Reactiesnelheid en evenwicht
Inleiding
Kaliumjodide en kaliumpersulfaat. Rodanide en robalaat. Met deze stoffen ga je een groot aantal proeven doen. Je bekijkt hoe ze met elkaar reageren. Hoe reageren ze bij lage temperatuur? En bij hoge temperatuur? En als één stof in overmaat aanwezig is? En als je de concentratie verandert?
Als een echte onderzoeker ontdek je zo dat een reactie tijd kost, en dat veel reacties niet geheel aflopen, maar in een evenwichtssituatie terechtkomen.
Al doende ervaar je welke factoren invloed uitoefenen op deze reactiesnelheid en de ligging van het evenwicht.
 |
 |
| een zeer snel verlopende reactie |
een zeer langzaam lopende reactie |
Wat ga je doen?
Wat ga je doen?
Je gaat een groot aantal proeven doen. Als een echte onderzoeker ontdek je zo dat een reactie tijd kost, en dat veel reacties niet geheel aflopen, maar in een evenwichtssituatie terechtkomen. Al doende ervaar je welke factoren invloed uitoefenen op deze reactiesnelheid en de ligging van het evenwicht.
Jullie gaan:
- Engage: een filmpje bekijken over stofexplosies.
- Explore: mindmappen.
- Explain: veel proeven doen.
- Elaborate: wat je geleerd hebt toepassen in een andere context.
- Evaluate: evalueren wat je geleerd hebt.
In de tabel staat hoeveel lessen je hier ongeveer mee bezig bent.
Je hoort van je docent of en hoe je een precieze planning maakt.
Ook hoor je van je docent hoe je precies wordt beoordeeld.
| Activiteit |
|
Max. aantal lessen |
| Engage |
Activiteit 1 |
0,5 |
| Explore |
Activiteit 2 |
0,5 |
| Explain |
Activiteit 3 |
1 |
| |
Activiteit 4 |
0,5 |
| |
Activiteit 5 |
1 |
| |
Activiteit 6 |
1 |
| |
Activiteit 7 |
1 |
| |
Activiteit 8 |
1 |
| |
Activiteit 9 |
1 |
| |
Activiteit 10 |
1 |
| |
Activiteit 11 |
1 |
| |
Activiteit 12 |
1 |
| |
Activiteit 13 |
1,5 |
| Elaborate |
Activiteit 14 |
1 |
| Evaluate |
Activiteit 15 |
1 |
| |
Totaal: |
14 |
Samenwerken
Samenwerken
Je werkt samen in tweetallen, tenzij je docent anders beslist.
Alle opgaven in deze module, staan ook in het teamboekje .
Print dit uit, en maak hier alle opdrachten in. Je hoort van je docent hoe vaak je dit in moet leveren, of het beoordeeld wordt, en hoe zwaar deze beoordeling meetelt.
Wat ga je leren?
Wat ga je leren?
Je leert de volgende begrippen kennen:
- Reactiesnelheid, omkeerbare reactie, botsingsmodel, verdelingsgraad, overmaat, evenwicht, evenwichtsvoorwaarde, evenwichtsligging, homogeen evenwicht, heterogeen evenwicht, aflopend evenwicht.
Je leert het volgende kunnen:
- Uitleggen welke factoren de reactiesnelheid bepalen.
- Uitleggen wat de invloed van de concentratie, temperatuur en verdelingsgraad op de reactiesnelheid is.
- Reactiesnelheid berekenen in mol/l.s.
- Dynamisch chemisch evenwicht beschrijven in termen van reactiesnelheid.
- Evenwichtsvoorwaarde opstellen.
- Rekenen aan een chemisch evenwicht m.b.v. een tabel.
- Grafieken met daarin reactiesnelheid of concentraties kunnen lezen en schetsen.
- De drie regels voor evenwichtsverschuivingen kunnen toepassen.
Engage
Activiteit 1
01 - individueel
Bekijk het volgende filmpje:
Stofexplosie
Vragen
- In het filmpje wordt gesproken over “fijne verdeling”.
Wat wordt daarmee bedoeld?
- Hoe beïnvloedt dat de reactiesnelheid?
- Waarom, denk je?
Explore
Activiteit 2
Aan de slag 1: Mindmaps - teamopdracht
In deze module ga je leren over reactiesnelheid en evenwicht.
Wat weet je al over dit onderwerp?
Wat zijn je verwachtigen?
Welke vragen heb je op dit moment?
Maak twee mindmaps, één voor reactiesnelheid, en één voor evenwicht.
De mindmaps staan in het teamboekje.
Probeer het volgende in de mindmap te verwerken:
- Wat versta je onder reactiesnelheid?
- Wat beinvloedt de snelheid?
- Welke factoren?
- Hoe?
- Wat versta je onder evenwicht?
- Kun je de ligging van een chemisch evenwicht beïnvloeden?
- Hoe?
- Waarom zou je dat willen?
Explain-1
Activiteit 3
Aan de slag 2: Reactiesnelheid - teamopdracht
Een reactie kost tijd. Dit ga je in de volgende proeven ontdekken. Ook ontdek je een factor die deze reactiesnelheid beïnvloedt.
Proef 1: een chemische reactie
Breng een spatelpunt vast kaliumjodide in een droge reageerbuis en voeg daar een spatelpunt vast kaliumpersulfaat aan toe. Roer de twee stoffen met een roerstaaf zo goed mogelijk door elkaar.
- Beschrijf je waarnemingen.
- Hoe komt het dat niet alle korrels in het buisje dezelfde kleur hebben?
- Vinden jullie dat bij deze proef een chemische reactie is opgetreden? Licht toe.
- Waarvan hangt bij deze proef het tempo van de kleurverandering af?
Proef 2: één stof in oplossing
Doe ongeveer 5 cm kaliumjodide-oplossing in een reageerbuis en schenk deze oplossing dan in het petrischaaltje.
- Is de oplossing kleurloos? Zo niet, waarschuw dan je docent.
Laat het schaaltje op tafel staan. Niet bewegen of schudden! Breng nu voorzichtig met een spatel een beetje kaliumpersulfaat in het midden van de petrischaal. Kijk ongeveer 1 minuut goed naar de inhoud van het schaaltje.
- Noteer alle waarnemingen.
- Denken jullie dat hier dezelfde stof gevormd wordt als bij proef 1? Licht toe.
- Waardoor zou het komen dat niet alle bruine stof ‘pats boem’ in één keer ontstaat?
- Welk(e) verschil(len) zouden jullie bij deze proef verwachten als je het vaste kaliumpersulfaat van te voren heel fijn gepoederd had? Licht toe.
Proef 3: beide stoffen in oplossing
Doe 4 ml van kaliumpersulfaatoplossing in een reageerbuis. Voeg hieraan 1 ml kaliumjodide oplossing toe. Op deze manier worden de twee oplossingen meteen goed gemengd. Kijk gedurende ca. 2 minuten naar de inhoud van de buis.
- Noteer alle waarnemingen
Je kunt je een chemische reactie voorstellen als het gevolg van botsingen van ‘deeltjes’ (moleculen of ionen). Je moet dan aannemen dat de deeltjes veranderen door deze botsingen.
- Als je hier van uitgaat, hoe kun je dan verklaren dat ook bij deze proef de reactie tijd kost?
Activiteit 3 - Opdracht 02 en 03
02 - individueel
Om te kunnen reageren, moeten deeltjes botsen
Je kunt je een chemische reactie voorstellen als het gevolg van botsingen van ‘deeltjes’. Je kunt je hier een voorstelling van maken met de volgende applet:
Reactions and Rates
Hierin wordt de volgende reactie voorgesteld:
A + BC ➙ AB + C
Opdracht:
- Open de Energie View. Je ziet hier dat er een groene total energy is. Hier moet je op letten als je het molecuul lanceert.
