b) Geef de reactievergelijking van de reacties die optreden in buis 5 en 6 nadat je de genoemde stoffen toevoegt.

Practicum resultaten

Buis	Kleurverandering
1	geel (ijzer-opl.) + kleurloos (thiocyanaat) => rood
2	Donker naar licht rood (bij afkoelen)
3	Werd iets donkerder
4	Werd donkerder rood
5	Werd troebel wit
6	Werd geel / kleurloos + rode neerslag
7.A	Bijna kleurloos (champagne kleur)
7.B	Kleurde licht oranje
7.C	Kleurde oranje/rood

Fe3+ (aq) + SCN− (aq) -> FeSCN2+ (aq)   

Practicum - Conclusies

• c) Leg uit welke reactie endotherm is, de reactie waarbij FeSCN2+ ontstaat of de reactie waarbij dit weer ontleedt in de beginstoffen?
  

• d) Geef voor de reactie in de buizen 3 t/m 6 aan in welke richting het evenwicht verschuift, nadat je de genoemde stoffen hebt toegevoegd. Verklaar dit aan de hand van de waargenomen kleurveranderingen.
  

• e) Verklaar de kleurveranderingen in de drie buizen uit onderdeel 7.
  

Practicum resultaten

Buis	Kleurverandering	Verschuiving naar
1	geel (ijzer-opl.) + kleurloos (thiocyanaat) => rood	-
2	Donker naar licht rood (bij afkoelen)	Links
3	Werd iets donkerder	Rechts
4	Werd donkerder rood	Rechts
5	Werd troebel wit	Neerslagreactie
6	Werd geel / kleurloos + rode neerslag	Neerslagreactie
7.A	Bijna kleurloos (champagne kleur)	Verdunning
7.B	Kleurde licht oranje	Rechts
7.C	Kleurde oranje/rood	Rechts

Fe3+ (aq) + SCN− (aq) -> FeSCN2+ (aq)   

Typen evenwichtsreacties

• Homogeen evenwicht: alle stoffen in de reactie zijn aanwezig in dezelfde fase.

• Heterogeen evenwicht: de stoffen in de reactie zijn aanwezig in verschillende fasen.

Instellen van evenwicht

• S1 geeft snelheid van de

heengaande reactie weer.

• S2 geeft snelheid van de 

teruggaande reactie weer.

• Op t2 is het evenwicht 

ingesteld. Dit noemen we de

insteltijd (tev).

Welke reactie verloopt het snelst op tijdstip t1?

1. Heengaande reactie
2. Teruggaande reactie

Uitspraken, waar of niet waar?

Hierna volgen een vier uitspraken over het chemisch evenwicht. Geef aan of de uitspraken waar of niet waar zijn.

"Hoeveelheden van alle stoffen zijn gelijk in evenwicht."

1. Waar
2. Niet waar

"De reactiesnelheid van de reactie naar rechts en links is gelijk als er chemisch evenwicht is."

1. Waar
2. Niet waar

"Concentraties van alle stoffen zijn gelijk in evenwicht."

1. Waar
2. Niet waar

"Als een reactie het evenwicht heeft bereikt, veranderen de concentraties van de stoffen niet meer."

1. Waar
2. Niet waar

Ligging van evenwicht

• Als evenwicht zich heeft ingesteld, dan veranderen de concentraties van de stoffen niet meer. 

• Als er méér beginstof is dan reactie-product -> dan ligt het evenwicht links.
• Als er méér reactieproduct is dan beginstof -> dan ligt het evenwicht rechts.

Evenwicht verstoren

• Er is evenwicht als de snelheid van de heengaande reactie gelijk is aan de snelheid van de teruggaande reactie (s₁ = s₂)

• Factoren die invloed hebben op de reactiesnelheid kunnen daarom invloed hebben op de ligging van een evenwicht

Factoren die evenwicht beïnvloeden

• Concentratie
• Druk
• (Volume)
• Temperatuur

• LET OP: Een katalysator verkort de insteltijd van het evenwicht, maar zal de ligging van het evenwicht niet beïnvloeden.

1. Temperatuur

Temperatuur heeft invloed op de reactiesnelheid, maar is die invloed even groot voor endotherme als voor exotherme reacties? 

Kijk op de volgende dia nog eens naar het filmpje van de bruine buizen: links het warme water, rechts het ijsbad

0

Filmpje

• Buisje met mengsel van N2O4 en NO2.
• Samenstelling in reactievat veranderd
• => afhankelijk van de temperatuur

• Er vindt een wel een evenwichtsreactie plaats

• Stel de concentratiebreuk op van de reactie
• Wat zou een reden kunnen zijn voor de kleurverandering?

Invloed temperatuur

In het warme water gaan beide reacties 

sneller verlopen, maar de reactie waarbij

de bruine stof ontstaat loopt tijdens het

opwarmen sneller dan de reactie waarbij

de bruine stof verdwijnt. Er is dus tijdens

het opwarmen eventjes geen evenwicht meer.

