Skip to content
Graad 11 · Chemie · Les 7

Chemiese Ewewig

Verstaan dinamiese ewewig, skryf ewewigsuitdrukkings, pas Le Chatelier se beginsel toe om verskuiwings te voorspel, en bereken ewewigskonstantes.

Wissel om IEB-uitbreidingsinhoud te wys

Omkeerbare Reaksies

Baie chemiese reaksies is omkeerbaar — hulle kan in beide die voorwaartse rigting (reagense → produkte) en die terugwaartse rigting (produkte → reagense) verloop. Omkeerbare reaksies word met 'n dubbelpyl voorgestel: ⇌

A + B ⇌ C + D

In 'n geslote sisteem, terwyl die voorwaartse reaksie C en D produseer, kan daardie produkte in die terugwaartse reaksie herkombineer om A en B te herwin. Met verloop van tyd bereik die sisteem 'n toestand waar albei reaksies gelyktydig plaasvind.

Dinamiese Ewewig

Dinamiese ewewig word bereik wanneer die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse reaksie. Op hierdie punt:

Algemene wanopvatting: By ewewig is die konsentrasies van reagense en produkte konstant — maar hulle is NIE noodwendig gelyk nie. Die posisie van ewewig hang af van die waarde van Kc. 'n Groot Kc beteken meer produk is teenwoordig; 'n klein Kc beteken meer reagens bly oor.

Die Ewewigskonstante Kc

Vir die algemene reaksie: aA + bB ⇌ cC + dD, is die ewewigskonstante-uitdrukking:

Kc = [C]c[D]d / [A]a[B]b

Belangrike reëls:

Kc-waardeInterpretasie
Kc >> 1 (bv. 10⁶)Produkte word sterk bevoordeel; reaksie verloop byna tot voltooiing
Kc ≈ 1Nóg produkte nóg reagense word sterk bevoordeel; aansienlike hoeveelhede van beide by ewewig
Kc << 1 (bv. 10−⁶)Reagense word sterk bevoordeel; baie min produk word by ewewig gevorm

Die Reaksiekwosiënt Qc

Die reaksiekwosiënt Qc het dieselfde wiskundige vorm as Kc, maar gebruik huidige (nie-ewewig) konsentrasies. Deur Qc met Kc te vergelyk, kan ons bepaal in watter rigting die reaksie sal verskuif:

VergelykingRigting van verskuiwingRede
Qc < KcVoorwaarts (regs) →Te veel reagense; sisteem benodig meer produkte om Kc te bereik
Qc = KcGeen verskuiwing — by ewewigSisteem is reeds by ewewig
Qc > KcTerugwaarts (links) ←Te veel produkte; sisteem benodig meer reagense om Kc te bereik

Le Chatelier se Beginsel

Le Chatelier se Beginsel: As 'n las (verandering in toestande) op 'n sisteem by ewewig toegepas word, sal die sisteem in die rigting verskuif wat die las teenwerk en ewewig herstel.

Effek van Konsentrasie

Las toegepasRigting van verskuiwingEffek op Kc
Verhoog [reagens]Voorwaarts (regs) →Geen verandering
Verlaag [reagens]Terugwaarts (links) ←Geen verandering
Verhoog [produk]Terugwaarts (links) ←Geen verandering
Verlaag [produk] (verwyder produk)Voorwaarts (regs) →Geen verandering

Effek van Druk (Gasfase-reaksies)

Effek van Temperatuur

Anders as veranderinge in konsentrasie en druk, verander temperatuurveranderinge die waarde van Kc.

ReaksietipeVerhoog temperatuurVerlaag temperatuur
Eksotermies (ΔH < 0)
hitte is 'n produk		Verskuif LINKS (terugwaarts) ←
Kc neem af		Verskuif REGS (voorwaarts) →
Kc neem toe
Endotermies (ΔH > 0)
hitte is 'n reagens		Verskuif REGS (voorwaarts) →
Kc neem toe		Verskuif LINKS (terugwaarts) ←
Kc neem af

Effek van 'n Katalisator

Industriële Toepassings

Haber-proses (sintese van ammoniak):

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)    ΔH = −92 kJ·mol−1
ToestandWaarde gebruikRegverdiging
Druk150–300 atm (hoog)Minder mol gas aan die produkkant (2 teenoor 4); hoë P bevoordeel NH₃-opbrengs
Temperatuur400–500°C (matig)Lae T bevoordeel opbrengs (eksotermies), maar tempo te stadig; kompromie gee aanvaarbare tempo en opbrengs
KatalisatorYster (Fe) met promotorsBereik ewewig vinniger; geen effek op opbrengs of Kc nie

Kontakproses (sintese van swaeltrioksied, stap in H₂SO₄-vervaardiging):

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)    ΔH = −196 kJ·mol−1

Soortgelyke redenasie: hoë druk bevoordeel SO₃ (3 mol gas → 2 mol); matige temperatuur (450°C); V₂O₅-katalisator.

⭐ IEB-uitbreiding — ICE-tabelle

'n ICE-tabel (Initial, Change, Equilibrium — oftewel Aanvang, Verandering, Ewewig) word gebruik om ewewigskonsentrasies stelselmatig vanaf aanvangstoestande te bereken. Voorbeeld vir N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃:

[N₂][H₂][NH₃]
Aanvang (I)0.5001.5000
Verandering (C)−x−3x+2x
Ewewig (E)0,500−x1,500−3x2x

Vervang die ewewigsuitdrukkings in die Kc-uitdrukking en los op vir x. Bereken dan al die ewewigskonsentrasies.