- Lanceer nu het molecuul A met verschillende energieën en kijk wat er gebeurt.
Vragen
- Beschrijf in je eigen woorden het botsende deeltjes model.
- Bedenk wat de “Total energy” ermee te maken heeft.
03 - individueel
Beantwoord de volgende vraag.
Verklaar met het botsende deeltjes model waarom en hoe de concentratie invloed heeft op de reactiesnelheid.
Activiteit 4
Aan de slag 3: Reactie - teamopdracht
In activiteit 3 heb je een aantal proeven gedaan. Je liet steeds kaliumjodide en kaliumpersulfaat met elkaar reageren. In de volgende proeven gaat het nodig zijn om te weten, wat de reactievergelijking is van deze reactie. In deze activiteit ga je deze reactievergelijking afleiden. Beantwoord de volgende vragen in jullie teamboekje.
- Wat is de formule van vast kaliumjodide?
- Welke ionsoorten komen voor in een oplossing van kaliumjodide?
Geef de notatie van de oplossing.
De formule van kaliumpersulfaat is \(\small{K}_{{{2}}}{S}_{{{2}}}{0}_{{{8}}}\).
Een oplossing van kaliumpersulfaat bevat o.a. persulfaationen, \(\small{S}_{{{2}}}{{0}_{{{8}}}^{{{2}-}}}\).
- Denken jullie dat kaliumionen mee reageren bij de reactie tussen oplossingen van kaliumjodide en kaliumpersultaat? Leg uit.
- Welke soorten ionen of moleculen reageren volgens jullie met elkaar bij de reactie tussen kaliumjodide en kaliumpersulfaat?
Ga nu naar de volgende pagina.
De bruine kleur bij de reactie tussen kaliumjodide en kaliumpersulfaat blijkt door jood (\(\small{I}_{{2}}\)) te worden veroorzaakt (Dit kun je aantonen door een zetmeeloplossing toe te voegen: de oplossing kleurt dan donkerblauw).
- Denken jullie dat bij de proef alle joodmoleculen tegelijk gevormd worden?
Licht toe.
Behalve jood ontstaat er nog één reactieproduct: sulfaationen (\(\small{S}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}\))
- Hoe zou je de aanwezigheid van sulfaationen In het mengsel kunnen aantonen? (Gebruik BINAS, tabel 45)
Jullie hebben nu een idee welke soorten ionen of moleculen met elkaar reageren (zie d). Jullie weten welke soorten ionen/moleculen ontstaan (zie hierboven).
- Stel nu een reactievergelijking op voor de reactie tussen kaliumjodide en kaliumpersulfaat in oplossing.
Laat deze vergelijking door jullie docent controleren voordat jullie verder gaan.
Activiteit 5
Aan de slag 4: Verdelingsgraad - teamopdracht
In activiteit 3 heb je ontdekt dat de verdelingsgraad van invloed is op de reactiesnelheid. Dit bleek ook al uit het filmpje in de engage fase.
Hoe fijner een stof verdeeld is, hoe sneller deze reageert.
Er zijn nog meer factoren die van invloed zijn op de reactiesnelheid.
In deze activiteit ontdek je hoe concentraties van invloed zijn op de snelheid van een reactie.
Activiteit 5 - Proef 4
Proef 4: de invloed van de hoeveelheid stof op de reactiesnelheid
Benodigdheden
- Kaliumjodide-oplossing
- Bekerglas
- Kaliumpersulfaatoplossing
- Reageerbuizen
Werkwijze
- Breng 4 mL kaliumjodide-oplossing in een bekerglaasje.
- Voeg hier 10 mL kaliumpersulfaatoplossing aan toe en verdeel direct de inhoud van het bekerglas over 2 reageerbuizen: doe 1/3 deel in de eerste en 2/3 deel in de tweede reageerbuis.
Vragen
- Welk(e) verschil(len) neem je waar?
- In welke buis is de reactiesnelheid het grootst?
- Wat is je conclusie?
Activiteit 5 - Proef 5
Proef 5: de invloed van de jodide-concentratie op de reactiesnelheid
Benodigdheden
- Kaliumjodide-oplossing
- Demiwater
- Kaliumpersulfaatoplossing
- Twee maatcilinders
- Reageerbuizen
Werkwijze
- Breng ongeveer 1 mL kaliumjodide-oplossing in een reageerbuis.
- Voeg hier 1 mL demiwater aan toe. Doe in een tweede reageerbuis 2 mL kaliumjodide-oplossing. Nu heb je twee verschillende kaliumjodide oplossingen: de oorspronkelijke en de verdunde.
- Voeg nu aan de twee reageerbuizen tegelijkertijd 4 ml kaliumpersulfaatoplossing toe.
Vragen
- Welk(e) verschil(len) neem je waar?
- In welke buis is de reactiesnelheid het grootst?
- Wat is je conclusie?
Activiteit 5 - Proef 6
Proef 6: de invloed van de persulfaatconcentratie op de reactiesnelheid
In proef 5 hebben jullie de invloed van de jodide concentratie op de reactiesnelheid onderzocht.
Onderzoek nu de invloed van de persulfaatconcentratie.
Ontwerp de proef zelf. Schrijf dit op een apart blad en voeg deze bij jullie teamboekje
- Beschrijf de uitvoering van de proef die jullie hebben uitgevoerd nauwkeurig. Vermeld de waarnemingen en de conclusie.
- Als je een chemische reactie opvat als het gevolg van botsingen tussen deeltjes, hoe kun je dan de resultaten van deze proef verklaren?
- Geldt deze verklaring volgens jullie ook voor proef 5? Licht toe.
Activiteit 5 - Proef 7
Proef 7: we veranderen beide concentraties
Benodigdheden
- Onverdunde kaliumpersulfaatoplossing
- Onverdunde kaliumjodide-oplossing
- Reageerbuizen en maatcilinder
Werkwijze
- Breng in een reageerbuis 10 mL kaliumpersulfaatoplossing en in een andere reageerbuis 4 mL kaliumpersulfaatoplossing.
- Voeg aan beide tegelijkertijd 1 mL kaliumjodide-oplossing toe
Vragen
- Welk(e) verschil(len) neem je waar?
- In welke buis was direct na toevoegen de hoeveelheid kaliumpersulfaat het grootst?
- Dezelfde vraag voor de hoeveelheid kaliumjodide.
- In welke buis was direct na het toevoegen de concentratie van kaliumpersulfaat het grootst?
- Dezelfde vraag voor de concentratie van kaliumjodide.
- Probeer de resultaten van deze proef te verklaren. Gebruikt het begrip concentratie.
Activiteit 5 - Opdracht 04
04 - individueel
Beantwoord de volgende vraag.
Verklaar met het botsende deeltjes model waarom en hoe de verdelingsgraad invloed heeft op de reactiesnelheid.
Activiteit 6
Inmiddels weet je het een en ander over reactiesnelheid. Zo weet je bijvoorbeeld dat de verdelingsgraad een grote rol speelt. En dat niet de hoeveelheid stof, maar de concentratie van invloed is. In deze activiteit leer je hoe je de reactiesnelheid kunt berekenen.
De reactiesnelheid wordt, voor reacties in oplossingen, meestal uitgedrukt in mol per liter per seconde (\(\small{m}{o}{l}\cdot{{L}}^{{-{1}}}\cdot{{s}}^{{-{1}}}\)). Je moet hierbij altijd vermelden op welke stof uit de reactievergelijking het aantal mol betrekking heeft. Om de snelheid van een dergelijke reactie te kunnen bepalen, kun je dus (bijvoorbeeld) nagaan hoeveel de concentratie van een stof, die bij de reactie betrokken is, per seconde stijgt of daalt.
