Chemisch Evenwicht: Principes, Berekeningen en Toepassingen

1. Begrippen uitgelegd

a) Dynamisch evenwicht

Vraag: Leg uit wat een dynamisch evenwicht is.

Antwoord: Een dynamisch evenwicht ontstaat bij een omkeerbare reactie, waarin zowel de voorwaartse als de teruggaande reactie tegelijk plaatsvinden. Zodra de snelheden van beide reacties gelijk zijn, blijven de concentraties van de stoffen constant, maar de reacties gaan nog steeds door. Kenmerken: reactie is omkeerbaar, snelheid heen = snelheid terug, concentraties constant, reacties actief.

b) Omzettingsgraad

Vraag: Wat is de omzettingsgraad?

Antwoord: De omzettingsgraad geeft aan hoeveel van een reagens daadwerkelijk gereageerd heeft bij het bereiken van evenwicht. Het is de verhouding tussen de hoeveelheid die bij evenwicht is gereageerd en de hoeveelheid die zou reageren bij een volledig aflopende reactie. Belangrijk: verhouding, gereageerde hoeveelheid, evenwicht, maximale omzetting.

c) Principe van Le Chatelier – Van ’t Hoff

Vraag: Leg uit wat het principe van Le Chatelier – Van ’t Hoff inhoudt.

Antwoord: Wanneer een chemisch systeem wordt verstoord door veranderingen in concentratie, temperatuur, druk of volume, zal het zich zo aanpassen dat de verandering deels tegengewerkt wordt. Zo verschuift het evenwicht naar een nieuw stabiel punt. Belangrijk: evenwichtsverstoring, verschuiving, tegenwerking, nieuw evenwicht.

2. Vier maatregelen om een evenwichtsreactie te sturen

Vraag: Geef vier voorbeelden van maatregelen om een evenwichtsreactie in een gewenste richting te sturen.

• Temperatuur aanpassen: Om een endotherme reactie te bevorderen → opwarmen; voor een exotherme reactie → afkoelen.
• Concentratie wijzigen: Door de concentratie van een bepaalde stof te verhogen, zal de reactie verschuiven naar de andere kant van de evenwichtspijl.
• Druk of volume veranderen (bij gassen): Als aan de gewenste kant van de reactie minder mol gas aanwezig is, kan de reactie daar naartoe worden gestimuleerd door de druk te verhogen; bij meer mol gas → druk verlagen.
• Product verwijderen: Men kan stoffen van de gewenste kant verwijderen door een gas te laten ontsnappen of een stof te laten neerslaan, waardoor de reactie naar die kant verschuift.

3. Uitleg van de figuur (v-t diagram)

Vraag: Leg volledig uit wat er in het v-t diagram te zien is.

Antwoord: Het diagram toont de snelheden van de voorwaartse en teruggaande reactie in functie van de tijd. In het begin verloopt de reactie A + B → C + D snel, omdat de concentraties van A en B hoog zijn. De teruggaande reactie C + D → A + B begint op nul, omdat er eerst geen C of D aanwezig is. Tijdens de reactie nemen A en B af, waardoor hun snelheid afneemt, terwijl de vorming van C en D de snelheid van de terugreactie doet toenemen. Uiteindelijk worden de snelheden gelijk, het evenwicht is bereikt, en de concentraties blijven constant.

4. Verschuiving van het evenwicht

Vraag: In welke richting verschuift het evenwicht als:

• a) Temperatuur stijgt: De reactie links → rechts is exotherm, en rechts → links is endotherm. Bij een hogere temperatuur wordt de endotherme reactie gestimuleerd, waardoor het evenwicht naar links verschuift.
• b) Volume groter gemaakt wordt: Door het vergroten van het volume daalt de druk. Volgens Le Chatelier zal de reactie naar de kant worden gestimuleerd waar meer mol gas aanwezig is. Links: 5 mol, rechts: 3 mol → het evenwicht verschuift naar links.
• c) Een gedeelte van D wordt verwijderd: De concentratie van D neemt af, waardoor de reactie die D vormt wordt gestimuleerd → het evenwicht verschuift naar rechts.
• d) Een katalysator wordt toegevoegd: Een katalysator versnelt beide reacties, maar verandert de ligging van het evenwicht niet → geen verschuiving.

5. Evenwichtsconstante berekenen

Vraag: In een vast volume van 10,0 liter worden 5,0 mol N₂O₄ en 1,0 mol NO₂ gebracht. Bereken de concentraties en de evenwichtsconstante Kc. Reactie: N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g)

Concentraties: [N₂O₄] = 2,0/10,0 = 0,20 mol/L; [NO₂] = 7,0/10,0 = 0,70 mol/L
Evenwichtsconstante: Kc = [NO₂]² / [N₂O₄] = (0,70)² / 0,20 = 2,45

6. Evenwichtsconstante en toevoeging van stof B

Vraag: In een ruimte van 2 liter brengt men 6,00 mol A en 7,00 mol B. Er stelt zich een evenwicht in waarbij 2,00 mol C aanwezig is. Bereken Kc. Vervolgens wordt zoveel B toegevoegd dat bij nieuw evenwicht 3,00 mol C aanwezig is. Hoeveel mol B is toegevoegd? Reactie: A + B ⇌ C + D

Eerste evenwicht

Concentraties (V=2 L): [A]=2,00 mol/L, [B]=2,50 mol/L, [C]=1,00 mol/L, [D]=1,00 mol/L
Kc: [C][D]/[A][B] = 1*1 / 2*2,5 = 0,20

Tweede evenwicht (C = 3,00 mol)

Na berekening met Kc = 0,20 blijkt dat er 11,0 mol B toegevoegd moet worden.