Opgaver til B2.1

Opgaverne hører til afsnit B2.1 Kemisk ligevægt. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave B2.1.1: De vigtigste ord

  1. Hvad er en reversibel reaktion?
  2. Hvordan viser man i reaktionsskemaet, at en reaktion er reversibel?
  3. Hvornår er en reaktion i ligevægt?

Læs afsnittet Reaktioner, der kan gå begge veje og sætningen lige under figuren med de to kurver.

Ordet reversibel betyder, at noget kan vendes om. Ligevægten kan kendes på, hvad koncentrationerne gør.

  1. En reaktion, der kan gå begge veje.
  2. Med en dobbeltpil, ⇌
  3. Når koncentrationerne af alle stoffer ikke længere ændrer sig.

Opgave B2.1.2: Sandt eller falsk?

Afgør for hvert udsagn om en reaktion i ligevægt, om det er sandt eller falsk. Ret de falske.

  1. Reaktionen er gået i stå.
  2. Koncentrationerne ændrer sig ikke.
  3. Der er altid lige meget af reaktanter og produkter.
  4. Reaktionerne mod højre og mod venstre går lige hurtigt.

Læs afsnittet Ligevægten er dynamisk og boksen Ligevægt betyder ikke lige meget.

Der er forskel på, at koncentrationerne står stille, og at reaktionerne står stille. Det er hastighederne, der er ens, ikke koncentrationerne.

  1. Falsk. Begge reaktioner forløber stadig, men lige hurtigt.
  2. Sandt
  3. Falsk. Det er hastighederne, der er ens. Koncentrationerne af reaktanter og produkter er som regel forskellige.
  4. Sandt

Opgave B2.1.3: Aflæs grafen

Stoffet A omdannes til stoffet B i en reversibel reaktion, A ⇌ B.

Graf med koncentration i M som funktion af tiden i sekunder. Kurven for A falder fra 0,80 M og flader ud ved 0,30 M. Kurven for B stiger fra 0 M og flader ud ved 0,50 M. Fra omkring 50 sekunder er begge kurver vandrette.

  1. Hvad er koncentrationerne af A og B ved start?
  2. Hvornår er reaktionen omtrent kommet i ligevægt?
  3. Hvad er koncentrationerne af A og B ved ligevægt?
  4. Er A blevet brugt op?

Ligevægten er nået, når begge kurver er blevet vandrette.

Aflæs kurverne helt til venstre for at finde startværdierne og helt til højre for at finde værdierne ved ligevægt.

  1. [A] = 0,80 M og [B] = 0 M
  2. Efter omkring 50 s
  3. [A] = 0,30 M og [B] = 0,50 M
  4. Nej. Der er stadig 0,30 M tilbage, og den koncentration ændrer sig ikke mere.

Opgave B2.1.4: De to hastigheder

En beholder fyldes med ren N2O4, som reagerer efter skemaet N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g).

  1. Hvad sker der med hastigheden af reaktionen mod højre undervejs? Forklar hvorfor.
  2. Hvad sker der med hastigheden af reaktionen mod venstre undervejs? Forklar hvorfor.
  3. Hvad gælder der om de to hastigheder, når ligevægten har indstillet sig?

Se på figuren med de to hastigheder. En reaktion går hurtigere, jo højere koncentrationen af dens reaktanter er.

Reaktionen mod højre bruger N2O4. Reaktionen mod venstre bruger NO2. Tænk over, hvad der sker med koncentrationen af hvert af de to stoffer.

  1. Den falder, fordi koncentrationen af N2O4 falder.
  2. Den stiger fra 0, fordi koncentrationen af NO2 stiger.
  3. De er lige store.

Opgave B2.1.5: Fra den anden side

I et nyt forsøg fyldes beholderen med ren NO2 i stedet for ren N2O4. Temperaturen er den samme som før.

  1. Hvilken af de to reaktioner forløber fra start?
  2. Hvad sker der med gassens farve undervejs?
  3. Hvad kan du sige om blandingen, når ligevægten har indstillet sig?

NO2 er brun, og N2O4 er farveløs. Læs det sidste punkt under Kendetegn ved en kemisk ligevægt.

Fra start er der kun NO2, så kun reaktionen mod venstre kan forløbe. Den bruger det brune stof.

  1. Reaktionen mod venstre, hvor 2 NO2 bliver til N2O4.
  2. Gassen bliver lysere, fordi der bliver mindre af det brune NO2.
  3. Der er både N2O4 og NO2 i beholderen. Ligevægten kan nås fra begge sider, så blandingen ender i den samme balance mellem de to stoffer som i forsøget med ren N2O4.

Opgave B2.1.6: Tæl atomerne

Brug figuren med de tre kasser.

  1. Hvor mange nitrogenatomer er der i kassen ved start?
  2. Hvor mange nitrogenatomer er der i kassen ved ligevægt?
  3. Hvor mange molekyler N2O4 er gået i stykker fra start til ligevægt?

Et molekyle N2O4 indeholder 2 nitrogenatomer, og et molekyle NO2 indeholder 1.

Ved start er der 6 N2O4. Ved ligevægt er der 3 N2O4 og 6 NO2.

  1. Der er 12 nitrogenatomer, 2 i hvert af de 6 N2O4
  2. Der er 12 nitrogenatomer: 6 i de 3 N2O4 og 6 i de 6 NO2. Der forsvinder ingen atomer.
  3. 3 molekyler. De er blevet til 6 NO2.