Aan de slag 5: Reactiesnelheid - teamopdracht
In het experiment op de volgende pagina ga je deze reactiesnelheid wat verder onderzoeken. Beantwoord hierbij weer de vragen in jullie teamboekje.
Activiteit 6 - Proef 8
Proef 8: hoe snel stijgt de molaritelt van jood?
Benodigdheden
- Oplossingen van kaliumjodide en kaliumpersulfaat
- Een horloge met seconde-aanduiding of stopwatch
- Een rekje met een lege reageerbuis
- Een reageerbuis met 5 mL joodoplossing met een bekende concentratie
Werkwijze
- Breng in een reageerbuis 4 mL kaliumsulfaatoplossing.
- Voeg dan 1 mL kaliumjodide oplossing toe en start gelijk de tijdmeting.
- Meet de tijd die verloopt totdat de inhoud van de buis even donker is geworden als de inhoud van de buis met de oplossing van bekende molariteit.
Vragen
- Noteer deze tijd.
- Bereken de reactiesnelheid bij deze proef (in \(\small{m}{o}{l}\cdot{{L}}^{{-{1}}}\cdot{{s}}^{{-{1}}}\)).
- Waarom zou men er bij deze reactie meestal voor kiezen om de snelheid uit te drukken in mol jood per liter per seconde in plaats van bijvoorbeeld sulfaat?
Activiteit 8 - Opdrachten
Rekenwerk
Kees en Marleen hebben proef 8 iets anders uitgevoerd. Ze hadden een rekje met vijf buizen, waarin joodoplossingen van bekende molariteit stonden.
Ze voegden een kaliumjodide oplossing toe aan een kaliumpersulfaatoplossing. Vervolgens maten ze de tijd die verstreek totdat de kleur van hun reactiemengsel even donker was geworden als die van de oplossing met de kleinste joodmolariteit (buis A). Ze gingen door met de tijdmeting, totdat de kleur van hun mengsel even donker was geworden als die van het tweede buisje, etc.
Ze kregen de volgende resultaten:
| Buisje |
[\(\small{I}_{{2}}\)] (mmol/liter) |
Tijd (s) |
[\(\small{{I}}^{{-}}\)] (mmol/liter) |
| 0 |
0,0 |
0 |
25,0 |
| A |
1,0 |
40 |
? |
| B |
2,0 |
100 |
? |
| C |
3,0 |
200 |
? |
| D |
4,0 |
500 |
? |
| E |
5,0 |
1200 |
? |
Beantwoord nu onderstaande vragen.
05 - individueel
Beantwoord de onderstaande vragen.
- Geef de vergelijking van de reactie tussen \(\small{{I}}^{{-}}\) (aq) en \(\small{S}_{{{2}}}{{O}_{{{8}}}^{{{2}-}}}\) (aq).
- Geef de molverhouding tussen \(\small{{I}}^{{-}}\) (aq) en \(\small{S}_{{{2}}}{{O}_{{{8}}}^{{{2}-}}}\) (aq).
- Teken de grafiek van de joodconcentratie (verticaal) tegen de tijd (horizontaal).
- Bij deze proef was de concentratie van het jodide op t = 0,25 millimol per liter. Bereken m.b.v. de gegevens uit de tabel de jodidemolariteit op de tijdstippen 40, 100, 200, 500 en 1200 seconden. Bedenk dat \(\small{{I}}^{{-}}\) een ion is dat verdwijnt en \(\small{I}_{{{2}}}\) een stof is die ontstaat.
- Bereken de gemiddelde reactiesnelheid in de periode van 0 tot 40 s.
Druk de reactiesnelheid uit in millimol \(\small{I}_{{{2}}}\) per liter per seconde.
- Bereken ook de gemiddelde reactiesnelheid in de periode van 500 tot 1200 s.
- Hoe verklaren jullie dat de gemiddelde reactiesnelheid in de loop van de tijd afneemt?
06 - individueel
Ria voegt aan een oplossing van stof A in water een oplossing van stof B in water toe. A en B reageren met elkaar, waarbij stof C gevormd wordt. Ria heeft een toestel waarmee ze de molariteit van stof C op ieder moment van de reactie kan meten. Haar resultaten zijn als volgt:
| Tijd (s) |
Molariteit van C (mmol/l) |
| 0 |
0 |
| 20 |
90 |
| 40 |
150 |
| 60 |
190 |
| 80 |
220 |
| 100 |
240 |
| 120 |
250 |
Bereken de gemiddelde reactiesnelheid in de eerste 20 seconden, in de periode van 20-40 seconden, van 40-60 seconden, etc. met de gegevens uit deze tabel.
Teken een staafdiagram waarin je de gemiddelde reactiesnelheid uitzet tegen de tijd.
07 - individueel
Beantwoord de volgende vraag met de opgedane kennis uit de vorige opdrachten.
Hoe kun je de reactiesnelheid berekenen? Geef een voorbeeld van hoe je deze uit een experiment kan afleiden.
Activiteit 7 - Aan de slag 6
In deze activiteit onderzoek je met een aantal proeven wat de invloed is van de temperatuur op de reactiesnelheid.
Aan de slag 6: Temperatuur en snelheid - teamopdracht
Denken jullie dat de reactie tussen kaliumjodide en kaliumpersulfaat in oplossing sneller kan verlopen als we de temperatuur verhogen? Licht toe.
Om na te gaan of jullie antwoord waar is, zullen jullie proeven moeten doen. Overleg met elkaar hoe je deze proeven zou moeten uitvoeren, als je een eerlijke vergelijking wilt maken van de reactiesnelheden bij verschillende temperaturen.
Proef 9: Verandert de reactiesnelheid door de temperatuur?
- Bedenk wat je nodig hebt, voor uitvoering van de proef om bovenstaande vraag te beantwoorden (denk ook aan een blanco bepaling!). Vermeld de uitvoering van de proef en de gedane waarnemingen. Laat jullie proef eerst goedkeuren door de docent/TOA.
- Welke conclusie trekken jullie n.a.v. deze proef over de invloed van de temperatuur op de reactiesnelheid?
Activiteit 7 - Aan de slag 7
Aan de slag 7: Deeltjes en temperatuur - teamopdracht
Jullie weten dat deeltjes (moleculen, ionen) in een oplossing sneller bewegen, als de temperatuur van die oplossing hoger is.
- Als een reactie het gevolg is van botsingen tussen deeltjes, hoe kun je dan de resultaten van de vorige proef verklaren?
- Denken jullie dat deze verklaring in het algemeen ook voor andere chemische reacties zal gelden, of niet? Licht toe.
Alle jodide-ionen zijn onderling identiek, zelfde lading en zelfde vorm. Hetzelfde geldt voor persulfaationen. Toch kost de reactie tussen jodide en persulfaat tijd: niet alle jood moleculen worden tegelijk gevormd. De vraag is natuurlijk hoe komt dat toch? Je herinnert je namelijk waarschijnlijk de neerslagreacties uit de module “Groeien”. Een neerslagreactie was wel “pats boem” direct afgelopen.
- Welk(e) verschil(len) moet(en) er tussen jodide ionen onderling bestaan om dit te kunnen verklaren?
- Levert elke botsing tussen jodide-ionen en persulfaationen een reactie op of juist niet? Licht toe.
Activiteit 7 - Opdrachten
08 - individueel
Deze opdracht is een vervolg op "06 - individueel".
Ria herhaalt de proef met precies dezelfde hoeveelheden van dezelfde oplossingen, maar nu bij een temperatuur van 50 °C, i.p.v. 20 °C.
- Zal de gemiddelde reactiesnelheid bij deze proef tussen 0 en 20 seconden groter, even groot of kleiner zijn dan bij huiswerkopdracht 2?
