[Bèta overig] Huiswerk- en vragentopic

quote:

Op woensdag 12 januari 2011 12:36 schreef Warren het volgende:
In mijn boek staat de volgende vuistregel:

Bij toevoeren van warmte verschuift een evenwicht naar de endotherme kant. Dat is de kanst met het grootste aantal deeltjes.

Dit vetgedrukte is mij niet duidelijk.

Stel we hebben:

N2 + O2 <> 2NO

De vorming van NO is endotherm. Dus bij een temperatuurstijging verschuift het evenwicht naar NO, maar waarom is deze kant de kant met het grootste aantal deeltjes??

Ik denk dat je het als volgt kunt verklaren: stel je hebt een molecuul A en een molecuul B die door zich met elkaar te verbinden het molecuul AB vormen. Tenzij A en B uitzonderlijk stabiele moleculen zijn, zal AB op een lager energieniveau zitten dan A en B, omdat er energie vrijkomt bij de vorming van de binding tussen A en B (ΔH < 0). Als het energieverschil klein is en de reactie niet totaal afloopt, zul je een evenwicht krijgen: A + B <-> AB.

Op het moment dat er warmte toegevoerd wordt, komt er energie beschikbaar om de binding in AB te breken en dus het verschil tussen de energieniveaus te overbruggen. Toevoeren van energie zorgt er dus voor dat het evenwicht verschuift naar de gedissocieerde kant, A en B.

quote:

Op vrijdag 14 januari 2011 13:09 schreef Warren het volgende:
Lyolyrc, bedankt.. ik doelde meer op waarom er een endotherme kant kan zijn terwijl het aantal deeltjes links en rechts gelijk is. Maar zoals Glowmouse zegt, biedt zo'n vuistregel dus niet altijd uitkomst.

Ik had de vraag iets anders opgevat, vandaar het antwoord dat ik heb gegeven. Door je af te vragen waarom er een endotherme kant kan zijn als er links en rechts evenveel deeltjes zijn, verwissel je regel en vuistregel. Dat bij warmte toevoeren het evenwicht naar de endotherme kant verschuift is een feit. Dat volgt immers uit de wetten van de thermodynamica. Dat er aan de endotherme kant meestal meer deeltjes staan, dat is de vuistregel.

quote:

Ik heb nog een vraag:

Men lost 2,0 mol ammoniumchloride in water op tot 1,0 Liter.

Vraag: Hoeveel liter ammoniakgas van p=p0 en T= 298K moet men in deze oplossing inleiden om pH op 9,2 te brengen?

Ik heb een andere redenering en ik kom niet op het juiste anwtwoord.

NH4 + H2O --> NH3- + H3O+
Kz = [NH3-] [H3O+] / [NH4]

Dit klopt niet. Ammonium is NH₄⁺, niet NH₄. Bij het afstaan van een proton (H⁺) onstaat er NH₃, dat is ammoniak. NH₃^- bestaat niet eens, want dat zou betekenen dat het stikstofatoom 9 elektronen om zich heen heeft, wat in strijd is met de octetregel.

De juiste reactievergelijking wordt dus:
NH₄⁺ + H₂O <- -> NH₃ + H₃O⁺
Omdat NH₄⁺ een zwakke base is, ligt het evenwicht niet totaal naar rechts. Verderop zal ik nog laten zien waar het evenwicht ligt.

De evenwichtsvoorwaarde wordt dan:
Kz = [NH₃]*[H₃O⁺] / [NH₄⁺]

quote:

Kz = 5,6 x 10-10

Ik bereken eerst hoeveel H30+ er zit.

x2/2,0 = 5,6 x 10-10
x = h30+ = 4,73*10^-5.

Je methode van berekenen klopt, maar de uitkomst niet. Je moet inderdaad stellen dat er x mol NH₃ en ook x mol H₃O⁺ is gevormd en dat er nog 2 - x mol NH₄⁺ over is. Als we dan even aannemen dat x klein is (dat betekent dat het evenwicht sterk naar links ligt), dan heb je:

x²/2,0 = 5,6 * 10^-10
x = √(2,0 * 5,6 * 10^-10) = 3,3 * 10^-5

Hieruit volgt dat x inderdaad erg klein is, eigenlijk verwaarloosbaar klein. Ammonium dissocieert dus nagenoeg niet in water!

quote:

De pH moet naar 9,2 dus de [H30+] moet omlaag van 4,73*10^-5 naar 6,31*10^-10... klopt dit? hoe kom ik er achter hoeveel ammoniak ik dan nodig heb??

Nee. Uit de evenwichtsvoorwaarde volgt:

pK_z = pH - log([NH₃]/[NH₄⁺])
pH - pK_z = log([NH₃]/[NH₄⁺])
10^{(pH - pK_z)} = [NH₃]/[NH₄⁺]

Invullen van de gewenste pH (9,2) en pK_z (-log(5,6 * 10^-10)) geeft:
[NH₃]/[NH₄⁺] = 0,89

Met andere woorden, [NH₃] moet 0,89 * 2,0 = 1,78 M worden. Het kleine beetje NH₃ dat er gevormd wordt bij oplossen van de ammoniumchloride is uiteraard verwaarloosbaar.

