Kapitel 1-18 Repetition inför delförhör Kapitel 1 Innehåll Kapitel 1 Kemisk kinetik Redoxjämvikter Kapitel 1 Definition Kapitel 1 Området inom kemi som berör reaktionshastigheter Kemisk kinetik Kapitel 1 BrNO NO + Br Kapitel 1 Hastighetsuttryck Rate = k[no ] n k = hastighetskonstant n = reaktionsordning 1
Kapitel 1 Arrhenius ekvation Kapitel 1 k = A e -Ea/RT k = hastighetskonstanten A = frekvensfaktor E a = aktiveringsenergi R = gaskonstanten T = temperatur Reaktionen N O 5 (g) 4NO (g) + O (g) studerades vid flera temperaturer och följande värden på hastigahetskonstanten k erhölls: k(s -1 ) T( o C).0 x 10-5 0 7.3 x 10-5 30 Beräkna aktiverings-.7 x 10-4 40 energin E a 9.1 x 10-4 50.9 x 10-3 60 Koncentrationsprofil för H O(g) + CO(g) H (g) + CO (g) Koncentration & & Jämvikt Tid Massverkans lag (Guldberg & Waage 1864) För den allmänna reaktionen ja + kb lc + md kan massverkans lag skrivas med hjälp av jämviktsuttrycket: l m K = C D j k där [X] är koncentrationen av ett löst ämne och K är jämviktskonstanten A B Gaskoncentrationer kan anges i mol/l och i atm För reaktionen: N (g) + 3H (g) NH 3 (g) K = K p = K(RT) Δn [ NH3 ] [ N ] [ H ] 3 K p = p p( NH3 ) ( N ) p( H ) 3 Δn = differensen mellan de stökiometriska koefficienterna i jämviktsreaktionen (gaser) R = 0,0806 atm l/(mol K)
Lösandet av jämviktsproblem 1. Balansera reaktionslikheten.. Teckna jämviktsuttrycket. 3. Lista begynnelsekoncentrationerna. 4. Beräkna Q och bestäm reaktionsriktningen. 5. Definiera jämviktskoncentrationerna (med x). 6. Inför koncentrationerna i jämviktsuttrycket 7. Bestäm jämviktskoncentrationerna ur definitionen med x 8. Kontrollera resultatet genom att beräkna K. Vätgas och jodgas reagerar till gasformig vätejodid, K p = 1.00 10. Till en början är p(h ) = 1.000 10 - atm, p(i ) = 5.000 10-3 atm och p(hi) = 5.000 10-1 atm. Beräkna jämviktspartialtrycket för varje species. Konjugerade syra-baspar HA(aq) + H O(l) A (aq) + H 3 O + (aq) syra bas konj.bas konj.syra konjugerad bas: det som kvarstår av syramolekylen efter att den dissocierat. konjugerad syra: bildas när en proton överförs till basen. Syrakonstanten (K a ) HA(aq) + H O(l) A (aq) + H 3 O + (aq) Grafisk representation av olika syrors styrka Stark syra fullständigt dissocierad Svag syra delvis dissocierad HO A H A = = HA HA K a 3 + + 3
Svaga syror Vattnets autoprotolys Vatten är en amfotär förening (den kan fungera både som en syra och en bas). H O + H O H 3 O + + OH syra bas konj.syra konj.bas K w = [H 3 O + ] [OH ] = 1 10 14 vid 5 C ph-skalan ph = log[h + ] ph i vatten antar värden typiskt mellan 0 och 14. K w = 1.00 10 14 = [H + ] [OH ] pk w = 14.00 = ph + poh Då ph stiger, sjunker poh (summan = 14.00). I neutralt vatten är [H + ] = [OH ] = 1.00 10 7 ph = 7; neutral. ph > 7; basisk, ph < 7; sur Beräkna ph för en lösning 1. Lista upp de viktigaste molekylerna och jonerna i lösningen. Notera vilka ämnena som kan producera H + (eller OH ) och skriv ner reaktionslikheterna. 