- Zal de maximale molariteit van C uiteindelijk groter, even groot of kleiner zijn dan bij huiswerkopdracht 2? Licht toe.
- Zal de gemiddelde reactiesnelheid bij deze proef tussen 100 en 120 seconden groter, even groot of kleiner zijn dan bij huiswerkopdracht 2?
- Schets het verloop van de gemiddelde reactiesnelheid met de tijd bij deze proef. Ga in op verschillen met huiswerkopdracht 2 en geef een verklaring voor de verschillen.
09 - individueel
Beantwoord de volgende vraag met de opgedane kennis uit de vorige opdrachten.
Verklaar met het botsende deeltjes model waarom en hoe de temperatuur invloed heeft op de reactiesnelheid.
Activiteit 8 - Proef 10
In activiteit 5 hebben jullie ervaren dat de hoeveelheid stof niet van invloed is op de reactiesnelheid, maar de concentratie wel.
Hoe zit het nu, als er van één stof veel meer aanwezig is, dan van een andere? Als deze stof dus in overmaat aanwezig is? Dat bekijk je in deze activiteit.
Aan de slag 8: Concentratie en snelheid - teamopdracht
Proef 10: natriumhydroxide en fenolftaleïne
Benodigdheden
- een druppelflesje met een oplossing van fenolftaleïne
- een oplossing van 2 M natriumhydroxide, (gevaarlijk!)
- druppelpipetje
- een spuitfles met gedestilleerd water
- een roerstaaf en 3 reageerbuizen
Werkwijze
- Vul een reageerbuis voor ongeveer de helft met gedestilleerd water.
- Voeg hier twee druppels natriumhydroxide oplossing aan toe en hierna ook een paar druppels fenolftaleïne oplossing. Roer met de roerstaaf.
Vragen
- Beschrijf je waarnemingen.
Bij deze proef reageren natriumhydroxide en fenolftaleïne met elkaar. We nemen aan dat er één reactieproduct ontstaat, dat heet rosarium.
- Beschrijf deze reactie in een reactieschema met woorden.
Als je wilt nagaan van welke stof (natriumhydroxide of fenolftaleïne) je bij deze proef een overmaat hebt gebruikt, zul je extra proeven moeten doen. Bijvoorbeeld een beetje extra fenolftaleïne oplossing toevoegen aan de gekleurde oplossing die je net hebt verkregen. (Dit gaan jullie doen in proef 12). Bewaar deze materialen voor proef 12.
- Stel dat fenolftaleïne in overmaat was, wat verwachten jullie dan waar te nemen bij deze extra proef?
Activiteit 8 - Proef 11
Proef 11: welke oplossing was in overmaat?
Benodigdheden
- zie proef 10
Werkwijze
- Verdeel de gekleurde oplossing uit proef 10 gelijkmatig over drie reageerbuizen.
- Zet de buizen naast elkaar in een rekje. Voeg aan één buis een paar druppels fenolftaleïne. Roer even, en vergelijk de kleur met de oplossing van die in de andere buizen.
Vragen
- Trad door het toevoegen van fenolftaleïne een chemische reactie op? Licht toe.
- Kunnen jullie nu concluderen van welke stof bij proef 6.1 een overmaat was genomen? Licht toe.
- Wat verwachten jullie waar te nemen als je aan één van de twee overige buizen een paar druppels natriumhydroxide oplossing toevoegt? Voer deze proef uit.
- Klopt je waarneming met jullie verwachting van c)?
Activiteit 8 - Proef 12
Proef 12: de vorming van Rodanide
Benodigdheden
- Demiwater
- IJzer(III)sulfaatoplossing (0,5 M)
- Kaliumthiocyanaatoplossing (1,0 M)
- Glasstaaf
- Reageerbuizen
Werkwijze
- Vul een reageerbuis voor ongeveer de helft met gedestilleerd water.
- Voeg hier vijf druppels ijzer(III)sulfaatopl. aan toe en hierna drie druppels kaliumthiocynaatoplossing.
- Roer even met een glasstaaf.
Vragen
- Beschrijf je waarnemingen.
Bij deze proef treedt een chemische reactie op van \(\small{F}{{e}}^{{{3}+}}\)-ionen met thiocyanaationen. Het reactieproduct wordt rodanide genoemd.
Een reactieschema in woorden luidt:
ijzer(III) ionen + thiocyanaationen ➙ rodanide
In formules: \(\small{F}{{e}}^{{{3}+}}\)(aq) + \(\small{S}{C}{{N}}^{{-}}\)(aq) ➙ \(\small{F}{e}{S}{C}{{N}}^{{{2}+}}\)(aq)
Ga nu naar de volgende pagina.
Verdeel de oplossing met rodanide gelijkmatig over drie reageerbuizen en zet de buizen naast elkaar in een rekje. Voeg aan één buis vier druppels ijzer(III)sulfaatoplopssing toe.
- Beschrijf je waarnemingen.
- Welke stof is in overmaat aanwezig?
Voeg aan één van de twee overige reageerbuizen één druppel kaliumhiocyanaatoplossing toe.
- Beschrijf je waarnemingen.
- Zijn jullie het nu nog eens met je antwoord op vraag c)? Licht toe.
Activiteit 8 - Aan de slag 9
Aan de slag 9: Overmaat - teamopdracht
Carolien beweert na afloop van de vorige proef:
"Bij onderdeel a) hadden we blijkbaar van beide stoffen een overmaat genomen, want er was van beide nog iets over".
- Zijn jullie het met Carolien eens? Licht toe.
Michiel zegt tegen Carolien:
"Dat kan toch helemaal niet! Waarom zullen sommige ijzer(III) ionen en thiocyanaationcn wel met elkaar reageren, en andere ijzer(III) en thiocyanaationen niet? Dat slaat toch helemaal nergens op?”
- Zijn jullie het met Michiel eens? Licht toe.
Explain-2
Activiteit 9 - Proef 13
Aan de slag 10: Verklaring - teamopdracht
In activiteit 8 heb je ervaren dat het soms leek, alsof alle reagerende stoffen in overmaat aanwezig waren. Wat natuurlijk niet kan. In deze activiteit ga je daar nog een aantal voorbeelden van tegenkomen. Hier ga je een verklaring voor ontdekken!
Blauwbaliet is een oplossing van watervrij cobaltchloride in 2-propanol.
Proef 13: blauwbaliet en water
Benodigdheden
- Droge !!! reageerbuis
- Reageerbuis met blauwbalietoplossing
- Reageerbuis met gedestilleerd water
- Een druppelpipet
2-propanol is een kleurloze, brandbare vloeistof. De blauwbalietionen veroorzaken de blauwe kleur.
Voeg 2 druppels water toe aan de blauwe vloeistof. Schud even.
- Beschrijf je waarnemingen.
Ga verder met toe druppelen van water, en schud na toevoeging van elke druppel, maar stop zodra de kleur juist volledig is verandert.
- Welke kleur heeft de oplossing nu gekregen?
Bewaar deze oplossing en het buisje met water voor proef 15.
- Vinden jullie dat er bij deze proef een chemische reactie is opgetreden? Licht toe.
Activiteit 9 - Proef 14
Proef 14: robalaat en chloride
Benodigdheden
- Reageerbuis met robalaatoplossing
- Spatel
- Vast calciumchloride
Robalaatoplossing is een oplossing van robalaat in water. Robalaat-ionen veroorzaken een roze kleur.
Voeg een spatelpunt calciumchloride aan de roze vloeistof toe. Schud flink.
- Beschrijf je waarnemingen.
Ga verder met het toevoegen van calciumchloride en schudden en stop zodra de kleur juist volledig is verandert.