⭐ IEB-uitbreiding — Oplosbaarheidsproduk Ksp

Die oplosbaarheidsproduk Ksp is die ewewigskonstante vir die oplossing van 'n effens oplosbare ioniese verbinding. Vir CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + CO₃²−(aq):

Ksp = [Ca²⁺][CO₃²−]

Die gemeenskaplike-ioon-effek: die byvoeging van 'n gemeenskaplike ioon (bv. Ca²⁺ vanaf CaCl₂) verskuif die oplossingsewewig na links, wat oplosbaarheid verminder. As die ioniese produk Q > Ksp, vind presipitasie plaas.

Voorspel eers: As jy meer reagens by 'n stelsel in ewewig voeg, na watter kant sal die ewewig verskuif? Toets dit dan: Voeg in die Le Chatelier-demo reagens by en kyk na die konsentrasiestawe.

Ewewigsimulator — Dinamiese Nadering tot Ewewig

Sisteembeheer
300 K
Ewewiglesings
[Reagens]
--
[Produk]
--
Kc
--
Status
--
0/6
Vasvra voltooi! Hersien die verduidelikings om jou begrip te versterk.
IEB-uitbreidingsvrae
Beantwoord alle vrae in jou boek. Wys alle berekeninge duidelik. Vir Le Chatelier-vrae, gee altyd die rigting van verskuiwing AAN en verduidelik hoekom deur die beginsel te gebruik.
Vraag 1 — Skryf van die Kc-uitdrukking
Skryf die ewewigskonstante-uitdrukking Kc vir elk van die volgende reaksies. Gee aan watter spesie(s) (indien enige) uitgesluit word en waarom.

(a) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
(b) 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
(c) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)
(d) Fe³⁺(aq) + SCN⁻(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq)

(6 punte)
Vraag 2 — Le Chatelier-voorspellings
Beskou die reaksie: CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)    ΔH = −206 kJ

Gee vir elke verandering hieronder aan (i) die rigting van verskuiwing en (ii) of Kc toeneem, afneem, of dieselfde bly:

(a) Toename in die konsentrasie van CO
(b) Verwydering van H₂O uit die sisteem
(c) Toename in die totale druk
(d) Toename in temperatuur
(e) Byvoeging van 'n ysterkatalisator

(10 punte — 2 per deel)
Vraag 3 — Kc-berekening
By 'n sekere temperatuur word die volgende ewewigskonsentrasies vir die reaksie H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) gemeet:

[H₂] = 0,40 mol·L−1    [I₂] = 0,20 mol·L−1    [HI] = 1,60 mol·L−1

(a) Skryf die Kc-uitdrukking vir hierdie reaksie.
(b) Bereken die waarde van Kc.
(c) Oorheers die produkte of die reagense by ewewig? Verduidelik deur jou Kc-waarde te gebruik.
(4 punte)
Vraag 4 — Regverdiging van die Haber-proses
Die Haber-proses: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)    ΔH = −92 kJ

(a) Verduidelik waarom hoë druk in die Haber-proses gebruik word. Verwys in jou antwoord na die aantal mol gas aan elke kant.
(b) Die proses gebruik 'n temperatuur van ongeveer 450°C. Verduidelik die kompromie betrokke by die keuse van hierdie temperatuur — waarom nie 'n baie lae temperatuur (vir beter opbrengs) of 'n baie hoë temperatuur (vir vinniger tempo) gebruik nie?
(c) Ysterkatalisator word gebruik. Verander die katalisator die ewewigsposisie of die waarde van Kc? Verduidelik.
(d) Onreageerde N₂ en H₂ word teruggesirkuleer na die reaktor. Verduidelik, deur Le Chatelier se Beginsel te gebruik, waarom dit die algehele opbrengs verbeter.
(8 punte)
Vraag 5 — Qc teenoor Kc-voorspelling
By 700 K is Kc = 54,3 vir die reaksie H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g).

'n Mengsel word voorberei met die volgende aanvangskonsentrasies: [H₂] = 0,10 mol·L−1, [I₂] = 0,20 mol·L−1, [HI] = 0,40 mol·L−1.

(a) Bereken Qc vir hierdie mengsel.
(b) Vergelyk Qc met Kc. In watter rigting sal die reaksie verloop om ewewig te bereik?
(c) Wat gebeur met [HI] soos die reaksie verskuif? Neem dit toe of af? Verduidelik.
(4 punte)
Vraag 6 — Lees van Konsentrasiedata om Kc te Bepaal
Die tabel wys [N₂O₄] en [NO₂] gemeet by intervalle terwyl die reaksie N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) in 'n verseëlde houer by konstante temperatuur verloop:
Tyd (s)020406080100
[N₂O₄] (mol·L−1)0.1000.0720.0610.0580.0580.058
[NO₂] (mol·L−1)0.0000.0560.0780.0840.0840.084
(a) Op watter tydstip bereik die sisteem eerste ewewig? Verduidelik hoe jy dit direk uit die data kan identifiseer.
(b) Skryf die Kc-uitdrukking vir hierdie reaksie, en bereken dan die waarde van Kc deur die ewewigskonsentrasies te gebruik.
(c) Verifieer, deur die data by t = 40 s te gebruik, dat die hoeveelheid N₂O₄ wat sedert t = 0 verbruik is, ooreenstem met die hoeveelheid NO₂ wat gevorm is (onthou die molverhouding in die gebalanseerde vergelyking).
(d) 'n Leerder beweer dat sodra ewewig bereik is (konstante konsentrasies), beide die voorwaartse en terugwaartse reaksies gestop het. Is dit korrek? Verduidelik deur die konsep van dinamiese ewewig te gebruik.
(8 punte)