Het evenwicht is verstoord. 

Daardoor wordt de buis tijdens het opwarmen bruiner.

Invloed temperatuur

In het koude water gaan beide reacties 

lanzamer verlopen, maar de reactie waarbij

de bruine stof ontstaat wordt tijdens het

afkoelen veel meer afgeremd dan de reactie waarbij

de bruine stof verdwijnt. Er is dus tijdens

het afkoelen eventjes geen evenwicht meer.

Het evenwicht is verstoord. 

Daardoor wordt de buis tijdens het afkoelen lichter.

invloed temperatuur

Een endotherme reactie neemt energie op uit de omgeving. Deze reactie verloopt beter als de temperatuur in de omgeving hoger is

Een exotherme reactie staat energie af aan de omgeving. Deze reactie verloopt beter als de temperatuur in de omgeving lager is

NOTEER EN LEER:

Als de temperatuur hoger wordt, dan is de endotherme reactie in het voordeel en verschuift de reactie naar de endotherme kant

Als de temperatuur lager wordt, dan is de exotherme reactie in het voordeel en verschuift de reactie naar de exotherme kant

Bij afkoelen wordt de 

buis lichter. De reactie van NO2 (bruin) naar N2O4 (kleurloos) is dus

1. endotherm
2. exotherm

2. concentratie

Hoe hoger de concentratie van een stof, hoe hoger de reactiesnelheid. 

Als je aan één kant van het evenwicht een stof toevoegt, dan zal dus één van beide reacties (tijdelijk) sneller verlopen

Als je aan één kant van het evenwicht een stof weghaalt, dan zal dus één van beide reacties (tijdelijk) langzamer verlopen

Voorbeeld 1

de vorming van ammoniak is een evenwichtsreactie:

                                     N2 + 3H2 < = >  2 NH3             

 Wanneer je aan het evenwicht extra N2 toevoegt, gaat de reactie naar rechts sneller verlopen. Het evenwicht is verstoord.

Om weer opnieuw evenwicht te krijgen, moet de concentratie N2 lager worden en omgezet worden in NH3. Het evenwicht verschuift naar rechts

Voorbeeld 2

de vorming van ammoniak is een evenwichtsreactie:

                                     N2 + 3H2 < = >  2 NH3             

 Wanneer je aan het evenwicht extra NH3 toevoegt, gaat de reactie naar links sneller verlopen. Het evenwicht is verstoord.

Om weer opnieuw evenwicht te krijgen, moet de concentratie NH3 lager worden en omgezet worden in N2 en H2. Het evenwicht verschuift naar links

NOTEER EN LEER

concentratie heeft invloed op de ligging van het evenwicht:

1. stof toevoegen voor de pijl = evenwicht schuift naar rechts

2. stof toevoegen na de pijl = evenwicht schuift naar links

je zegt ook wel: "een evenwicht werkt zijn verstoring tegen"

Wat gebeurt er met het evenwicht als stof C en/of D wordt verwijderd uit het reactiemengsel?

A + B <--> C + D

1. Er gebeurt niets
2. Het evenwicht verschuift naar links
3. Het evenwicht verschuift naar rechts

Hoe maak je een evenwicht aflopend?

Je kunt een evenwicht net zo lang verstoren tot het een aflopende reactie wordt. Welke verstoring moet je dan aanbrengen? 

We zetten de kenmerken van beide soorten reacties eerst eens overzichtelijk naast elkaar (TIP: neem over in je schrift).

Aflopende reacties

A + B -> C + D

• Reactie in 1 richting.
• Enkele reactiepijl.
• Niet omkeerbare reactie, bijv. verbranding van een kaars.

Evenwichtsreacties

A + B           C + D

• Heen- en teruggaande reactie tegelijkertijd (dynamisch).
• Dubbele reactiepijl.


• Reactie is omkeerbaar.

Aflopend maken van een evenwicht

Als je een evenwicht aflopend wilt maken naar rechts, moet je zorgen dat de reactie naar links niet meer kan verlopen. Dat doe je door één van de stoffen die nodig zijn voor de reactie naar links weg te halen uit het reactiemengsel. Als je dit voortdurend doet, wordt het evenwicht een aflopende reactie naar rechts.

Toepassing verstoren evenwicht

De vorming van ammoniak uit waterstof en stikstof is een evenwichtsreactie. Om zoveel mogelijk ammoniak te produceren, kan een fabrikant ervoor kiezen om:

1. temperatuur te verhogen 

2. extra veel stikstof of waterstof toe te voegen 

3. ammoniak af te scheiden van het reactiemengsel, zodat evenwicht aflopend wordt

In praktijk moet er een goede balans gevonden worden tussen de kosten, veiligheid en opbrengst van elke maatregel.

Welke van onderstaande factoren beïnvloedt NIET het evenwicht?

1. Concentratie
2. Katalysator
3. Temperatuur