Het molair volume is 24,5 dm³/mol onder gegeven omstandigheden. Dat betekent dat er 24,5 * 1,78 = 43,6 dm³ NH₃ nodig is.

[ Bericht 0% gewijzigd door lyolyrc op 14-01-2011 17:45:44 ]

quote:

Op vrijdag 14 januari 2011 23:29 schreef Warren het volgende:
Bedankt voor deze uitleg. Ik heb als een kip zonder kop de reactievergelijking en evenwichtsvoorwaarde gekopieerd uit een andere topic waar iemand met hetzelfde probleem kwam.. maar ik heb niet opgemerkt dat die niet klopte. Excuses voor het bezorgen van extra werk.

Maakt niet uit. De volgende die op iets dergelijks googlet, vindt dan ook deze uitleg waar het wel goed staat.

quote:

Het is nu veel helderder.

- Ik vond het ten eerste raar dat men voor [NH4+] 2,0 mol/L nam.. maar aangezien het een zwakke zuur is, is het wel logisch want maar een klein gedeelte gaat over in H30+ ionen.

Het ligt inderdaad aan de heel beperkte dissociatie. Als je de fractie die wel omzet naar NH₃ er afhaalt, dan heb je 1,9999665 mol/l, wat we natuurlijk gewoon afronden op 2,0 M.

quote:

- Ik vond het ook raar dat al het NH3 afkomstig zou zijn van het ammoniakgas, maar aangezien x verwaarloosbaar klein is, lijkt het nu wel logisch.

Als x veel groter was geweest, had je die fractie uiteraard in mindering moeten brengen op de benodigde hoeveelheid NH_{3 (g)}.

quote:

- In feite laat deze berekening (x2/2,0 = 5,6 * 10-10
x = (2,0 * 5,6 * 10-10) = 3,3 * 10-5) alleen zien dat x verwaarloosbaar klein is en met dit gegeven doe je niks voor het eindantwoord.

Deze berekening heb ik gedaan met de aanname dat x te verwaarlozen is. Als uit de berekening was gevolgd dat x een substantiële fractie was geweest van 2,0 M, dan had ik de berekening moeten herhalen met de abc-formule. En die fractie had ik dan ook verrekend met de 1,78 M NH₃.

quote:

Op zondag 16 januari 2011 23:44 schreef Warren het volgende:
lyolyrc, je bent een held voor het helder uitleggen van de materie

Ik heb nog een kort vraagje n.a.v. een vraag uit een Scheikunde 1,2 examen.

Om het even kort te houden: in de vraag komt deze zin voor:

"Bij het blok legering wordt het aluminium omgezet tot aluminiumhydroxide"

Nou moet je dus hiervan een halfreactie nemen. In het antw. model staat: Al + 3 OH- --> Al(OH)3 + 3e-. Maar deze komt in binas niet voor. In binas staat wel: Al + 4OH- --> Al(OH)4- + 3e-.

Hoe zit dit nu? Ik ben een beetje in de war... welke vergelijking klopt dan?

Beide reactievergelijkingen zijn op zich correct. Zie ook deze tabel in wikipedia bij -2.31 en -2.33 V. Maar aluminiumhydroxide is Al(OH)₃. Al(OH)₄^- is een andere stof die tetrahydroxyaluminaat heet.

Maar je moet voor een redoxreactie 2 halfreacties hebben. De eerste is gemakkelijk, namelijk de oxidatie van aluminium: Al _(s) -> Al³⁺ + 3 e^-

Omdat ik het gevoel had dat er nog wat nuttige en noodzakelijke extra informatie in het examen stond, heb ik het hele examen maar even opgezocht.

In het examen staat:

quote:

Bij het gaasje reageert zuurstof uit de lucht met water onder vorming van hydroxide-ionen.

Deze halfreactie staat ook in Binas: O_{2 (g)} + 2 H₂O _(l) + 4 e^- -> 4 OH^-

Dan hoef je alleen nog maar de elektronen in balans te brengen door 4x de halfreactie van aluminium op te tellen bij 3x de halfreactie van zuurstof en water.
Al _(s) -> Al³⁺ + 3 e^- |4x|
O_{2 (g)} + 2 H₂O _(l) + 4 e^- -> 4 OH^- |3x|
-------------------------------------------------------------------------------------- +
Je zou dan dit verwachten:
4 Al _(s) + 3 O_{2 (g)} + 6 H₂O _(l) -> 4 Al³⁺ + 12 OH^-

Maar als je even een stukje terug bladert in Binas, staat er een tabel met de oplosbaarheid in water van verschillende zouten (bij mij tabel 45a). Je vindt dan dat aluminiumhydroxide slecht oplosbaar is. Met andere woorden hydroxide en aluminum vormen een neerslag, dus de totaalreactie wordt:
4 Al _(s) + 3 O_{2 (g)} + 6 H₂O _(l) -> 4 Al(OH)_{3 (s)}