Opgave B2.1.7: Det lukkede system

  1. Hvorfor skal beholderen være lukket, for at der kan indstille sig en ligevægt mellem gasser?
  2. Hvad ville der ske med blandingen af N2O4 og NO2, hvis beholderen blev åbnet?

Reaktionen mod venstre kan kun forløbe, hvis NO2-molekylerne bliver i beholderen og kan støde sammen.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • I en åben beholder slipper gasserne …
  • Så kan reaktionen mod … ikke …
  1. I en åben beholder slipper gasserne væk. Så kan de to reaktioner ikke komme til at gå lige hurtigt.
  2. Begge gasser ville sive ud og blande sig med luften. Koncentrationerne ville falde, og der ville ikke være nogen ligevægt i beholderen.

Opgave B2.1.8: Forklar farven

En lukket glaskolbe fyldes med farveløs N2O4 og stilles i et vandbad. I løbet af det første halve minut bliver gassen mere og mere brun. Derefter ændrer farven sig ikke, selv om kolben står i flere timer.

Forklar, hvad der sker i kolben i det første halve minut og i tiden derefter.

Farven viser, hvor meget NO2 der er. Brug ordene reaktionen mod højre, reaktionen mod venstre og dynamisk ligevægt.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • I begyndelsen forløber reaktionen mod … hurtigst, så der dannes …
  • Efterhånden går reaktionen mod venstre …
  • Når farven ikke ændrer sig mere, er …
  • Reaktionerne er ikke gået i stå, men …

I begyndelsen forløber reaktionen mod højre hurtigst, så der dannes brunt NO2, og gassen bliver mørkere. Efterhånden går reaktionen mod venstre hurtigere, fordi der er mere NO2. Når farven ikke ændrer sig mere, er de to hastigheder lige store, og reaktionen er i ligevægt. Reaktionerne er ikke gået i stå, men der dannes lige så meget NO2, som der forsvinder.

Opgaver med fødevaretema

Mange ligevægte i køkkenet handler om stoffer, der går frem og tilbage mellem to tilstande.

Opgave B2.1.mad.1: Danskvand

I en lukket flaske danskvand er der carbondioxid både i vandet og i luften over vandet:

CO2(g) ⇌ CO2(aq)

  1. Hvad betyder dobbeltpilen?
  2. Flasken har stået lukket længe. Hvad kan du sige om antallet af molekyler, der går fra luften ned i vandet, og antallet, der går den anden vej?
  3. Forklar, hvorfor der ikke længere er ligevægt, når flasken bliver åbnet.

En flaske, der har stået længe, er i ligevægt. Tænk på, hvad ordet dynamisk betyder.

Til spørgsmål c: En ligevægt kræver et lukket system.

  1. At processen kan gå begge veje. Carbondioxid kan både opløses i vandet og forlade det igen.
  2. De to antal er lige store i hvert sekund.
  3. Når flasken åbnes, slipper gassen over vandet væk. Systemet er ikke længere lukket, så der går flere molekyler ud af vandet, end der kommer tilbage.

Opgave B2.1.mad.2: Sukker i bunden af glasset

Rører man meget sukker i et glas iste, bliver noget af sukkeret liggende på bunden, uanset hvor længe man rører. Opløsningen kaldes mættet. Mellem det faste sukker og det opløste sukker er der en dynamisk ligevægt.

  1. Hvilke to modsatrettede processer foregår der i glasset?
  2. Hvorfor bliver bunken af sukker hverken større eller mindre?
  3. Står glasset længe, skifter sukkerkrystallerne i bunden langsomt form, selv om der ikke bliver mere eller mindre sukker. Hvordan passer det med, at ligevægten er dynamisk?

Sukker kan gå fra krystallen ud i vandet, og det kan gå fra vandet tilbage til krystallen.

I en dynamisk ligevægt foregår begge processer hele tiden. De molekyler, der sætter sig på krystallen, behøver ikke sætte sig det samme sted, som andre forlod.

  1. Fast sukker opløses, og opløst sukker sætter sig tilbage på krystallerne.
  2. De to processer går lige hurtigt, så der opløses lige så meget sukker, som der krystalliserer.
  3. Molekyler forlader hele tiden krystallerne, og andre sætter sig på et nyt sted. Mængden er den samme, men krystallerne bliver langsomt bygget om.

Opgave B2.1.mad.3: Låg på gryden

En gryde med vand står og simrer på komfuret.

  1. Uden låg koger gryden til sidst tør. Forklar hvorfor.
  2. Med et tæt låg bliver der ved med at være vand i gryden. Beskriv den ligevægt, der indstiller sig under låget.
  3. På lågets underside sidder der dråber. Hvor kommer de fra?

Vand kan fordampe, og vanddamp kan blive til vand igen. Det kan skrives H2O(l) ⇌ H2O(g).

Sammenlign med det åbne og det lukkede system i opgave B2.1.7.

  1. Gryden er et åbent system. Vanddampen slipper væk, så der fordamper hele tiden mere vand, end der kommer tilbage.
  2. Under låget kan dampen ikke slippe væk. Vand fordamper, og vanddamp bliver til vand igen, og til sidst går de to processer lige hurtigt.
  3. Det er vanddamp, der er blevet til flydende vand igen.