- Welke kleur heeft de oplossing nu gekregen?
Bewaar deze oplossing voor proef 15.
- Vinden jullie dat er bij deze proef sprake is van een chemische reactie? Licht toe.
Activiteit 9 - Proef 15
Proef 15: wat hebben blauwbaliet en robalaat met elkaar te maken?
Benodigdheden
- zie proef 13 en 14
Voeg aan de roze oplossing, die jullie bij proef 13 hebben verkregen wat vast calciumchloride toe. Schud even. Ga verder met toevoegen maar stop zodra de kleur van de oplossing volledig is veranderd.
- Welke kleur heeft de oplossing nu gekregen?
Voeg aan de blauwe oplossing die jullie bij proef 14 hebben verkregen paar druppels gedestilleerd water toe. Schud even en ga verder met toe druppelen. Stop zodra de kleur volledig is veranderd.
- Welke kleur heeft de oplossing nu gekregen?
Herhaal deze proeven nog eens. Voeg steeds aan een blauwe oplossing druppelsgewijs (maar wel weinig), water toe, en aan een roze oplossing wat vast calciumchloride.
- Wat valt jullie op?
- Wat hebben blauwbaliet en robalaat met elkaar te maken?
Activiteit 9 - Aan de slag 11
Aan de slag 11: Reactieschema - teamopdracht
Blauwbaliet ionen en water reageren in oplossing met elkaar. De oplossing wordt roze.
- Welk reactieproduct is hierbij volgens jullie ontstaan? Licht toe.
Robalaationen en chloride-ionen reageren in oplossing met elkaar (chloride-ionen zijn aanwezig in de vaste stof calciumchloride dat oplost in 2-propanol). De oplossing wordt bij deze reactie blauw.
- Welk reactieproduct is hierbij volgens jullie ontstaan? Licht toe.
Een leerling stelt schema's op voor de twee genoemde reacties
blauwbaliet + water ➙ robalaat, en: robalaat + chloride ➙ blauwbaliet
Deze schema's zijn niet volledig.
- Leg uit waarom dit zo is, m.b.v. de regel dat bij een chemische reactie de atomen behouden blijven. (Deze regel hebben jullie in klas 3 geleerd.)
- Stel nu voor beide reacties volledige reactieschema's op (in woorden).
Laat deze reactieschema’s door je docent(e) controleren voordat je verder gaat.
We spreken over een omkeerbare reactie als de producten die bij een reactie ontstaan weer rechtstreeks kunnen worden omgezet in de uitgangsstoffen van die reactie.
- Vinden jullie dat je de reactie van blauwbaliet met water een omkeerbare reactie mag noemen? Licht toe.
Activiteit 10
Aan de slag 12: Omkeerbare reacties - teamopdracht
In activiteit 9 heb je geleerd dat een reactie niet alleen héén reageert… Maar ook terug! Er kan dus sprake zijn van een omkeerbare reactie!
Dit heeft grote gevolgen.
Je raadt het al: in deze activiteit ga je daar meer over horen!
Activiteit 10 - Proef 16
Proef 16: hoe maak je een mengsel van robalaat en blauwbaliet?
Benodigdheden
- Reageerbuis met een blauwbaliet oplossing
- Reageerbuis met gedestilleerd water
- Druppelpipet
Werkwijze
- Voeg aan de blauwe vloeistof een paar druppels water toe en schud even.
- Ga door met toevoegen en schudden totdat de oplossing een mengkleur van rose en blauw heeft gekregen, die na schudden niet meer veranderd.
Vragen
- Beschrijf de kleur die de oplossing nu heeft gekregen.
- Bevinden zich robalaat ionen in de oplossing die jullie nu verkregen hebben? Licht toe
- Dezelfde vraag voor blauwbaliet ionen
- Denken jullie dat er op dit moment water in deze oplossing aanwezig is? Licht toe.
- Denken jullie dat er op dit moment chloride in deze oplossing aanwezig is? Licht toe.
Activiteit 10 - Nader onderzoek
Nader onderzoek
De Amerikaan L.O. Spears heeft in 1981 ook experimenten gedaan met oplossingen van blauwbaliet in 2-propanol, waaraan water werd toegevoegd.
Hij had een apparaat (een zogenoemde colorimeter) waarmee hij de concentraties van robalaat en blauwbaliet in iedere oplossing kon bepalen. Spears had 5 buisjes met in elk 5 ml van een blauwbalietoplossing.
Hij voegde aan ieder buisje een beetje water toe (steeds een andere hoeveelheid) en bepaalde de concentraties enige tijd na het toevoegen, op een moment dat de kleur van de oplossing niet meer veranderde. Hieronder volgen enkele meetresultaten van Spears:
| Nr. buisje |
Hoeveelheid toegevoegd water in ml |
Kleur van de oplossing |
Verhouding van de concentraties blauwbaliet : robalaat |
| 1 |
0,3 |
Blauw |
25 : 75 |
| 2 |
0,4 |
Paars |
15 : 85 |
| 3 |
0,5 |
Roze |
12 : 88 |
| 4 |
1,0 |
Roze |
4 : 96 |
| 5 |
2,0 |
Roze |
2 : 98 |
Ga m.b.v. deze tabel na of de volgende beweringen wel of niet juist zijn. Motiveer jullie antwoorden!
Beweringen:
- In een blauw gekleurde oplossing zit meer blauwbaliet dan robalaat.
- Ook al is de oplossing roze, dan is nog blauwbaliet aanwezig.
- Aan de kleur van de oplossing kun je ongeveer zien, wat de verhouding tussen de concentraties van blauwbalict en robalaat in die oplossing is.
- In alle vijfde buizen zullen ook chloride ionen aanwezig zijn.
- Als je 10 ml water toevoegt zal de concentratie van blauwbaliet echt nul worden.
- Ook al voeg je nog zoveel water toe, er zal altijd een (heel) klein beetje blauwbaliet in de oplossing aanwezig blijven.
- Als je heel weinig water toevoegt, zal de oplossing toch steeds een beetje water blijven bevatten.
Activiteit 10 - Aan de slag 13
Aan de slag 13: Eens of oneens? - teamopdracht
Jurgen zegt: “Dit lijkt wel op die rodanide proef 12. Iedere keer blijven er na het toevoegen water en blauwbaliet ionen in de oplossing aanwezig. Niet alle watermoleculen en blauwbaliet ionen reageren dus met elkaar”.
- Zijn jullie het met Jurgen eens? Licht toe.
Susan zegt tegen Jurgen “Dat doen ze wel, maar de robalaat en chloride ionen die gevormd worden, reageren weer met elkaar tot blauwbaliet en water”.
- Zijn jullie het met Susan eens? Licht toe.
Jurgen reageert hierop: "Als dat zo is, dan snap ik ook de rodanide proef, als de reactie van ijzer(III) met thiocyanaationen ook omkeerbaar is".
- Leg uit wat Jurgen hiermee bedoelt.
Activiteit 11
Sommige reacties reageren niet alleen héén, maar ook terug. In dat geval is er sprake van een evenwichtsreactie. Als het evenwicht eenmaal is ingesteld, zijn álle stoffen die in een reactie een rol spelen, aanwezig.
In deze activiteit leer je meer over evenwichten.
Aan de slag 14: Theorie - teamopdracht
We komen nu terug op de proef 12. Bij die proef reageerden ijzer(III)-ionen en thiocyanaationen met elkaar tot rodanide. Na afloop bleken zowel ijzer(III)-ionen als thiocyanaationen nog aanwezig te zijn.
- Waaruit bleek dit?
Je kunt de eindtoestand bij deze proef omschrijven als: er was een oplossing ontstaan waarin niet alleen het reactieproduct (rodanide), maar ook de uitgangsstoffen (ijzer(III)- en thiocyanaationen) aanwezig waren.
