1

KEMI 5Saana Ruotsalasaana.ruotsala@mattliden.fi

Kaila, Meriläinen et al.: Kemi 5  Reaktioner och jämvikt

1. Kemisk jämvikt2. Syrabasjämvikt3. Syror och baser som reaktionspar4. Löslighetsjämvikt

19.  26.8.

27.8.  9.9.

Kursinnehåll

Till prov du får:• 1 konceptpapper• lösblad• ev. millimeterpapper

Till prov  tar du med:• MAOLs tabeller• räknare • pennor, linjal, sudd

All kursinfo (t. ex. lektionsanteckningar, eventuella övningsprov...) finns på Matteus. 

10.  17.9.

21.  24.9.

Kursbok

+ MAOL

!!!

PROV:

KURSBEDÖMNING:

Kursprov:

 8 uppgifter varav eleven löser    max. 7  Tre av åtta uppgifter är från SE max. poäng: 42 gräns för godkänd: 12

Provvitsordet justeras upp eller ned till kursvitsord beroende på timaktivitet, laborationer och närvaro.

Den tredje olovliga frånvaron sänker provvitsordet automatiskt med 1 steg och den femte med 2 steg.

Den sjätte olovliga frånvaron leder automatiskt till obedömd kurs.

Den nionde frånvaron, lovlig eller olovlig, leder automatiskt till obedömd kurs.

T. ex: En elev får 28 av 42 på kursprov. Han har varit olovligt frånvarande 4 gånger, passiv på laborationer och har haft kursboken hemma flera gånger.

Provvitsord: 7,67   1 ≈ 6,67Kursvitsord: 6

12   15     18     21     24      27  30   33      36      39     42

10

9

8

7

6

5

 

2

1.  KEMISK JÄMVIKT

1.1  Homogen kemisk jämvikt

Vid kemisk jämvikt  sker den fortskridande och den reversibla 

reaktionen samtidigt  är reaktionernas hastigheter exakt lika stora förändras varken utgångsämnenas eller 

reaktionprodukternas koncentrationer råder en dynamisk jämviktstillstånd

Na (s) + ½ Cl2 (g)    NaCl (s)

är en mycket exoterm reaktion, vilket betyder att för att reaktionen ska ske i den omvända, endoterma,  riktningen behövs det tillföras mycket värme.

3 H2 (g) + N2 (g)  2 NH3 (g)

är inte alltför exoterm och är därmed ett exempel på en reversibel, jämviktsreaktion.

ΔHf =  411,12 kJ

ΔHf =  46,1 kJ

c (m

ol/l)

1.2

0.4

0.8

t N2O4 (g) 2 NO2 (g) 2 NO2 (g) N2O4 (g)färglös brun brun färglös

ett homogent system (alla deltagande ämnen i samma fas)

sammansättningen hos en blandning vid jämvikt beror på reaktionen de urprungliga koncentrationerna trycket temperaturen

c (m

ol/l)

1.2

0.4

0.8

t 

1.2  Massverkans lag

Massverkans lag är en matematisk modell för att kvantitativt kunna avbilda jämvikten hos en reaktion oberoende av de ursprungliga koncentrationerna.

a A + b B c C + d D

koncentrationerna vid jämvikt:[A] [B] [C] [D]

uttrycket för jämviktskonstanten K:

K =[produkter]koefficient

[utgångsämnen]koefficient=

konstantvärdevid bestämd temperatur

[C]c [D]d

[A]a [B]b

allmän reaktion:

uttrycker förhållandetmellan urprungsämnen & produkterna vid jämvikt

uttrycker INTE hur snabbt jämvikt uppnås

anknyter till en bestämdriktning

2 HI (g) 2 H2 (g) + I2 (g) K =t.ex.

2 H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g) K =

oberoende av ursprungliga

koncentrationer

enheten varierar i enlighetmed reaktionsformelns 

koefficienter

3

K är i stort sett ett mått på mängden produkter vid jämvikt i jämförelse med mängden utgångsämnen.