3. Avgör på basen av K a den dominerande H + donatorn vid jämvikt. 4. Skriv upp jämviktsuttrycket för den dominerande jämvikten. 5. Lista utgångskoncentrationerna i den dominerande jämvikten. Beräkna ph för en lösning (forts) 6. Avgör förändringen från utgångssituationen till jämvikt (som x ). 7. Teckna jämviktskoncentrationerna som funktionav förändringen (x). 8. För in jämviktskoncentrationerna i jämviktsuttrycket. 9. Bestäm x ur andragradsekvationen (alt. bestäm x den enkla vägen och verifiera lösningen m.h.a. 5% regeln). 10.Beräkna [H + ] och ph ur jämviktsdefinitionen Beräkna ph för en 0.100 M vattenlösning av HOCl(aq) (vätehypoklorit/underklorsyrlighet) K a = 3.5 x 10-8 4
Effekten av en gemensam jon Förskjuter jämviktstillståndet genom tillsatts av en jon som ingår i ett jämviktssystem. En direkt tillämpning av Le Châteliers princip. Innebär en förskjutning av jämvikten då man adderar en jon som deltar i jämviktsreaktionen. HF(aq) H + (aq) + F (aq) Tillsats av NaF(s) förskjuter jämvikten En buffrad lösning motstår en förändring av sitt ph när antingen H + eller OH tillsätts. En liter 0.50 M CH 3 COOH + 0.50 M CH 3 COONa i samma lösning utgör en buffrad lösning med ph = 4.74 En tillsats av 0.010 mol fast NaOH höjer lösningens ph till 4.76, en minimal förhöjning. a) Beräkna ph för en vattenlösning med 1.0 M HF. b) Beräkna ph för en vattenlösning med 1.0 M HF och 1.0 M NaF. K a, HF = 7. x 10-4 För fasta jonföreningar som delvis löser sig i vatten (begränsad löslighet). Bi S 3 (s) Bi 3+ (aq) + 3S (aq) K sp = löslighetsprodukt K sp = [Bi 3+ ] [S ] 3 5
Löslighetsprodukt Löslighetsprodukten (K sp ) är en jämviktskonstant som har ett värde för en given reaktion vid en viss temperatur. Lösligheten uttryckt i M eller g/l är bara en jämviktsposition. Löslighetsprodukter vid 5 C Bi S 3 (s) Bi 3+ (aq) + 3S (aq) 3+ S 3 K = Bi sp Beräkna lösligheten för silverklorid i vatten. K sp = 1.6 10 10 1.3 10-5 M Beräkna lösligheten för silverfosfat i vatten. K sp = 1.8 10 18 1.6 10-5 M Termodynamikens andra lag Drivkraften för en spontan process är en ökning i universums totala entropi. ΔS universum = ΔS system + ΔS omgivning Fri energi, G ΔG = ΔH TΔS (ur systemets synvinkel) En process (vid konstant T, P) är spontant i den riktning dit den fria energin minskar: ΔG motsvarar +ΔS univ 6
Vid vilken temperatur vid 1 atm blir nedanstående process spontan då ΔH = 31.0 kj/mol och ΔS = 93.0 J/K mol? Elektrokemi Br (l) Br (g) Vad kallas denna temperatur? Elektrokemi Läran om sambandet mellan kemisk och elektrisk energi Galvanisk cell och elektrolys Galvanisk cell Elektrolys anod katod katod anod Halvreaktioner Redox-reaktionen delas upp i två halvreaktioner, en för oxidationen en för reduktionen. 8H + + MnO 4 + 5Fe + Mn + + 5Fe 3+ + 4H O Reduktion: 8H + + MnO 4 + 5e Mn + + 4H O Oxidation: 5Fe + 5Fe 3+ + 5e Beskriv fullständigt den galvaniska cellen där följande halvreaktioner sker under standardförhållanden: Ag + + e - Ag E 0 = 0.80 V Fe 3+ + e - Fe + E 0 = 0.77 V 7