- Veranderden de concentraties van rodanide, ijzer(III)- en thiocyanaat¬ionen in de eindtoestand nog of niet? Licht toe.
Activiteit 11 - Aan de slag 15
Aan de slag 15: Theorie - teamopdracht
We vergelijken de blauwbaliet-proeven van Spears (Act. 10.3) met de rodanide proef.
- Kun je de eindtoestanden bij de proeven van Spears ook omschrijven als: "Er was een oplossing ontstaan waarin niet alleen de reactieproducten (robalaat en chloride), maar ook de uitgangsstoffen (blauwbaliet en water) aanwezig waren"? Licht toe.
- Kun je van de eindtoestanden bij deze proeven zeggen dat de concentraties van de aanwezige stoffen wel constant, maar niet aan elkaar gelijk waren? Licht toe.
- Denken jullie dat de concentraties van rodanide, ijzer(III)- en thiocyanaat-ionen in de eindtoestand van de rodanidc-proef aan elkaar gelijk zijn, of niet? Licht toe.
De reactie tussen blauwbaliet en water is omkeerbaar.
We kunnen dit in een reactieschema als volgt weergeven:
Blauwbaliet + water ⇆ chloride + robalaat
- Wat zou met de dubbele pijl in dit schema bedoeld worden?
De reactie tussen ijzer(III)- en thiocyanaationen is ook omkeerbaar.
- Waaruit bleek dit?
- Geef hiervoor een reactieschema waarin je de omkeerbaarheid weergeeft.
Activiteit 11 - Aan de slag 16
Aan de slag 16: Theorie - teamopdracht
We noemen de eindtoestand bij een reactie chemisch evenwicht:
Als alle uitgangsstoffen en producten tegelijk aanwezig zijn als de reactie zelf en de omgekeerde reactie beide mogelijk zijn maar toch de concentraties van de aanwezige stoffen niet veranderen.
- Geef van de eindtoestanden bij de volgende proeven aan of ze aan alle drie de voorwaarden uit deze definitie van chemisch evenwicht voldoen.
- De rodanide-proef (proef 12).
- De proeven van Spears (nader onderzoek).
- De proef met natriumhydroxide en fenolftaleïen in oplossing (proef 11).
Wanneer er chemisch evenwicht is in het geval van de blauwbaliet-proeven, betekent dit dat alle uitgangsstoffcn en reactieproducten aanwezig zijn: blauwbaliet-ionen, watermoleculen, robalaat- en chloride-ionen.
De volgende reacties zijn dan mogelijk:
blauwbaliet + water ➙ robalaat + chloride en:
robalaat + chloride ➙ blauwbaliet + water
- Denken jullie dat deze reacties inderdaad zullen plaatsvinden? Licht toe.
- Stel dat beide reacties in de evenwichtstoestand plaatsvinden, wat moet er dan gelden voor de snelheden van deze twee reacties? Licht toe.
We nemen aan dat in een toestand van chemisch evenwicht de twee mogelijke reacties ook inderdaad plaatsvinden, en wel met gelijke snelheid. We noemen een chemisch evenwicht daarom dynamisch.
- Welke twee reacties zullen er verlopen in de evenwichtstoestand bij de rodanideproef?
Kijk nog eens naar de uitspraak van Michiel bij " Aan de slag 9 " (Act. 8.6) jullie mening daarover (vraag b).
- Hoe zouden jullie nu op Michiel's uitspraak reageren?
Activiteit 11 - Opdracht 010
010 - individueel
Als er chemisch evenwicht is in een oplossing met ijzer(III)-, thiocyanaationen en rodanide, verlopen de reacties:
Reactie 1: ijzer(III)-ionen + thiocyanaaüonen ➙ rodanide en
Reactie 2: rodanide ➙ ijzer(III)-ionen + thiocyanaationen
met dezelfde snelheid, d.w.z. er verdwijnt per seconde evenveel rodanide als er gevormd wordt.
Als je vervolgens (bijv.)extra thiocyanaationen toevoegt, is er enige tijd geen chemisch evenwicht meer. Beantwoord de volgende vragen weer in je (digitale) schrift.
- Wat zul je in dat geval waarnemen?
- Welke van de twee reacties verloopt dan (tijdelijk) het snelst?
Na enige tijd zal er opnieuw chemisch evenwicht ontstaan. Beide reacties vinden weer met dezelfde snelheid plaats. Je kunt het veranderen van de snelheden van de twee reacties in een figuur als volgt weergeven:
Beantwoord de volgende vragen over deze grafiek.
- In welke van de periodes A, B en C is er sprake van chemisch evenwicht?
- Welke reactie hoort bij 1?
- En welke reactie hoort bij 2?
- Waardoor verloopt reactie 1 direct na het toevoegen zoveel sneller dan 2?
- Verklaar de toename van de snelheid van reactie 2 tijdens periode B.
- Hoe komt het dat beide reactiesnelheden weer aan elkaar gelijk worden?
Activiteit 11 - Opdracht 012
011 - individueel
Beantwoord de volgende vragen.
- Wat is een aflopende reactie?
- Wat is een omkeerbare reactie?
- Wat is evenwicht?
Activiteit 12
Bij evenwichtsreacties zijn, als het evenwicht eenmaal is ingesteld, álle stoffen die in een reactie een rol spelen, aanwezig. De concentratie waarin deze stoffen aanwezig zijn, bepaalt de ligging van het evenwicht. De ligging van het evenwicht is kwantitatief aan te geven met de evenwichtsvoorwaarde.
Demonstratieproef: nitreuze dampen
In een dicht gesmolten buis zitten twee gassen:
het bruine \(\small{N}{O}_{{{2}}}\) en het kleurloze \(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\).
Tussen deze twee stoffen treedt de volgende evenwichtsreactie op:
2 \(\small{N}{O}_{{{2}}}\) (g) ⇆ \(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\) (g)
Door de glazen buis in warm water te leggen zie je dat de kleur verandert.
Blijkbaar treedt een ander evenwicht op bij een andere temperatuur.
Aan de slag 17: Nitreuze dampen - teamopdracht
Men heeft, bij dezelfde temperatuur, metingen verricht aan verschillende evenwichtsmengsels van \(\small{N}{O}_{{{2}}}\) en \(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\). Dat levert onderstaande tabel op:
| Evenwicht |
[\(\small{N}{O}_{{{2}}}\)] |
[\(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\)] |
[\(\small{N}{O}_{{{2}}}\)] / [\(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\)] |
[\(\small{N}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\)] / [\(\small{N}{O}_{{{2}}}{\]}^{{{2}}}\) |
| 1 |
0,0400 |
0,0800 |
|
|
| 2 |
0,0352 |
0,0620 |
|
|
| 3 |
0,0279 |
0,0390 |
|
|
| 4 |
0,0178 |
0,0158 |
|
|
- Bereken de waarden in kolom 3 en 4 van deze tabel. Welke conclusie trek je?
In de evenwichtstoestand geldt dat de concentratiebreuk steeds dezelfde uitkomst geeft. Deze uitkomst noemen we de evenwichtsconstante K. De concentratiebreuk kunnen we afleiden uit de kloppende reactievergelijking:
Voorbeeld 1:
\(\small{H}_{{{2}}}\)(g) + \(\small{C}{l}_{{{2}}}\)(g) ⇆ \(\small{2}{H}{C}{l}{\left({g}\right)}\)
\(\frac{{{\left[{H}{C}{l}\right]}}^{{{2}}}}{{{H}_{{{2}}}\cdot{C}{l}_{{{2}}}}}\) = Q
Evenwicht: Q=K |
Voorbeeld 2:
\(\small{B}{{a}}^{{{2}+}}{\left({a}{q}\right)}+{S}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}\) ⇆ \(\small{B}{a}{S}{O}_{{{4}}}{\left({s}\right)}\)
\(\small{\left[{B}{{a}}^{{{2}+}}\right]}\cdot{\left[{S}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}\right]}\) = Q
Evenwicht: Q = K |
Opmerkingen:
- Meestal wordt van K geen eenheid vermeld.
