Opgaver til B2.6

Opgaverne hører til afsnit B2.6 Temperatur og rumfang. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave B2.6.1: Varmt og koldt

Ligevægten N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) er endoterm mod højre. N₂O₄ er farveløs, og NO₂ er brun.

1. Hvilken vej forskydes ligevægten, når gassen varmes op?
2. Hvad sker der med farven, når gassen varmes op?
3. Hvad sker der med farven, når gassen køles ned?

TipHjælp 1

En opvarmning forskyder ligevægten i den endoterme retning.

TipHjælp 2

Den endoterme retning er mod højre, hvor der dannes NO₂. En afkøling virker modsat.

NoteFacit

1. Mod højre
2. Gassen bliver mørkere brun, fordi der dannes mere NO₂.
3. Gassen bliver lysere, fordi ligevægten forskydes mod venstre, og der dannes farveløs N₂O₄.

Opgave B2.6.2: En exoterm reaktion

Ligevægten 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) er exoterm mod højre.

1. Hvilken retning er den endoterme?
2. Hvilken vej forskydes ligevægten, når temperaturen hæves?
3. Bliver K større eller mindre, når temperaturen hæves?
4. Skal temperaturen være høj eller lav, hvis man vil have mest muligt SO₃ ved ligevægt?

TipHjælp 1

Er reaktionen mod højre exoterm, er reaktionen mod venstre endoterm.

TipHjælp 2

Forskydes ligevægten mod venstre, bliver der mindre produkt og mere reaktant. Se, hvad det betyder for en brøk med produkterne over brøkstregen.

NoteFacit

1. Mod venstre
2. Mod venstre
3. Mindre
4. Lav

Opgave B2.6.3: Exoterm eller endoterm?

For en ligevægt er K = 60 ved 400 °C og K = 50 ved 450 °C.

1. Bliver K større eller mindre, når temperaturen hæves?
2. Hvilken vej bliver ligevægten forskudt, når temperaturen hæves?
3. Er reaktionen mod højre exoterm eller endoterm?

TipHjælp 1

En mindre K betyder mindre produkt i forhold til reaktant.

TipHjælp 2

En opvarmning forskyder altid ligevægten i den endoterme retning. Find ud af, hvilken retning ligevægten blev forskudt i, og så kender du den endoterme retning.

NoteFacit

1. Mindre
2. Mod venstre
3. Exoterm. Opvarmningen forskyder ligevægten mod venstre, så det er reaktionen mod venstre, der er endoterm.

Opgave B2.6.4: Tæl gasmolekylerne

Hver beholder gøres mindre, så trykket stiger. Hvilken vej forskydes ligevægten?

1. 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g)
2. PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)
3. CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)
4. CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

TipHjælp 1

Læg koefficienterne for gasserne sammen på hver side af dobbeltpilen. Et mindre rumfang forskyder ligevægten mod den side, der har færrest gasmolekyler.

TipHjælp 2

I ligevægt a er der 3 gasmolekyler til venstre, 2 SO₂ og 1 O₂, og 2 til højre. I ligevægt d tæller de faste stoffer ikke med.

NoteFacit

1. Mod højre. Der er 3 gasmolekyler til venstre og 2 til højre.
2. Mod venstre. Der er 1 gasmolekyle til venstre og 2 til højre.
3. Ingen forskydning. Der er 2 gasmolekyler på begge sider.
4. Mod venstre. Der er ingen gasmolekyler til venstre og 1 til højre.

Opgave B2.6.5: Vis det med reaktionsbrøken

En blanding er i ligevægt: PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). Beholderens rumfang halveres.

1. Opskriv reaktionsbrøken.
2. Hvad sker der med hver af de tre koncentrationer, i det øjeblik rumfanget halveres?
3. Hvor mange gange så stort som før indgrebet bliver tallet over brøkstregen? Og tallet under brøkstregen?
4. Hvad sker der med Y, og hvilken vej forskydes ligevægten?

TipHjælp 1

Når den samme mængde gas presses ned på det halve rumfang, bliver alle koncentrationer 2 gange så store som før indgrebet.

TipHjælp 2

Over brøkstregen står to koncentrationer ganget med hinanden. Hver af dem bliver 2 gange så stor. Under brøkstregen står kun én koncentration.

NoteFacit

1. \(Y = \dfrac{[\mathrm{PCl_3}] \cdot [\mathrm{Cl_2}]}{[\mathrm{PCl_5}]}\)

2. De bliver alle 2 gange så store, som de var før indgrebet.

3. Over brøkstregen står to koncentrationer ganget med hinanden, og hver af dem bliver 2 gange så stor, så tallet bliver 4 gange så stort som før indgrebet. Tallet under brøkstregen bliver 2 gange så stort.

4. Y bliver 2 gange så stor som før indgrebet, fordi tallet over brøkstregen bliver 4 gange så stort og tallet under kun 2 gange. Før var Y = K, så nu er Y større end K. Ligevægten forskydes mod venstre, hvor der er færrest gasmolekyler.

Opgave B2.6.6: Katalysatoren

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

1. En katalysator gør ligevægtskonstanten større.
2. En katalysator får ligevægten til at indstille sig hurtigere.
3. En katalysator gør reaktionen mod højre hurtigere, men ikke reaktionen mod venstre.
4. En katalysator giver mere produkt ved ligevægt.

TipHjælp 1

Læs afsnittet En katalysator forskyder ikke ligevægten.

TipHjælp 2

En katalysator sænker aktiveringsenergien. Bakken på energiprofilen er den samme, uanset hvilken side man kommer fra.

