Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Samankaltaiset tiedostot
Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

1.1 Homogeeninen kemiallinen tasapaino

Biomolekyylit ja biomeerit

Tehtävä 1. Tasapainokonversion laskenta Χ r G-arvojen avulla Alkyloitaessa bentseeniä propeenilla syntyy kumeenia (isopropyylibentseeniä):

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta Insinöörivalinnan kemian koe MALLIRATKAISUT

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

KEMA KEMIALLINEN TASAPAINO ATKINS LUKU 7

Reaktiosarjat

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Tuntisuunnitelma. Le Châtelier:n periaate Tasapainoon vaikuttavat tekijät: lämpötila, paine, konsentraatio

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Luku 21. Kemiallisten reaktioiden nopeus

Luku 8. Reaktiokinetiikka

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2

Jakso 0 Kertaa oppimaasi! vastaukset

Teddy 10. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2012 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko.

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

CHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit. Laskuharjoitus 9/2016. Energiataseet

Erilaisia entalpian muutoksia

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

Reaktiotekniikka. Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta Teema 4 Kaisa Lamminpää

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2 1/2 p = 2 p.

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

Kemian koe, Ke3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Perjantai VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Neutraloituminen = suolan muodostus

2. Reaktioyhtälö 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Yhdisteiden nimeäminen

Lämpö- eli termokemiaa

Määritelmät. Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin

Erilaisia entalpian muutoksia

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen


Normaalipotentiaalit

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA 1)

b) Laske prosentteina, paljonko sydämen keskimääräinen teho muuttuu suhteessa tilanteeseen ennen saunomista. Käytä laskussa SI-yksiköitä.

Ylioppilastutkintolautakunta S t u d e n t e x a m e n s n ä m n d e n

Astrokemia Kevät 2011 Harjoitus 1, Massavaikutuksen laki, Ratkaisut

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Luento 10:Kertausta: Kemiallinen tasapaino + Kiinteän olomuodon kemia CHEM-A1250

Kertaustehtävien ratkaisut LUKU 2

Kemiallinen tasapaino 3: Puskuriliuokset Liukoisuustulo. Luento 8 CHEM-A1250

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 9.00

Osio 1. Laskutehtävät

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

MATEMATIIKKA. Matematiikkaa pintakäsittelijöille. Ongelmanratkaisu. Isto Jokinen 2017

Vesiliuoksen ph ja poh-arvot

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN VALINTAKOE

Teddy 2. välikoe kevät 2008

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

MAY1 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Julkaiseminen sallittu vain koulun suljetussa verkossa.

Ratkaisu. Tarkastellaan aluksi Fe 3+ - ja Fe 2+ -ionien välistä tasapainoa: Nernstin yhtälö tälle reaktiolle on:

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

LUKU 16 KEMIALLINEN JA FAASITASAPAINO

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Kemian koe, KE3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Maanantai VASTAA YHTEENSÄ VIITEEN TEHTÄVÄÄN

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

CHEM-A1250 Luento

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

( ) Oppikirjan tehtävien ratkaisut. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Päähaku, kemian kandiohjelma Valintakoe klo

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Vakaiden isotooppien käytön periaatteet ravitsemustutkimuksessa

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Sähkökemian perusteita, osa 1

Transkriptio:

Luku 2 Kemiallisen reaktion tasapaino 1

2

Keskeisiä käsitteitä 3

Tasapainotilan syntyminen, etenevä reaktio 4

Tasapainotilan syntyminen 5

Tasapainotilan syntyminen, palautuva reaktio 6

Kemiallisen tasapainotilan ominaisuuksia Tasapainoreaktiossa tapahtuu etenevän reaktion lisäksi myös palautuva reaktio Kun reaktiossa on saavutettu tila, jossa etenevän reaktion nopeus (ν e ) on yhtä suuri kuin palautuvan reaktion nopeus (ν p ), on reaktio tasapainotilassa Dynaaminen tasapainotila voidaan saavuttaa vain suljetussa systeemissä 7

Dynaaminen tasapainotila = lähtöaineiden ja lopputuotteiden konsentraatiot eivät enää muutu eli ovat vakioita, kun lämpötila ja paine myös vakioita! 8

Dynaaminen tasapainotila, v e = v p 9

Reaktionopeudet A + B C + D Etenevän reaktion nopeus ν e = k e [A] [B] Palautuvan reaktion nopeus ν p = k p [C] [D] k e = etenevän reaktion reaktionopeusvakio tietyssä lämpötilassa k p = palautuvan reaktion reaktionopeusvakio tietyssä lämpötilassa [A],[B],[C],[D] =aineiden A,B,C ja D konsentraatiot tasapainotilassa Tasapainovakion K johtaminen Dynaamisessa tasapainotilassa reaktionopeudet ovat yhtä suuret etenevälle ja palautuvalle reaktiolle, joten: ν e = ν p k e [A] [B] = k p [C] [D] Tasapainovakio K: 10

Tasapainovakiolausekkeen kirjoittaminen Kirjoitetaan reaktiolle CH 4 (g) + H 2 O(g) 3 H 2 (g) + CO(g) tasapainovakion lauseke ja määritetään sen yksikkö: Yksikkötarkastelu: 11

Tasapainovakio, K Reaktion tasapainovakio kertoo, miten pitkälle reaktio on edennyt K >> 1 tasapainoasema oikealla, reaktiotuotteita on reaktioseoksessa paljon K << 1 tasapainoasema vasemmalla, reaktiotuotteita on reaktioseoksessa vähän 12

