Kemiska jämvikter och reaktionshastighet: Lösningar och förklaringar

1. Katalysatorns påverkan

c) Den första toppen i diagrammet hade varit lägre om det fanns en katalysator.

2. Förskjutning av jämvikt

a) Vänster, b) Höger, c) Höger.

3. Entropi, entalpi och Gibbs fria energi

a) S är beteckningen för grad av oordning. ΔS representerar entropiförändringen. Ändringen i entalpin, eller den energi som är bunden i de kemiska bindningarna, anges med H.

b) Man kan avgöra om en reaktion är spontan eller inte. Gibbs fria energi beskriver hur förändringar i entropi och entalpi sker under en reaktion.

c) ΔG < 0

4. Beräkning av reaktionskvot (Q)

Reaktion: CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)

För att beräkna reaktionskvoten används:

Q = [CO₂][H₂] / [H₂O][CO] = 5,0

Eftersom Q > K betyder det att systemet inte är i jämvikt. För att uppnå jämvikt måste halten av ämnena på högra sidan minska och halten på vänstra sidan öka. Därför kommer reaktionen att förskjutas åt vänster tills jämvikt uppnås.

5. Platina som katalysator

Bilden visar hur en platina-katalysator i en bil hjälper till att omvandla giftig kolmonoxid (CO) till ofarligare koldioxid (CO₂). Kolmonoxid och syre reagerar inte så lätt av sig själva, men när de kommer i kontakt med platina på katalysatorn fastnar de på ytan. Där bryts deras bindningar upp, så att kol och syre kan reagera och bilda koldioxid. Platina fungerar som en katalysator som gör att reaktionen går snabbare och enklare utan att själv förbrukas.

6. Förutsättningar för reaktion

• Molekylerna måste ha minst aktiveringsenergi, alltså tillräckligt hög energi för att bindningarna ska kunna brytas.
• Molekylerna måste träffa varandra i korrekt orientering, så att atomerna kan bilda nya bindningar.

8. Fällningsreaktioner

Ja, det bildas fällning. Efter blandning blir [Ca²⁺]₀ = 0,12 M och [SO₄²⁻]₀ = 0,36 M, vilket ger Q = 0,12 · 0,36 = 0,0432. Eftersom Q > Kₛ (6,0 · 10⁻⁵), sker en fällning.

Vid jämvikt har nästan allt kalcium fällts ut: n(CaSO₄) ≈ 0,02994 mol (≈ 4,07 g). Kvar i lösningen är [Ca²⁺] ≈ 2,5 · 10⁻⁴ M och [SO₄²⁻] ≈ 0,240 M, vilket ger [Ca²⁺] · [SO₄²⁻] ≈ Kₛ.

• [Ca²⁺] = 0,12 M
• [SO₄²⁻] = 0,36 M
• Q = 0,12 · 0,36 = 0,0432 > Kₛ = 6,0 · 10⁻⁵ → fällning bildas.

9. Le Chateliers princip

Reaktionen är endoterm → Rätt.

Om man minskar blandningens tryck genom att öka volymen bildas mera vätgas → Rätt.

b) De valda påståendena är korrekta eftersom reaktionen är endoterm, vilket innebär att högre temperatur gynnar produkterna, och att minskat tryck (ökad volym) gynnar sidan med fler gasmolekyler, alltså mer vätgas. De övriga påståendena är felaktiga eftersom en katalysator inte påverkar jämviktskoncentrationerna, höjd temperatur gynnar inte vätesulfid, och tillsats av H₂ minskar svavelkoncentrationen genom att jämvikten förskjuts åt vänster.

10. Beräkningar vid jämvikt

a) Eftersom Q = 0,0483 < K = 2,00 råder inte jämvikt, och reaktionen kommer att gå åt höger (mer CO och CF₄ bildas) tills jämvikt uppnås.

b) Reaktionen går åt höger mot produkterna. När Q < K är koncentrationen av produkterna för låg jämfört med jämvikt, så systemet reagerar genom att bilda mer produkter tills Q = K.

c) Vid jämvikt: [COF₂] = 0,0102 M, [CO] = 0,0548 M, [CF₄] = 0,0164 M.