  jämviktsläget är kraftigt förskjutet mot produkterna

  reaktionen kan sägas ske fullständigt =fullständig konversion

  jämviktsläget är kraftigt förskjutet mot utgångsämnena

  mycket litet produkter bildas

märkbara mängder utgångsämnen och produkter finns i jämviktsblandningen

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) K298 K = 1 . 1037

CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H+ (aq) K298 K = 1,8 . 10-5 mol/dm3

H+

CH3COOH (l) + C2H5OH (l) CH3COOC2H5 (l) + H2O (l) etansyra etanol etyletanoat vatten

K298 K = 4

Då 103 

4

Ex. 2: Reaktionens  N2O4 (g)    2 NO2 (g)jämviktskonstant vid en bestämd temperatur är 4,50 mol/dm3. Om 0,300 mol N2O4 satts in i en 2,00 dm3 reaktionskärl i denna temperatur, vilka är jämviktskoncentrationerna för utgångsämnena och produkterna?

c0 (mol/dm3)

Δc

2 NO2 (g)

(mol/dm3)

cjämvikt(mol/dm3)

N2O4 (g)

Ex. 3: Reaktionens NO2 (g) + NO (g)      N2O (g) + O2 (g)jämviktskonstant vid en bestämd temperatur är 0,914. Jämna mängder NO och NO2 satts in i en 5,00 dm3 reaktionskärl i denna temperatur tills jämviktskoncentrationen för N2O är 0,050 mol/dm3. Beräkna hur många gram NO och NO2 inneslöts i reaktionskärlet vid försökets början?

c0 (mol/dm3)

Δc

N2O (g) + O2 (g)

(mol/dm3)

cjämvikt(mol/dm3)

NO2 (g) + NO (g)

5

1. Balanserad reaktionsformel2. Ställ upp en tabell

a A  b B  c C d D 

c0

Δc 

cjämvikt 

kom ihåg att beräknakoncentration c = n / V !

3. Skriv in utgångskoncentrationerna.4. Bestäm Δc utifrån reaktionsformelns

koefficienter.5. Skriv in de okända koncentrationerna.6. Ställ upp uttrycket för jämviktskonstanten

och lös ut det som uppgiften frågar efter.7. Avgör om din lösning är möjlig! Varken K

eller cjämvikt 

6

Volymen minskas =  trycket höjs=  koncentrationen höjs på BÅDA sidorna

av reaktionsformeln

N2O4 (g)        2 NO2 (g)N2O4 (g)        2 NO2 (g)färglös brun

Jämviktsläget förskjuts i den riktning som gör att den totala substansmängden gas minskar.

K =

H2(g) + I2(g)       2 HI (g)

H2(g) + I2(g)       2 HI (g)

Vad händer?

2. Tryckförändringar

a) 

Varför?

1) [NO2]2

[N2O4]2) Vm

b)

Temperaturens inverkan på jämviktsläget beror på den endoterma/exoterma karaktären av reaktionen.

Exoterm reaktion: värme kan anses som en produkt Endoterm reaktion: värme anses som en av 

utgångsämnena

N2O4 (g)        2 NO2 (g) ΔHθ = 24 kJ/mol

temperaturen sänks = värme avlägsnas

 mer produkter produceras jämviktsläget förskjuts mot produkterna K höjs! 

H2 (g) + CO2 (g)        H2O (g) + CO (g) ΔHθ = +41 kJ/mol

temperaturen sänks = värme avlägsnas

 mer värme produceras av den reversibla reaktionen jämviktsläget förskjuts mot utgångsämnena K minskas!  

Kom ihåg! Då T ändras, K ändras!

Katalysatorn i en reaktion minskar aktiveringsenergin höjer reaktionshastigheten

3. Temperaturförändringar

a)

b)

4.  Katalysator

7

2.  SYRABAS JÄMVIKT

2.1  Syror och baser

BronstedtLowrys teori:

En syra är ett ämne som avger en proton och en bas är ett ämne som tar emot en proton.