- Als er evenwicht is dan is de concentratiebreuk gelijk aan de evenwichtsconstante K.
- In de concentratiebreuk worden enkel concentraties van gassen en opgeloste stoffen opgenomen dus van stoffen waarvan de concentratie significant kan veranderen. Het oplosmiddel water wordt weggelaten.
- De coëfficiënten in de kloppende reactievergelijking worden machten in de evenwichtsvoorwaarde.
- K is een constante, maar wel afhankelijk van de temperatuur.
- Geef de evenwichtsvoorwaarde van onderstaande evenwichten:
- \(\small{2}{S}{O}_{{{2}}}{\left({g}\right)}+{O}_{{{2}}}{\left({g}\right)}\) ⇆ 2 \(\small{S}{O}_{{{3}}}{\left({g}\right)}\)
- \(\small{N}_{{{2}}}{\left({g}\right)}\) + 3 \(\small{H}_{{{2}}}{\left({g}\right)}\) ⇆ 2 \(\small{N}{H}_{{{3}}}{\left({g}\right)}\)
- \(\small{P}{b}{C}{l}_{{{2}}}{\left({s}\right)}\) ⇆ \(\small{P}{{b}}^{{{2}+}}{\left({a}{q}\right)}\) + 2 \(\small{C}{{l}}^{{-}}{\left({a}{q}\right)}\)
- \(\small{C}{H}_{{{3}}}{C}{O}{O}{H}{\left({a}{q}\right)}+{H}_{{{2}}}{O}{\left({l}\right)}\) ⇆ \(\small{H}_{{{3}}}{{O}}^{{+}}{\left({a}{q}\right)}+{C}{H}_{{{3}}}{C}{O}{{O}}^{{-}}{\left({a}{q}\right)}\)
012 - individueel
Beantwoord de volgende vraag.
Hoe bereken je de evenwichtsvoorwaarde?
Activiteit 13
Bij evenwichtsreacties is er sprake van een evenwicht. De ligging van dit evenwicht, kan variëren. Het evenwicht kan bijvoorbeeld rechts liggen. De concentraties van de producten zijn dan hoger dan de concentraties van de beginstoffen.
Een evenwicht kan ook links liggen. In dat geval zijn de concentraties van de producten, lager dan die van de beginstoffen. Dit is erg onhandig als je in de producten geïnteresseerd bent! Gelukkig is het mogelijk, de ligging van het evenwicht, te beïnvloeden.
Aan de slag 18: Uit evenwicht gebrachte evenwichten - teamopdracht
In de proef op de volgende pagina ga je onderzoeken hoe een evenwicht reageert op veranderingen die aan een in evenwicht verkerend mengsel worden aangebracht.
Je gaat dus kijken bekijken wat er met de ligging van het evenwicht gebeurt, als je het evenwicht op verschillende manieren verstoort. Het gaat om onderstaand evenwicht:
\(\small{F}{{e}}^{{{3}+}}\) (aq) + \(\small{S}{C}{{N}}^{{-}}\)(aq) ⇆ \(\small{F}{e}{S}{C}{{N}}^{{{2}+}}\) (aq)
Rodanide (= \(\small{F}{e}{S}{C}{{N}}^{{{2}+}}\)) heeft een rode kleur.
Activiteit 13 - Proef 17
Proef 17
Benodigdheden
| - Bekerglas van 250 mL |
- 0,01 M ijzer(III)sulfaatoplossing |
| - 0,01 M kaliumthiocyanaatoplossing |
- Gedestilleerd water |
| - Reageerbuizen in een rekje |
- Waterbad van 60 °C |
| - 0,1 M natronloog |
- Zilvernitraatoplossing |
| - Maatcilinder |
|
Werkwijze
- Voeg bijeen in een bekerglas van 250 mL:
20 mL 0,01 M ijzer(III)sulfaatoplossing
20 mL 0,01 M kaliumthiocyanaatoplossing
60 mL gedestilleerd water (Het moet wel duidelijk rood gekleurd zijn.)
Het evenwicht stelt zich vrijwel onmiddellijk in. Neem negen schone reageerbuizen Doe in zes reageerbuizen elk steeds 10 mL van het mengsel. Voer de volgende stappen uit. Noteer je waarnemingen.
- Neem reageerbuis 1 van het mengsel als controle.
- In het lokaal staat een waterbad van 60°C. Plaats daarin reageerbuis 2 van het mengsel en let op de veranderingen.
- Buis 3 van het mengsel met 10 druppels geconcentreerde ijzer(III)sulfaatoplossing.
- Buis 4 van het mengsel met 10 druppels geconcentreerde kaliumthiocyanaatoplossing.
- Buis 5 van het mengsel met 10 druppels van 2 ml 0,1 M NaOH.
- Buis 6 van het mengsel met 10 druppels zilvernitraatoplossing.
- Buis 7: neem 3 ml 0,01 M kaliumtiocyanaatoplossing en voeg 10 druppels zilvernitraatoplossing toe.
- Buis 8 en 9: vul ze beide met 5 ml van het mengsel. Kijk van boven door de 2 buizen en controleer of ze dezelfde kleur hebben. Voeg dan aan buis 9, 5 mL water toe en kijk opnieuw vanaf boven door buis 8 en buis 9. Ze hebben nu niet dezelfde kleur? Hoe kan dat?
Vragen
- Geef de evenwichtsvoorwaarde van dit evenwicht.
- Beredeneer met behulp van je resultaat bij stap 3 of de concentratiebreuk van het bovenstaande evenwicht, groter dan wel kleiner, dan wel gelijk gebleven is. Leg uit.
- Nadat er extra ijzer(III)ionen zijn toegevoegd bij buis 3 is het evenwicht veranderd. Leg uit of de concentratie rodanide groter dan wel kleiner is geworden.
- Leg uit wat er blijkbaar gebeurt in buis 4.
- Vergelijk je antwoorden op de vragen 3 en 4. Hieruit is een algemene regel te halen. Vul in:
Als je bij een in evenwicht verkerend mengsel links een stof toevoegt, zal het evenwicht naar ....... verschuiven.
- Geef de vergelijking van de reactie die optreedt in buis 5 (zie tabel 45a).
- Geef de vergelijking van de reactie optreedt in buis 6 en 7. Gegeven: zilverthiocyanaat is slecht oplosbaar.
- De kleurveranderingen in buis 6 en 7 kun je weer gebruiken voor het opstellen van een algemene regel, vul in:
Wanneer je links een stof weghaalt, dan zal het evenwicht naar ...... verschuiven.
- Wat heb je gezien bij buis 8 en 9? Vergelijk de teller met de noemer in de concentratiebreuk. Wat gebeurt er met de waarde van de breuk wanneer je het mengsel met een factor 2 verdunt? Leg uit.
Activiteit 13 - Opdrachten
Veel reacties zijn evenwichtsreacties. Wanneer er evenwicht is opgetreden veranderen de concentraties van de reagerende stoffen niet meer. Het kan echter enige tijd duren, voordat dit evenwicht is ingesteld.
De insteltijd van een evenwicht, kan verkort worden met een katalysator. Een katalysator beïnvloedt echter zowel de reactie naar rechts als de reactie naar links even sterk. De opbrengst aan eindproduct wordt dus niet groter. Het wordt alleen sneller bereikt.
