Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Kemi 2

Administration

Beräkningar på jämviktssystem

Beräkningar på jämviktssystemVideogenomgång (flippat klassrum)

Jämviktskonstanten och dess enhet

Haber-Bosch-metoden för framställning av ammoniak:

  • N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Vad betyder egentligen koefficienterna?

  • Jo: N2(g) + H2(g) + H2(g) + H2(g) ⇌ NH3(g) + NH3(g)

Då kan vi teckna jämviktsekvationen för denna reaktion:

\[K = \frac {[\text{NH}_3] \cdot [\text{NH}_3]}{[\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2] \cdot [\text{H}_2] \cdot [\text{H}_2]} = \frac {[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2]^3}\]

  • Lägg märke till vad som händer med koefficienterna i reaktionsformeln!

Vilken enhet får vi för \(K\)?

  • Be eleverna fundera på det en kort stund!
  • Till att börja med: molar, \({\sf \text{M} = \frac {\text{mol}}{\text{dm}^3}}\) (OBS! Inte ”snirkel-\(M\)")

\[\frac {\text{M} \cdot \text{M}}{\text{M} \cdot \text{M} \cdot \text{M} \cdot \text{M}} = \frac {\text{M}^2}{\text{M}^4} = \text{M}^{-2}\]

Exempel

 

Betrakta följande reaktion:

H2 + I2 ⇌ 2HI

Teckna jämviktsekvationen för reaktionen, och ange enheten på jämviktskonstanten!

\[K = \frac {[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2][\text{I}_2]} \hspace{100cm}\]

\(\text{enhet: } \frac {\text{M}^2}{\text{M} \cdot \text{M}} = 1\) – \(K\) är enhetslöst!

Beräkningar på jämviktssystem

Framställning av karbonylklorid (fosgen)

Fosgen är en otrevlig gas som har använts som stridsgas. Den kan framställas genom att man låter kolmonoxid reagera med klorgas:

CO(g) + Cl2(g) ⇌ COCl2(g)

Vi har en behållare på 10,0 dm3. Vid jämvikt har vi 0,28mol CO, 0,21mol Cl2 och 0,81mol COCl2. Vilket är värdet på K?

Lösning:

\[K = \frac {[\text{COCl}_2]}{[\text{CO}][\text{Cl}_2]} \hspace{100cm}\]

  CO Cl2 COCl2  
\[n_{\text{jämvikt}}\] \[0,28\] \[0,21\] \[0,81\] mol
\[c_{\text{jämvikt}}\] \[\frac {0,28}{10,0} = 0,028\] \[\frac {0,21}{10,0} = 0,021\] \[\frac {0,81}{10,0} = 0,081\] M

\[K = \frac {0,081\text{M}}{0,028\text{M} \cdot 0,021\text{M}} = 1,38\cdot 10^{2}\text{M}^{-1} \approx 1,4\cdot 10^{2}\text{M}^{-1} \hspace{100cm}\]

Sönderdelning av svaveltrioxid, SO3

Svaveltrioxid kan sönderfalla till svaveldioxid och syrgas enligt följande formel:

2SO3(g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g)

En behållare på 50,0 dm3 fylldes med 1,00 mol svaveltrioxid

Vid jämvikt: 0,58mol svaveldioxid. Vilken är jämviktskonstanten?

Lösning:

\[K = \frac {[\text{SO}_2]^2 \cdot [\text{O}_2]}{[\text{SO}_3]^2} \hspace{100cm}\]

  SO3 SO2 O2  

\[n_{\text{start}}\]

\[1,00\] \[0\] \[0\] mol
Ändring \[-0,58\] \[+0,58\] \[+\frac {0,58}{2} = +0,29\] mol

\[n_{\text{jämvikt}}\]

\[0,42\] \[0,58\] \[0,29\] mol

\[c_{\text{jämvikt}}\]

\[\frac {0,42}{50,0} = 8,4\cdot 10^{-3}\] \[\frac {0,58}{50,0} = 11,6\cdot 10^{-3}\] \[\frac {0,29}{50,0} = 5,8\cdot 10^{-3}\] M

\[K = \frac {(11,6\cdot 10^{-3}\text{M})^2 \cdot 5,8\cdot 10^{-3}\text{M}}{(8,4\cdot 10^{-3}\text{M})^2} = 1,11\cdot 10^{-2}\text{M} \approx 0,011\text{M} \hspace{100cm}\]

Kolmonoxid reagerar med vatten

Kolmonoxid kan reagera med vatten vid en viss temperatur. Då bildas koldioxid och vätgas enligt följande formel:

CO(g) + H2O(g) ⇌ CO2(g) + H2(g)

För den här reaktionen är jämviktskonstanten K = 5,0.

Vid jämvikt hade man 0,060 mol koldioxid, 0,030 mol vatten, 0,090 mol vätgas i ett kärl med volymen är 1,00 dm3. Vilken var halten kolmonoxid?

Lösning:

Vi ställer upp en tabell med koncentrationerna vid jämvikt:

  CO H2O CO2 H2  

\[c_{\text{jämvikt}}\]

\[x\] \[0,030\] \[0,060\] \[0,090\] M

Vi ställer upp uttrycket för jämviktskonstanten:

\[K = \frac {[\text{CO}_2][\text{H}_2]}{[\text{CO}][\text{H}_2\text{O}]} \hspace{100cm}\]

Vi sätter in värdena från tabellen och löser ut \(x\):

\[5 = \frac {0,060\text{M} \cdot 0,090\text{M}}{x \cdot 0,030\text{M}} \Leftrightarrow x = 0,036\text{M} \hspace{100cm}\]

 

   

Också intressant: