Scheikunde Hoofdstuk 4 Energie en chemie in beweging
4.1 Reacties en energie
Wet van behoud van energie
bij een proces kunnen energieomzettingen plaatsvinden, maar de totale energie is constant: de beginstoffen
hebben een andere energie-inhoud dan de reactieproducten
de verandering in chemische energie van stoffen is: ∆E = Ereactieproducten - Ebeginstoffen
∆E<0 de chemische energie van stoffen neemt af en komt er dus volgens deze wet energie vrij
∆E>0 er is energie nodig om de reactie te laten lopen en de chemische energie van de stoffen te laten
toenemen
bij een exotherme reactie komt warmte vrij en bij een endotherme wordt warmte opgenomen
standaardomstandigheden: de temperatuur voor en na de reactie is 298 K, ρ=ρ=ρ=ρ0 en de stoffen bij die
temperatuur en druk zijn in de meest stabiele fase
elementen hebben enthalpie 0
vormingswarmte/vormingsenthalpie ∆Hf0: de hoeveelheid warmte die vrijkomt of nodig is voor de vorming
van 1 mol stof uit de elementen, bij een reactie met negatieve vormingswarmte komt warmte vrij en bij een
positieve is warmte nodig
A+BC+D ∆H = Hproducten + Huitgangsstoffen = (Hstof C + Hstof D) - (Hstof A + Hstof B) je kunt dit niet
berekenen omdat de enthalpie van een stof niet bekend is, maar je kunt dan de wet van Hess gebruiken; de
totale reactiewarmte van een reactie is gelijk aan de som van de enthalpieveranderingen/reactiewarmten) van
de deelstappen in die reactie je neemt voor de deelstappen de vormingsreacties onder
standaardomstandigheden: ∆Hr0 = ∆Hf0producten - ∆Hf0beginstoffen
∆Hr0: reactiewarmte in J per mol
∆Hf0: vormingswarmte in J per mol
omdat de vormingswarmte een getal is met de eenheid Joule per mol moeten de coëfficiënten in de
reactievergelijking meegenomen worden
aA + bB cC + dD ∆Hr0 = (c · ∆Hf0stofC + d · ∆Hf0stofD) - (a · ∆Hf0stofA + b · ∆Hf0stofB)
verbrandingswarmte onder standaardomstandigheden = de reactiewarmte van verbrandingsreacties
4.2 Reactiewarmte en rendement meten
Met een calorimeter kun je de reactiewarmte bepalen aan de hand van een temperatuurverandering van de totale
inhoud binnen het geïsoleerde vat. Hiervoor heb je soortelijke warmte c nodig; de hoeveelheid Joule die nodig is
om 1kg van een stof 1K in temperatuur te laten stijgen. Met deze formule kun je de reactiewarmte van een reactie
die in water plaatsvindt bepalen: Q = cp · m · ∆T
Q: de opgenomen of afgestane warmte in Joule cp: soortelijke warmte van de gemeten vloeistof in J kg-1 K-1
m: de massa van de stof in kg ∆T: de temperatuursverandering van de gemeten vloeistof in K
Bij constante druk wordt nagenoeg alle chemische energie omgezet in warmte, dan kun je stellen dat ∆E = Q p. Deze
omzetting is van groot belang voor de energieproductie op aarde. Als je warmte uit een chemisch proces nodig
hebt, wil je dat alle chemische energie wordt omgezet in bruikbare warmte.
rendement = nuttig gebruikte energie : toegevoegde energie x 100%
Bij een benzinemotor gebruik je ∆E = Q + W. Bij de verbranding van benzine komt ∆E aan chemische energie vrij.
4.3 Reactiesnelheid
De gemiddelde reactiesnelheid s van een chemische reactie is de verandering in concentratie van een stof A in
[ A ] eind−[ A ] begin ∆[ A]
mol per liter in een bepaalde tijdsperiode: s = = mol L-1 s-1
t eind−t begin ∆t
Vaak worden de beginstoffen in verschillende snelheden afgebroken, afhankelijk van hun coëfficiënt in de reactie.
Ook producten kunnen met verschillende snelheid worden gevormd afhankelijk van hún coëfficiënten.
Een reactie kan maar 1 positieve reactiesnelheid hebben en het mag niet uitmaken met welke stof uit de reactie
deze bepaald wordt.
de berekende snelheid wordt gedeeld door de coëfficiënt N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
Met deze afspraken kan de snelheid van de hiervoor gegeven reactie met alle drie de stoffen in deze reactie op de
1 ∆[ N 2] 1 ∆[ H 2] 1 ∆[ NH 3 ]
volgende manier bepaald worden: s = - x = - x = x
1 ∆t 3 ∆t 2 ∆t
Je kunt de snelheid ook grafisch bepalen met een concentratiecurve. Dit is een diagram waarin de concentratie op
de y-as wordt uitgezet tegen de tijd op de x-as. Bij het beantwoorden van opgaven is een b∆e-tabel handig. Let er
bij berekeningen op dat het om concentratieveranderingen gaat, dus dat het volume van het reactievat belangrijk
is om de concentratieveranderingen te berekenen.