Wil men de ligging van het evenwicht beïnvloeden, dan zijn er in principe drie manieren om dat te doen:
- een stof toevoegen of een stof onttrekken
- het volume veranderen
- de temperatuur veranderen
Het bovenstaande is erg belangrijk, en zal daarom toegelicht worden door je docent.
013 - individueel
Je hoort van je docent welke van de vragen 1 t/m 8 in het Werkblad , je moet maken.
014 - individueel
Beantwoord de volgende vragen.
- Hoe verschuift het evenwicht als de concentratie verandert?
- Wat is de invloed van een katalysator op de reactiesnelheid?
- Wat is de invloed van een katalysator op de insteltijd van het evenwicht?
- Wat is de invloed van een katalysator op de ligging van het evenwicht?
Elaborate
Activiteit 14
Tot nu toe heb je alleen gewerkt met homogene evenwichten.
Een homogeen evenwicht is een evenwicht, waarbij de stoffen allemaal in dezelfde fase voorkomen (opgelost, vast, vloeibaar of gasvormig).
De volgende opgaven gaan over heterogene evenwichten.
In een heterogeen evenwicht komen stoffen in verschillende fasen naast elkaar voor, bijvoorbeeld vast en vloeibaar.
De volgende drie opdrachten maak je in je (digitale) schrift. Deze maak je individueel, hierna bespreek je ze met je buur.
Activiteit 14 - Opdracht 015
015 - individueel
Heterogene evenwichten zijn evenwichten waarbij stoffen in verschillende fasen naast elkaar voorkomen. Hieronder valt bijvoorbeeld de omzetting van kalk, calciumcarbonaat) in ongebluste kalk (\(\small{C}{a}{O}{\left({s}\right)}\)):
\(\small{C}{a}{C}{O}_{{{3}}}{\left({s}\right)}\) ⇆ \(\small{C}{a}{O}{\left({s}\right)}\) + \(\small{C}{O}_{{{2}}}{\left({g}\right)}\)
Ongebluste kalk (\(\small{C}{a}{O}{\left({s}\right)}\)) wordt gebruikt in de cement industrie. In Nederland is daarvoor de St Pietersberg in Maastricht bijna geheel afgegraven want mergel is 98% kalk. China is inmiddels de grootste cementproducent ter wereld en draagt daarmee voor een groot gedeelte bij aan de \(\small{C}{O}_{{{2}}}\) uitstoot (emissie).
- Geef de evenwichtsvoorwaarde van dit evenwicht.
- De kalkoven is van boven open! Leg uit wat er met de ligging van het evenwicht gebeurt als de oven van boven d.m.v. een schoorsteen een open verbinding met de buitenlucht heeft.
- Onderin de oven werd het \(\small{C}{a}{O}{\left({s}\right)}\) geoogst. Dit is een vrij sterke base. Daardoor reageert het met weinig water tot gebluste kalk (\(\small{C}{a}{\left({O}{H}\right)}_{{{2}}}\)). Geef de kloppende reactievergelijking voor de vorming van vast \(\small{C}{a}{\left({O}{H}\right)}_{{{2}}}\) uit \(\small{C}{a}{O}{\left({s}\right)}\).
- De oude Egyptenaren gebruikten ongebluste kalk voor het mummificeren van hun doden. Welke reactie vond dan in de lijken plaats en waardoor voorkomt dat bederf?
Activiteit 14 - Opdracht 016
016 - individueel
Slecht oplosbare zouten
In tabel 45A vind je informatie omtrent de oplosbaarheid van zouten in water. Bij calciumsulfaat staat in tabel 45A en ‘m’ voor matig oplosbaar. In de praktijk betekent dit dat er in 1,00 liter water van 298K maximaal 1,15 gram \(\small{C}{a}{S}{O}_{{{4}}}\) oplosbaar is. Voeg je per liter meer van de vaste stof toe, dan zal dat als vaste stof op de bodem gaan liggen. In de praktijk betekent dat een evenwicht tussen de vaste stof en de losse ionen:
\(\small{C}{a}{S}{O}_{{{4}}}{\left({s}\right)}\) ⇆ \(\small{C}{{a}}^{{{2}+}}{\left({a}{q}\right)}\) + \(\small{S}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}{\left({a}{q}\right)}{K}={\left[{C}{{a}}^{{{2}+}}\right]}\cdot{\left[{S}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}\right]}\)
Opmerking 1: bij dit soort evenwichten schrijven we steevast de vaste stof links. Daardoor bestaat de evenwichtsvoorwaarde uit een product van 2 concentraties voorzien van de juiste exponent.
Opmerking 2: de waarde van K wordt meestal oplosbaarheidproduct genoemd. Je kunt ze vinden in tabel 46 van de BINAS.
Vraag
De oplosbaarheid van bariumoxalaat, \(\small{B}{a}{C}_{{{2}}}{O}_{{{4}}}\) is 0,0781 gram per liter. Bereken het oplosbaarheidsproduct \(\small{K}_{{{s}}}\) van bariumoxalaat.
Activiteit 14 - Opdracht 017
017 - individueel
Zouten van chromaten zijn over het algemeen slecht oplosbaar in water. Zo lost bij een bepaalde temperatuur \(\small{1},{6}\cdot{{10}}^{{-{4}}}\) mol/L \(\small{A}{g}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}\) op.
\(\small{A}{g}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}{\left({s}\right)}⇆{2}{A}{{g}}^{{+}}{\left({a}{q}\right)}+{C}{r}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}{\left({a}{q}\right)}\)
- Geef de evenwichtsvoorwaarde en bereken het oplosbaarheidsproduct \(\small{K}_{{{s}}}\) van \(\small{A}{g}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}\) bij die temperatuur.
- Wat gebeurt er met de ligging van het evenwicht indien extra vast zilverchromaat wordt toegevoegd? Leg uit.
Bariumchromaat is ook een slecht oplosbaar, in 1 liter lost
\(\small{1},{4}\cdot{{10}}^{{-{5}}}\) mol op.
- Geef de evenwichtsvergelijking voor het oplossen van bariumchromaat in water.
Aan het in evenwicht verkerende mengsel van vraag c wordt een beetje vast natriumchromaat toegevoegd. Natriumchromaat is een in water goed oplosbaar zout:
\(\small{N}{a}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}{\left({s}\right)}⇆{2}{N}{{a}}^{{+}}{\left({a}{q}\right)}+{C}{r}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}{\left({a}{q}\right)}\)
- Leg uit of de oplosbaarheid van bariumchromaat in mol/l kleiner of groter of gelijk blijft wanneer er in dezelfde vloeistof ook wat \(\small{N}{a}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}\) is opgelost.
- Bereken de oplosbaarheid van \(\small{B}{a}{C}{r}{O}_{{{4}}}\) in mol/liter in een oplossing van 0,15 mol/liter \(\small{N}{a}_{{{2}}}{C}{r}{O}_{{{4}}}\). Verder is gegeven het oplosbaarheidsproduct van \(\small{B}{a}{C}{r}{O}_{{{4}}}\): \(\small{K}_{{{s}}}={2},{1}\cdot{{10}}^{{-{10}}}\).
Evaluate
Activiteit 15
Evalueer wat je geleerd hebt.
- Kijk opnieuw naar de mindmap die jullie in activiteit 2 gemaakt hebben.
Breng met een andere kleur wijzigingen of aanvullingen aan.
Geef aan waarom je dit doet.
- Bekijk de door jullie gemaakte opdrachten "03, 04, 07, 09, 011, 012 en 014".
Vergelijk deze met je buur. Bespreek overeenkomsten en verschillen.
- Bekijk opnieuw het stuk ‘wat ga je leren’. Beheers je alle begrippen en vaardigheden?