Etenevän ja palautuvan reaktion tasapainovakioiden välillä vallitsee yhteys: K 1 K 2 = 1, missä K 1 = etenevän reaktion tasapainovakio K 2 = palautuvan reaktion tasapainovakio Katso kirjan esimerkkitehtävä s. 19 tee tehtävät 11 12 s.35 13

14

Tasapainoreaktioiden laskutekniikat Esimerkki 1 Typpi- ja vetykaasun seos suljettiin astiaan, joka kuumennettiin 472 C:n lämpötilaan. Kun tasapaino oli asettunut, mitattiin kaasujen tasapainokonsentraatiot, jotka olivat [N 2 ] = 0,0402 mol/l [H 2 ] = 0,1207 mol/l [NH 3 ] = 0,00272 mol/l Laske reaktion N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) tasapainovakio tässä lämpötilassa. 15

16

14. Eräässä lämpötilassa 2,00 litran astia sisälsi tasapainotilassa 2,80 10 3 mol typpeä, 2,50 10 5 mol happea ja 2,00 10 2 mol dityppioksidia. Laske reaktion 2 N 2 (g) + O 2 (g) 2 N 2 O(g) tasapainovakio tässä lämpötilassa. 17

18

Jos kaikkien aineiden tasapainokonsentraatioita ei tiedetä, selvitetään ne seuraavasti: 1.Taulukoidaan kaikkien aineiden alkukonsentraatiot. Mikäli aineelle ei ole ilmoitettu alkukonsentraatiota, se merkitään nollaksi. 1. Merkitään taulukkoon myös annetut tasapainokonsentraatiot. 2. Merkitään taulukkoon sellaisen aineen alku ja tasapainokonsentraation muutos, jonka molemmat konsentraatiot tunnetaan (konsentraation pieneneminen voidaan merkitä negatiivisena ja lisääntyminen positiivisena lukuna). 3. Käyttämällä hyväksi tasapainotetun reaktioyhtälön kertoimien suhdetta merkitään konsentraation muutos muille aineille. 4. Lasketaan konsentraatiomuutosten avulla niiden aineiden tasapaino konsentraatiot, joita ei vielä tiedetä. 5. Sijoitetaan näin saadut tasapainokonsentraatiot tasapainovakion lausekkeeseen. 19

Tasapainovakion laskeminen kirjan esimerkkitehtävä 2 s.21 Ratkaisu 20

tee kirjasta tehtävät 15,18 (s.36) 21

22

Tehtävä 15 23

Tehtävä 18 24

Tasapainokonsentraation laskeminen esim. 4 s.23 25

Tehtävä 19 26

Tehtävä 20 27

Tehtävä 26 28

29

30

Reaktion suunnan ennustaminen Esimerkki 6 s.26 Ammoniakkisynteesiä kuvaavan reaktion tasapainovakion arvo 472 C:ssa on 0,105 (mol/dm 3 ) 2. Suljetussa 1,0 litran astiassa on 2,00 mol vetykaasua, 1,00 mol typpikaasua sekä 2,00 mol ammoniakkia ja seos kuumennetaan 472 C:n lämpötilaan. Mihin suuntaan reaktion on edettävä, jotta muodostuu tasapainotila? Ratkaisu: Lasketaan eri aineiden konsentraatiot ja sijoitetaan ne reaktion tasapainovakion lausekkeeseen Vertaamalla saatua arvoa annettuun tasapainovakion arvoon 0,105 (mol/dm 3 ) 2 havaitaan, että ammoniakin konsentraation tulisi pienentyä ja vastaavasti typen ja vedyn konsentraatioiden kasvaa, jotta tasapainovakion arvo pienenisi arvosta 0,500 (mol/dm 3 ) 2 arvoon 0,105 (mol/dm 3 ) 2. Ammoniakin on siis hajottava vedyksi ja typeksi, eli reaktion N 2 (g) + 3 H 2 (g) <= > 2 NH 3 (g) on tapahduttava palautuvan reaktion suuntaan eli vasemmalle. 31

Reaktion tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä Le Châtelier'n periaate: Jos tasapainotilassa olevaan systeemin olosuhteita muutetaan, systeemi pyrkii kumoamaan tehdyn muutoksen. Tasapainotilaan voidaan vaikuttaa: konsentraation muutoksilla lämpötilaa muuttamalla painetta muuttamalla (kaasut) katalyyttien avulla 32

Lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden konsentraatioiden muutokset Lisäämällä lähtöainetta reaktio etenee tuotteiden suuntaan (ja päinvastoin) Poistamalla tuotetta reaktio etenee tuotteiden suuntaan (ja päinvastoin) Muodostuu uusi tasapainotila, mutta tasapainovakion arvo (K) säilyy! 33

Vedyn lisäyksen vaikutus ammoniakkisynteesin tasapainotilaan 34

Paineen vaikutus Painetta lisäämällä reaktio etenee sellaiseen suuntaa, jossa kaasumooleja on vähemmän (ja päinvastoin). Ei muuta tasapainovakiota K, vaikka uusi tasapainotila muodostuu! 35

Lämpötilan vaikutus Lämpötilan muutos vaikuttaa reaktion tasapainovakio K:n arvoon!!! Kun lämpötilaan nostetaan reaktio etenee endotermiseen suuntaan ja lämpötilan lasku edistää eksotermistä reaktiosuuntaa. 36

Katalyytin vaikutus katalyytti ei muuta reaktion tasapainotilaa nopeuttaa tasapainotilan muodostumista aktivoitumisenergiaa pienentämällä ei vaikutusta tasapainovakion arvoon 37

Käytännön ammoniakkisynteesi 38

39

Kertaus tasapainotilaan vaikuttavista tekijöistä 40

41