Opgaver til B1.2

Opgaverne hører til afsnit B1.2 Koncentration og sammenstød. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave B1.2.1: Sammenstødsmodellen

1. Hvad skal der ske, for at to partikler kan reagere med hinanden?
2. Hvad sker der med antallet af sammenstød, når koncentrationen bliver højere?
3. Forklar, hvorfor reaktionshastigheden falder, mens en reaktion forløber.

TipHjælp 1

Se på figuren med de to kasser.

TipHjælp 2

Til spørgsmål c: Reaktanterne bliver brugt undervejs. Tænk over, hvad det betyder for deres koncentration og for antallet af sammenstød.

NoteFacit

1. De skal støde sammen.
2. Der sker flere sammenstød i hvert sekund.
3. Reaktanterne bliver brugt, så deres koncentration falder. Der bliver færre sammenstød, og hastigheden falder.

Opgave B1.2.2: Tre bægerglas

Tre bægerglas indeholder saltsyre med koncentrationerne 0,5 M, 1,0 M og 2,0 M. Der kommes et lige stort stykke magnesiumbånd i hvert glas.

1. I hvilket glas bobler det kraftigst?
2. I hvilket glas tager det længst tid, før magnesiumbåndet er væk?
3. Begrund svarene med sammenstødsmodellen.

TipHjælp 1

Magnesium reagerer med H⁺ fra syren. Jo højere koncentrationen af syre er, jo flere H⁺ er der omkring magnesiumbåndet.

TipHjælp 2

Du kan begynde dine sætninger sådan:

• I 2,0 M saltsyre er der flest … i hver milliliter.
• Derfor bliver magnesiumbåndet ramt … i hvert sekund.
• Flere sammenstød giver en … reaktionshastighed.

NoteFacit

1. I glasset med 2,0 M saltsyre
2. I glasset med 0,5 M saltsyre
3. I 2,0 M saltsyre er der flest H⁺ i hver milliliter. Derfor bliver magnesiumbåndet ramt flest gange i hvert sekund. Flere sammenstød giver en større reaktionshastighed.

Opgave B1.2.3: Overfladen

1. Hvor på et fast stof kan sammenstødene med et opløst stof ske?
2. En jernstang kan ikke brænde i en flamme, men ståluld kan. Begge består af jern. Forklar forskellen.
3. Hvorfor virker en knust hovedpinetablet hurtigere end en hel?

TipHjælp 1

Se på figuren med magnesiumatomerne. Tæl, hvor mange atomer der kan rammes i klumpen og i de små korn.

TipHjælp 2

Ståluld består af meget tynde tråde. Sammenlign overfladen med en massiv stang, der vejer det samme.

NoteFacit

1. Kun på overfladen
2. Ståluld består af tynde tråde og har en meget større overflade end en stang. Mange flere jernatomer er i kontakt med oxygen fra luften, så reaktionen går hurtigt nok til, at jernet kan brænde.
3. Den knuste tablet har en større overflade, så den opløses og reagerer hurtigere.

Opgave B1.2.4: Læs et hastighedsudtryk

En reaktion mellem stofferne A og B har hastighedsudtrykket v = k · [A] · [B]².

1. Hvad sker der med hastigheden, hvis [A] fordobles, og [B] holdes fast?
2. Hvad sker der med hastigheden, hvis [B] fordobles, og [A] holdes fast?
3. Hvad sker der med hastigheden, hvis begge koncentrationer fordobles?

TipHjælp 1

Eksponenten for A er 1, og eksponenten for B er 2. Brug tabellen under overskriften Hastighedsudtrykket.

TipHjælp 2

Når en koncentration med eksponenten 2 fordobles, bliver hastigheden 4 gange så stor, fordi koncentrationen står i anden. I spørgsmål c skal de to ændringer ganges sammen.

NoteFacit

1. Den bliver 2 gange så stor.
2. Den bliver 4 gange så stor.
3. Den bliver 8 gange så stor: 2 gange fra [A] og 4 gange fra [B].

Opgave B1.2.5: Find eksponenterne

For reaktionen 2 NO + O₂ → 2 NO₂ er starthastigheden målt i tre forsøg.

Forsøg	[NO]	[O2]	v0
1	0,10 M	0,10 M	0,30 mM/s
2	0,20 M	0,10 M	1,2 mM/s
3	0,10 M	0,20 M	0,60 mM/s

1. Find eksponenten for NO.
2. Find eksponenten for O₂.
3. Skriv hastighedsudtrykket.

TipHjælp 1

Find to forsøg, hvor kun den ene koncentration er ændret. Se, hvor mange gange hastigheden er blevet større.