HCl (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + Cl- (aq)

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

HA + B BH+ + Asyra 1 bas 1 syra 2 bas 2

korresponderande syra

korresponderande bas

jämvikt

CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq)

Ju starkare en syra är desto lättare avger den en proton.

HCl (aq) H+ (aq) + Cl- (aq)stark syra ⇒ stark elektrolyt

svag syra ⇒ svag elektrolyt

+ H   Cl :

:: OH H

H

:

+ + : Cl: ::

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)stark 

korresponderande syrasvag bas svag syra

stark korresponderande bas

Protonöverföringsreaktioner handlar egentligen om fria elektronpar:

Därför kan inte alla ämnen som innehåller väte fungera som syror, för att endast en elektronegativ atom kan avge sin proton och därmed motta de elektroner som fanns i bindningen mellan väte och atomen. 

δ+

δ-

H   Cl :

::

δ+ δ-

Denna teori leder till basens definition. Vanliga baser innehåller ett fritt elektronpar, som kan sedan binda protonen genom en koordinat kovalentbindning. 

NH HH

:

HN

H H

H+

+ H+

Som tumregel kan man säga att ju mer elektronegativ den atom som är bunden till väteatomen är, desto starkare är syran och svagare är basen.

8

Syresyror:

H2SO4 HNO3

H3PO4 H2CO3

elektronegativiteten hos den centralatomen avgör styrkan

Men så enkelt är det ändå inte. Även den korresponderande basens storlek har sin inverkan på en syras styrka.

Cl H H Cl+ +

+H+ +OH

H O

H

Organiska syror och baser får sina syrbasegenskaper från den funktionella gruppen.

basisk neutral    sur

Starka och svaga syror och baser

förening HA B stark svag

9

2.2  Syra och baskonstanter

HA (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A (aq)

Reaktionen mellan en syra och vatten:

[H3O+] [A-][HA] [H2O]

K =

Men då vatten är ett lösningsmedel i denna blandning, är dess koncentration (55 mol/dm3) mycket högre än den av de andra substanserna. Därför anser man att koncentrationen är i praktiskt taget konstant (mellan ursprungs och jämviktsläget).

[H3O+] [A][HA] Ka =

syrakonstant

Syrakonstant =jämviktskonstantför reaktionen mellansyra & vatten!

starka syror: Ka > 1svaga syror: Ka  1svaga baser: Kb 

10

Ex. 6: Vilken är oxoniumjonkoncentrationen och protolyseringsgraden av en 0,10 mol/dm3 lösning ättiksyra? Ka för syran i fråga är 1,8 . 105 mol/dm3.

Ekvationen kan nu förenklas för att Ka 

11

En förändring med ett steg i pH betyder en tiofaldig förändring i oxoniumjonkoncentration.

pOH =  lg [OH] [OH] = 10pOH mol/dm3

Oxoniumjonkoncentrationjämfört med 

den i destilleratvatten

Exempel pålösningar samt

deras pHvärden

Ex. 7: Vilket pHvärde har en 0,25 mol/dm3 lösning av hydratsin, N2H4 (Kb = 1,7 . 106 mol/dm3)?

N2H4 (aq) + H2O (l) N2H5+ (aq) OH- (aq)+

cjämvikt

c0

Δc

pH + pOH = 14 (25oC) (varför?)

Ex. 8: Fosforsyra, H3PO4, är egentligen en diprotisk syra med Ka1 = 1,0 . 102 och Ka2 = 2,6 . 107. Beräkna pHvärdet samt [H2PO3] och [HPO32] i en 1,0 mol/dm3 lösning.