NoteFacit

1. Falsk. En katalysator ændrer ikke K.
2. Sandt
3. Falsk. Begge reaktioner bliver hurtigere, og de bliver det lige meget.
4. Falsk. Blandingens sammensætning ved ligevægt er den samme med og uden katalysator.

Opgave B2.6.7: Methanol

Methanol fremstilles af carbonmonoxid og hydrogen. Reaktionen er exoterm mod højre:

CO(g) + 2 H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)

1. Skal trykket være højt eller lavt for at få mest muligt methanol ved ligevægt? Begrund svaret.
2. Skal temperaturen være høj eller lav for at få mest muligt methanol ved ligevægt? Begrund svaret.
3. I praksis bruges en temperatur på omkring 250 °C og en katalysator. Forklar, hvorfor man ikke bruger en meget lav temperatur.

TipHjælp 1

Tæl gasmolekylerne på hver side. Brug reglen for rumfang og reglen for temperatur.

TipHjælp 2

Til spørgsmål c: Tænk på kapitel B1. Hvad sker der med reaktionshastigheden, når temperaturen er lav?

NoteFacit

1. Højt. Der er 3 gasmolekyler til venstre og 1 til højre, så et højt tryk forskyder ligevægten mod højre.
2. Lav. Reaktionen er exoterm mod højre, så en afkøling forskyder ligevægten mod højre.
3. Ved en meget lav temperatur går reaktionen alt for langsomt. Man vælger en temperatur, hvor udbyttet stadig er godt, og bruger en katalysator til at få ligevægten til at indstille sig hurtigt.

Opgave B2.6.8: Overblik

Ligevægten N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g) er exoterm mod højre. Udfyld skemaet.

Indgreb	Ændrer K?	Ligevægten forskydes
Der tilsættes H2
Temperaturen hæves
Rumfanget gøres mindre
Der tilsættes en katalysator
NH3 fjernes

TipHjælp 1

Brug tabellen Overblik over indgrebene i afsnit B2.6.

TipHjælp 2

Kun temperaturen ændrer K. Der er 4 gasmolekyler til venstre og 2 til højre.

NoteFacit

Indgreb	Ændrer K?	Ligevægten forskydes
Der tilsættes H2	nej	mod højre
Temperaturen hæves	ja, K bliver mindre	mod venstre
Rumfanget gøres mindre	nej	mod højre
Der tilsættes en katalysator	nej	ingen forskydning
NH3 fjernes	nej	mod højre

Opgaver med fødevaretema

Temperaturen flytter på mange af de ligevægte, man møder i køkkenet.

Opgave B2.6.mad.1: Varm sodavand

Når carbondioxid opløses i vand, afgives der varme. Processen er altså exoterm mod højre:

CO₂(g) ⇌ CO₂(aq)

1. Hvilken vej forskydes ligevægten, når sodavanden bliver varm?
2. Forklar, hvorfor en varm sodavand skummer over, når den åbnes.
3. Hvorfor holder en kold sodavand bedre på brusen?

TipHjælp 1

En opvarmning forskyder ligevægten i den endoterme retning. Her er det retningen mod venstre.

TipHjælp 2

Mod venstre betyder, at opløst carbondioxid bliver til gas.

NoteFacit

1. Mod venstre
2. I den varme sodavand er ligevægten forskudt mod gassen. Der kan være mindre carbondioxid opløst i vandet, så en stor del forlader væsken på én gang, når flasken åbnes.
3. I kulden er ligevægten forskudt mod højre, så mere carbondioxid bliver i vandet.

Opgave B2.6.mad.2: Kalk i elkedlen

Hårdt vand fra hanen indeholder calciumioner og hydrogencarbonationer. Når vandet varmes op, dannes der kalk, som sætter sig i elkedlen:

Ca²⁺(aq) + 2 HCO₃⁻(aq) ⇌ CaCO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l)

Reaktionen er endoterm mod højre.

1. Hvilken vej forskydes ligevægten, når vandet varmes op?
2. Kedlen er åben, så carbondioxid slipper væk. Hvilken vej forskyder det ligevægten?
3. Forklar, hvorfor der kommer kalk i en elkedel, men ikke i en kande med koldt vand.

TipHjælp 1

Der er to indgreb i samme opgave: en opvarmning og et produkt, der bliver fjernet.

TipHjælp 2

En opvarmning forskyder ligevægten i den endoterme retning. Fjernes et produkt, forskydes ligevægten mod højre.

NoteFacit

1. Mod højre
2. Også mod højre
3. I elkedlen trækker både opvarmningen og den carbondioxid, der slipper væk, ligevægten mod højre, så der dannes fast kalk. I det kolde vand ligger ligevægten langt mod venstre, og ionerne bliver i vandet.

Opgave B2.6.mad.3: Sukker i varm te

I en mættet sukkeropløsning er der ligevægt mellem fast sukker og opløst sukker. Det koster energi at opløse sukker, så processen er endoterm mod højre:

sukker(s) ⇌ sukker(aq)

1. Hvilken vej forskydes ligevægten, når teen er varm?
2. Kan der opløses mest sukker i varm te eller i iste?
3. En kop meget sød, varm te står og bliver kold. Hvad kan der ske med noget af sukkeret?

TipHjælp 1

En opvarmning forskyder ligevægten i den endoterme retning.

TipHjælp 2

Til spørgsmål c: En afkøling forskyder ligevægten i den exoterme retning, altså mod venstre.

NoteFacit

1. Mod højre
2. I varm te
3. Når teen køler af, forskydes ligevægten mod venstre. Noget af det opløste sukker kan blive til fast sukker igen og lægge sig på bunden.