TipHjælp 2

Fra forsøg 1 til 2 er [NO] fordoblet, og hastigheden er gået fra 0,30 mM/s til 1,2 mM/s. Det er 4 gange så meget.

NoteFacit

1. 2. Når [NO] fordobles, bliver hastigheden 4 gange så stor.
2. 1. Når [O₂] fordobles, bliver hastigheden 2 gange så stor.
3. v = k · [NO]² · [O₂]

Opgave B1.2.6: Find hastighedskonstanten

Brug hastighedsudtrykket og tallene fra forsøg 1 i opgave B1.2.5.

1. Beregn hastighedskonstanten k.
2. Beregn starthastigheden, hvis [NO] = 0,30 M og [O₂] = 0,10 M.

TipHjælp 1

Isoler k i hastighedsudtrykket: k er hastigheden divideret med [NO]² · [O₂]. Hastigheden skal stå i M/s.

TipHjælp 2

0,30 mM/s er 0,00030 M/s. I nævneren står (0,10 M)² · 0,10 M = 0,0010 M³.

NoteFacit

1. Hastighedskonstanten er

\[ k = \frac{v}{[\mathrm{NO}]^{2} \cdot [\mathrm{O_2}]} = \frac{0{,}00030\ \dfrac{\mathrm{M}}{\mathrm{s}}}{(0{,}10\ \mathrm{M})^{2} \cdot 0{,}10\ \mathrm{M}} = 0{,}30\ \dfrac{1}{\mathrm{M^2 \cdot s}} \]

2. Starthastigheden er

\[ v = k \cdot [\mathrm{NO}]^{2} \cdot [\mathrm{O_2}] = 0{,}30\ \dfrac{1}{\mathrm{M^2 \cdot s}} \cdot (0{,}30\ \mathrm{M})^{2} \cdot 0{,}10\ \mathrm{M} = 0{,}0027\ \dfrac{\mathrm{M}}{\mathrm{s}} \]

Det er 2,7 mM/s. Koncentrationen af NO er 3 gange så stor som i forsøg 1, og hastigheden er 9 gange så stor, fordi [NO] står i anden.

Opgave B1.2.7: Reaktionsskemaet snyder

Reaktionen 2 N₂O₅ → 4 NO₂ + O₂ har hastighedsudtrykket v = k · [N₂O₅] med k = 5,0 · 10⁻⁴ s⁻¹.

1. Hvad er eksponenten for N₂O₅, og hvad er koefficienten i reaktionsskemaet?
2. Beregn hastigheden, når [N₂O₅] = 0,20 M.
3. Hvad sker der med hastigheden, når halvdelen af stoffet er brugt?

TipHjælp 1

En koncentration uden en eksponent skrevet på har eksponenten 1.

TipHjælp 2

Sæt tallene ind i hastighedsudtrykket: 5,0 · 10⁻⁴ s⁻¹ · 0,20 M.

NoteFacit

1. Eksponenten er 1, og koefficienten er 2. Eksponenten kan altså ikke aflæses i reaktionsskemaet.
2. Hastigheden er

\[ v = k \cdot [\mathrm{N_2O_5}] = 5{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{s^{-1}} \cdot 0{,}20\ \mathrm{M} = 1{,}0 \cdot 10^{-4}\ \dfrac{\mathrm{M}}{\mathrm{s}} \]

3. Koncentrationen er halveret, så hastigheden er også halveret.

Opgave B1.2.8: Krydset, der forsvinder

I forsøget med thiosulfat og syre fyldes et bægerglas med Na₂S₂O₃-opløsning og vand, så der er 45 mL. Til sidst tilsættes 5 mL saltsyre, så der er 50 mL i alt. Na₂S₂O₃-opløsningen i flasken er 0,50 M.

Forsøg	Na2S2O3-opløsning	Δt
1	10 mL	20 s
2	20 mL	10 s
3	40 mL	5 s

1. Beregn [S₂O₃²⁻] i de 50 mL blanding i forsøg 1.
2. Beregn 1/Δt for de tre forsøg.
3. Hvad sker der med 1/Δt, når koncentrationen af thiosulfat fordobles? Hvad er eksponenten for thiosulfat?
4. Forklar, hvorfor 1/Δt kan bruges som et mål for reaktionshastigheden.

TipHjælp 1

Opløsningen fra flasken bliver fortyndet, når den blandes med vand og syre. Brug formlen for fortynding fra afsnit 5.1: c_før · V_før = c_efter · V_efter.