12

2.4  pHtillämpningarelektrisk ledning tillmätapparaten

elektrodenspHkänsliga spets(tunn glashinna, varselledningsförmåga förändras somen funktion av pH)

KCllösning

jämförelseelektrod

inre elektrod, pHelektrod

En pHelektrod (glaselektrod) består av en pHkänslig elektrod och en jämförelseelektrod.

pH

metylviolett

tymolblått

metylorange

metylrött

bromtymolblått

fenolftalein

alizaringult

HIn (aq) + H2O (l)   H3O+ (aq) + In (aq)färg 1 färg 2

Färgen förändras då[HIn] ≈ [In]. 

metylrött

bromfenolblått

Ex. 9: Etylamin har pKbvärdet 3,35. Skriv ekvationen för reaktionen mellan etylamin och vatten. Jämför alkaliniteten mellan etylamin och ammonia.

pKa =  lg Ka   pKb =  lg Kb  

pKa + pKb = 14 (25 oC)

2.5  Joner som syror och som baser

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)stark 

korresponderande syrasvag bas svag syra

stark korresponderande bas

Kom ihåg:

Detta betyder att en ammoniumjonlösning är sur: 

CH3COOH (aq) + H2O (l) CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)stark 

korresponderande bassvag syra svag bas

stark korresponderande syra

Korresponderande joner av starka syror och baser ger neutrala lösningar. Även metallkatjonerna i grupp 1 & 2 är neutrala.

På motsvarande sätt är en acetatlösning är basisk:

NH4+ (aq) + H2O (l) NH3 (aq) + H3O+(aq)svag bas stark syra

CH3COO- (aq) + H2O (l) CH3COOH (aq) + OH- (aq)stark bassvag syra

Aminosyror bildar en dubbeljon i syrabas reaktioner:

0 147

13

Ex. 10: Beräkna pHvärdet för en 0,20 mol/dm3 NaCNlösning. Vad är [HCN] i denna lösning?

3.  SYROR OCH BASER SOM REAKTIONSPAR

3.1  Neutralisation

H3O+ (aq) + OH (aq) H2O (l) + H2O (l)

K för denna reaktion har en mycket högt värdedvs. reaktionen sker praktiskt taget fullständigt.

varför?

syra + bas ⇒ salt + vatten

HNO3 (aq) + NaHCO3 (aq) NaNO3 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)H+ (aq) + NO3- (aq) + Na+ (aq) + HCO3- (aq) Na+ (aq) + NO3- (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

Ex. 11: Hur många gram bakpulver behövs för att neutralisera 162 ml magsyra med pHvärdet 1,6?

14

Ex. 12: Mjölksyra formas då mjölk försurnas. 18,5 ml av en mjölksyralösning behövde 17,25 ml 0,155 mol/dm3 NaOH för komplett neutralisation. Hur många mol av mjölksyra fanns i den ursprungliga lösningen? Vad är lösningens pH efter reaktionen?

3.2  Buffertlösningar

Buffertlösningar innehåller ungefär lika stora substansmängder av antingen en svag syra HA och dess korresponderande bas A eller en svag bas B och dess korresponderande syra HB+.

Vissa lösningar, som magsaft och blod, motverkar pHförändringar vid tillsättning av små mängder syra eller bas. Dessa lösningar kallas buffertlösningar.

ättiksyra acetatjon

Ex. 13: Hur många gram av ammoniumklorid ska löses upp i 1,00 dm3 0,100 mol/dm3 ammoniaklösning för att producera en buffertlösning med pH 9,00?

15

Ka = [H3O+][A]

[HA][H3O+] = 

Ka [HA][A]

 lg [H3O+] =  Ka [HA][A] lg 

 lg [H3O+] =   lg Ka  + lg [A][HA]

 lg Ka   lg  lg [H3O+] = [HA][A]

pH = pKa + lg[A][HA]

HendersonHasselbalchs ekvation:

Vid jämvikt i en sur buffertlösning

Ex. 14:

HMor+ eller i basform Mor. Basformen är svårlöslig i vatten, vilket betyder att läkemedlet i denna form inte effektivt upptas av kroppen. Hur många procent basform finns det i den aktiva syraformen i tunntarmen där pH är ungefär 8?

Morfin, ett starkt smärtstillande (pKb 6,13)uppträdar i kroppen antingen i syraform 

Ex. 15: Vilket syrabas par skulle du använda för att framställa en buffertlösning med pH 7,20?