4.1 Reacties en energie
Wet van behoud van energie
bij een proces kunnen energieomzettingen plaatsvinden, maar de totale energie is constant: de beginstoffen
hebben een andere energie-inhoud dan de reactieproducten
de verandering in chemische energie van stoffen is: ∆E = Ereactieproducten - Ebeginstoffen
∆E<0 de chemische energie van stoffen neemt af en komt er dus volgens deze wet energie vrij
∆E>0 er is energie nodig om de reactie te laten lopen en de chemische energie van de stoffen te laten
toenemen
bij een exotherme reactie komt warmte vrij en bij een endotherme wordt warmte opgenomen
standaardomstandigheden: de temperatuur voor en na de reactie is 298 K, ρ=ρ=ρ=ρ0 en de stoffen bij die
temperatuur en druk zijn in de meest stabiele fase
elementen hebben enthalpie 0
vormingswarmte/vormingsenthalpie ∆Hf0: de hoeveelheid warmte die vrijkomt of nodig is voor de vorming
van 1 mol stof uit de elementen, bij een reactie met negatieve vormingswarmte komt warmte vrij en bij een
positieve is warmte nodig
A+BC+D ∆H = Hproducten + Huitgangsstoffen = (Hstof C + Hstof D) - (Hstof A + Hstof B) je kunt dit niet
berekenen omdat de enthalpie van een stof niet bekend is, maar je kunt dan de wet van Hess gebruiken; de
totale reactiewarmte van een reactie is gelijk aan de som van de enthalpieveranderingen/reactiewarmten) van
de deelstappen in die reactie je neemt voor de deelstappen de vormingsreacties onder
standaardomstandigheden: ∆Hr0 = ∆Hf0producten - ∆Hf0beginstoffen
∆Hr0: reactiewarmte in J per mol
∆Hf0: vormingswarmte in J per mol
omdat de vormingswarmte een getal is met de eenheid Joule per mol moeten de coëfficiënten in de
reactievergelijking meegenomen worden
aA + bB cC + dD ∆Hr0 = (c · ∆Hf0stofC + d · ∆Hf0stofD) - (a · ∆Hf0stofA + b · ∆Hf0stofB)
verbrandingswarmte onder standaardomstandigheden = de reactiewarmte van verbrandingsreacties
4.2 Reactiewarmte en rendement meten
Met een calorimeter kun je de reactiewarmte bepalen aan de hand van een temperatuurverandering van de totale
inhoud binnen het geïsoleerde vat. Hiervoor heb je soortelijke warmte c nodig; de hoeveelheid Joule die nodig is
om 1kg van een stof 1K in temperatuur te laten stijgen. Met deze formule kun je de reactiewarmte van een reactie
die in water plaatsvindt bepalen: Q = cp · m · ∆T
Q: de opgenomen of afgestane warmte in Joule cp: soortelijke warmte van de gemeten vloeistof in J kg-1 K-1
m: de massa van de stof in kg ∆T: de temperatuursverandering van de gemeten vloeistof in K
Bij constante druk wordt nagenoeg alle chemische energie omgezet in warmte, dan kun je stellen dat ∆E = Q p. Deze
omzetting is van groot belang voor de energieproductie op aarde. Als je warmte uit een chemisch proces nodig
hebt, wil je dat alle chemische energie wordt omgezet in bruikbare warmte.
rendement = nuttig gebruikte energie : toegevoegde energie x 100%
Bij een benzinemotor gebruik je ∆E = Q + W. Bij de verbranding van benzine komt ∆E aan chemische energie vrij.
4.3 Reactiesnelheid
De gemiddelde reactiesnelheid s van een chemische reactie is de verandering in concentratie van een stof A in
[ A ] eind−[ A ] begin ∆[ A]
mol per liter in een bepaalde tijdsperiode: s = = mol L-1 s-1
t eind−t begin ∆t
Vaak worden de beginstoffen in verschillende snelheden afgebroken, afhankelijk van hun coëfficiënt in de reactie.
Ook producten kunnen met verschillende snelheid worden gevormd afhankelijk van hún coëfficiënten.
Een reactie kan maar 1 positieve reactiesnelheid hebben en het mag niet uitmaken met welke stof uit de reactie
deze bepaald wordt.
de berekende snelheid wordt gedeeld door de coëfficiënt N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
Met deze afspraken kan de snelheid van de hiervoor gegeven reactie met alle drie de stoffen in deze reactie op de
1 ∆[ N 2] 1 ∆[ H 2] 1 ∆[ NH 3 ]
volgende manier bepaald worden: s = - x = - x = x
1 ∆t 3 ∆t 2 ∆t
Je kunt de snelheid ook grafisch bepalen met een concentratiecurve. Dit is een diagram waarin de concentratie op
de y-as wordt uitgezet tegen de tijd op de x-as. Bij het beantwoorden van opgaven is een b∆e-tabel handig. Let er
bij berekeningen op dat het om concentratieveranderingen gaat, dus dat het volume van het reactievat belangrijk
is om de concentratieveranderingen te berekenen.