TipHjælp 2

I forsøg 1 er c_efter = 0,50 M · 10 mL / 50 mL. For den første måling er 1/Δt = 1/(20 s) = 0,050 s⁻¹.

NoteFacit

1. Koncentrationen i blandingen er

\[ c_{\text{efter}} = \frac{c_{\text{før}} \cdot V_{\text{før}}}{V_{\text{efter}}} = \frac{0{,}50\ \mathrm{M} \cdot 10\ \mathrm{mL}}{50\ \mathrm{mL}} = 0{,}10\ \mathrm{M} \]

2. 0,050 s⁻¹, 0,10 s⁻¹ og 0,20 s⁻¹
3. 1/Δt fordobles også. Eksponenten for thiosulfat er 1.
4. Krydset forsvinder, når der er dannet en bestemt mængde svovl, og den mængde er den samme i alle forsøg. Går reaktionen dobbelt så hurtigt, er den mængde dannet på den halve tid.

Opgaver med fødevaretema

Koncentration og overflade betyder noget, hver gang der laves mad.

Opgave B1.2.mad.1: Hel eller knust brusetablet

To ens brusetabletter lægges i hvert sit glas vand. Den ene er hel, og den anden er knust til pulver.

1. Hvilken tablet er først færdig med at bruse?
2. Forklar forskellen med ordene overflade og sammenstød.
3. Dannes der mest carbondioxid fra den hele eller fra den knuste tablet?

TipHjælp 1

Reaktionen kan kun ske der, hvor tabletten er i kontakt med vandet.

TipHjælp 2

Til spørgsmål c: De to tabletter indeholder præcis de samme stoffer i de samme mængder. Tænk over, om hastigheden ændrer på, hvor meget der kan dannes.

NoteFacit

1. Den knuste
2. Pulveret har en meget større overflade end den hele tablet. Flere partikler er i kontakt med vandet, så der sker flere sammenstød i hvert sekund.
3. Der dannes lige meget. Hastigheden er forskellig, men mængden af stof er den samme.

Opgave B1.2.mad.2: Ægget i eddike

Lægger man et råt æg i eddike, bliver skallen opløst i løbet af et døgn. Skallen er kalk, CaCO₃, som reagerer med eddikesyren. Husholdningseddike indeholder 5 % eddikesyre, og lagereddike indeholder 12 %.

1. I hvilken af de to slags eddike forsvinder skallen hurtigst?
2. Forklar svaret med sammenstødsmodellen.
3. Efter nogle timer bobler det mindre end i begyndelsen. Forklar hvorfor.

TipHjælp 1

Sammenlign koncentrationen af eddikesyre i de to slags eddike.

TipHjælp 2

Til spørgsmål c: Eddikesyren er en reaktant og bliver brugt undervejs.

NoteFacit

1. I lagereddiken
2. Koncentrationen af eddikesyre er højere i lagereddiken. Skallen bliver derfor ramt af flere syremolekyler i hvert sekund, og reaktionen går hurtigere.
3. Eddikesyren bliver brugt, så dens koncentration falder. Der sker færre sammenstød, og hastigheden falder.

Opgave B1.2.mad.3: Melstøv

Mel i en pose kan ikke brænde, selv om man holder en tændstik hen til det. Men på møller og i store bagerier er der skrappe regler mod støv i luften, fordi en sky af melstøv kan eksplodere, hvis den rammes af en gnist.

1. Hvad er forskellen på melet i posen og melet i støvskyen, når det gælder overflade?
2. Hvilket stof fra luften reagerer melet med, når det brænder?
3. Forklar, hvorfor støvskyen kan eksplodere, når melet i posen ikke engang kan brænde.

TipHjælp 1

I posen ligger melkornene tæt, og kun de øverste er i kontakt med luften. I skyen svæver hvert korn for sig.

TipHjælp 2

En eksplosion er en forbrænding, der går ekstremt hurtigt. Tænk over, hvor mange melkorn der kan støde sammen med oxygen på samme tid i posen og i skyen.

NoteFacit

1. I skyen er hvert enkelt melkorn omgivet af luft, så den samlede overflade er enorm. I posen er det kun det øverste lag, der rører luften.
2. Oxygen
3. I skyen kan alle melkornene støde sammen med oxygen på samme tid. Forbrændingen går derfor så hurtigt, at den bliver til en eksplosion. I posen er overfladen mod luften så lille, at reaktionen går i stå.