16

3.3  Syrabastitreringar

Titrering är en metod för kvantitativ analys. Man kan bestämma n i en lösning genom att till lösningen tillsätta en noggrannt bestämd V av en titrerlösning med känd c.

Frågor vid planering av en titrering:

Vilken titrerlösning?Vilken indikator? 

Indikatorns ekvivalenspunkt är då

[H+] ≈ Kin  dvs. då pH ≈ pKin

    Kind = [H3O+] [Ind]

[HIn] Färgen förändras då

[HIn] ≈ [In]. 

HIn (aq) + H2O (l)   H3O+ (aq) + In (aq)färg 1 färg 2

Stark syra  stark bas

V (ml)

0,100 mol/dm3 NaOH tillsatt i 50,00 ml 0,100 mol/dm3 HCl

ekvivalenspunkt

V (ml)

0,100 mol/dm3 NaOH tillsatt i 50,00 ml 0,100 mol/dm3 CH3COOH

ekvivalenspunkt

buffertområde

Svag syra  stark bas

17

ekvivalenspunktekvivalenspunkt

V (ml)

0,100 mol/dm3 HCl tillsatt i 50,00 ml 0,100 mol/dm3 NH3

buffertområde

Svag bas  stark syra

Svag bas  svag syra

4.  LÖSLIGHETSJÄMVIKT

4.1  4.2   Heterogen jämvikt & löslighetsprodukt

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

K = [CaO (s)][CO2 (g)] [CaCO3 (s)]

Det fasta ämnets koncentration anses inte att förändras.

Varför? För att:

c = nVmM.V= =

ρ.VM.V

ρM= = konstant!

utfällning

utlösning

löslighetsjämvikt

mättad lösning

CaF2 (s) Ca2+ (aq) + 2 F- (aq)

K = [Ca2+ (aq)][F- (aq)]2

[CaF (s)]

K = [CO2 (g)]

Ks = [Ca2+][F-]2löslighetsprodukt

MaXb (s)      a Mr+ (aq) + b Xs (aq)

Ks = [Mr+]a [Xs]b

18

Ex. 16: Beräkna lösligheten av blyjodid i 25 oC.

Löslighetsprodukt (25oC)

KsKs Ks

Ex. 17: En salt M2X3 har Ks = 2,2 . 1020 (mol/dm3)5. En annan svårlöslig salt M2X har dubbel så stor löslighet som M2X3. Vad är saltens löslighetsprodukt?

4.3   Inverkan på lösligheten

Gemensam jonEx. 18: Vad är lösligheten av blyjodid i en 0,10 

mol/dm3 lösning av natriumjodid?

En gemensam jon förflyttar jämvikten i riktning mot det fasta ämnet, därmed minskar lösligheten av saltet i fråga.

pH

Då anjonen av ett svårlösligt salt är basisk (OH, O2, korresponderande bas till en svag syra), höjer en tillsats av en syra lösligheten.

Pb[(COO)2] (s) [(COO)2]2- (aq) + Pb2+ (aq)

Ks = 8,6 . 10-10 (mol/dm3)2

[(COO)2]2- (aq) + 2 H3O+ (aq) (COOH)2 + 2 H2O (l)tillsats av syra:

Pb[(COO)2] (s) + 2 H3O+ (aq) (COOH)2 (aq) + Pb2+ (aq) + 2 H2O (l)totalreaktkionen:

Lösligheten av oxider och hydroxider beror starkt på grundämnets elektronegativitet.

19

4.4   Bildas det fällning?KI

PbNO3

PbI2

Med jonprodukten Q kan man förutspå om ett salt (s) faller ut ur en lösning som innehåller joner av saltet.

Q = [Mr+]a[Xs]bQ > KsQ = KsQ 

Liitetiedostot

notebook﴾9896﴿.galleryitem

SMART Notebook

Sivu 1Sivu 2Sivu 3Sivu 4Sivu 5Sivu 6Sivu 7Sivu 8Sivu 9Sivu 10Sivu 11Sivu 12Sivu 13Sivu 14Sivu 15Sivu 16Sivu 17Sivu 18Sivu 19Liitesivu 1