Reactiesnelheid en katalyse (Scheikunde vwo), les 2: Examentraining

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introduction

Examentraining reactiesnelheid en katalyse (vwo): s berekenen, verklaren met botsende deeltjes, een energiediagram lezen en de katalysator beoordelen, met 8 vragen in examenstijl, een stappenplan en tips.

Vuurwerk boven Washington D.C., 2008: zeer snelle reacties (publiek domein)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Examentraining

Reactiesnelheid en katalyse: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: Carol M. Highsmith / Wikimedia Commons, publiek domein

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Wat ga je kunnen?

Ik kan s berekenen uit een tabel of grafiek, snelheidsveranderingen verklaren met botsende deeltjes en de werking van een katalysator in een energiediagram toelichten.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: welke stof, welke factor of welk diagram wordt genoemd, en wat wordt gevraagd?

• 2. Reken: bij een berekening s = Δc / Δt, daarna de molverhouding voor een andere stof.

• 3. Verklaar: factor, wat dat met de deeltjes doet, wat dat met de effectieve botsingen doet.

• 4. Sluit af: noem de conclusie over s, met eenheid of richting.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Vraagtype 1: s berekenen

• CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O, gemeten c(HCl) in mol L⁻¹.

• t = 0 s: 1,20; 60 s: 0,84; 120 s: 0,60; 180 s: 0,44.

• s = Δc / Δt over het interval, met de grootte van Δc.

• Voor een andere stof deel je door de molverhouding: s(CaCl₂) = ½ · s(HCl).

• Rond af op het aantal significante cijfers van de gegevens.

Wat is s(HCl) tussen 60 en 180 s, in mol L⁻¹ s⁻¹?

A

3,3·10⁻³

B

2,2·10⁻³

C

3,7·10⁻³

D

6,7·10⁻³

Δc = 0,84 − 0,44 = 0,40; Δt = 120 s; s = 0,40 / 120 = 3,3·10⁻³. Fouten: Δt vanaf 0 s (0,40 / 180 = 2,2·10⁻³), de eindconcentratie gebruiken (0,44 / 120 = 3,7·10⁻³) of de molverhouding verkeerd toepassen (2 · 3,3·10⁻³ = 6,7·10⁻³). Syllabus R&A1.2.

Bereken s(CaCl₂) tussen 60 en 180 s in mol L⁻¹ s⁻¹.

s(HCl) = 0,40 / 120 = 3,33·10⁻³; molverhouding HCl : CaCl₂ = 2 : 1, dus s(CaCl₂) = 3,33·10⁻³ / 2 = 1,7·10⁻³ mol L⁻¹ s⁻¹. Kloppend: links 1 Ca, 1 C, 3 O, 2 H, 2 Cl; rechts 1 Ca, 2 Cl, 1 C, 2 O in CO₂ en 1 O in H₂O (3 O), 2 H. Verwachte fout: s(CaCl₂) = 2 · s(HCl) of niet delen. Syllabus R&A1.1 en R&A1.2.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Vraagtype 2: verklaren met botsende deeltjes

• Noem de factor die verandert.

• Zeg wat dat met de deeltjes doet: meer per liter, meer oppervlak of meer energie.

• Koppel aan botsingen: meer of een groter deel effectief.

• Sluit af: dus een grotere of kleinere s.

• Temperatuur en katalysator veranderen ook het aandeel effectieve botsingen.

CaCO₃ als poeder reageert sneller met zoutzuur dan als marmerbrok. Waarom?

A

Poeder heeft een lagere activeringsenergie

B

Poeder heeft een hogere concentratie CaCO₃

C

De H⁺-deeltjes bewegen sneller bij poeder

D

Meer oppervlak: meer botsingen met H⁺ per seconde

Verdelingsgraad: meer contactoppervlak, dus meer botsingen per seconde met H⁺. Eₐ en temperatuur zijn gelijk. Verwachte fout: de concentratie van een vaste stof erbij halen. Syllabus R3.1.

Waarom is s bij 45 °C groter dan bij 25 °C?

Bij 45 °C bewegen de deeltjes gemiddeld sneller en botsen ze vaker, en een groter deel van de botsingen heeft minstens de activeringsenergie. Er zijn dus meer effectieve botsingen per seconde. Verwachte fout: alleen vaker botsen noemen of de activeringsenergie lager noemen. Syllabus R3.1.

Energiediagram van dezelfde reactie zonder en met katalysator (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Vraagtype 3: energiediagram lezen

• Reactie A → B, energie per mol: beginstoffen 20 kJ, producten 5 kJ.

• Overgangstoestand: 85 kJ zonder katalysator, 55 kJ met katalysator.

• Eₐ is de energie van de overgangstoestand min die van de beginstoffen.

• De katalysator verandert alleen de hoogte van de overgangstoestand.

Image credit: Eigen figuur voor deze les

Met hoeveel kJ mol⁻¹ daalt Eₐ door de katalysator?

A

15 kJ mol⁻¹

B

30 kJ mol⁻¹

C

35 kJ mol⁻¹

D

65 kJ mol⁻¹

Eₐ zonder = 85 − 20 = 65; met = 55 − 20 = 35; daling 65 − 35 = 30 kJ mol⁻¹. Fouten: 35 (Eₐ met) en 65 (Eₐ zonder) als daling noemen; 15 is het verschil 20 − 5 tussen begin- en eindniveau. Syllabus R5.1.

Waarom is s met katalysator groter bij dezelfde T?

A

Meer botsingen halen 35 dan 65 kJ mol⁻¹

B

Elke botsing krijgt 30 kJ mol⁻¹ extra

C

De deeltjes botsen vaker met elkaar

D

De producten liggen 30 kJ mol⁻¹ lager

Eₐ zonder katalysator 85 − 20 = 65 kJ mol⁻¹, met katalysator 55 − 20 = 35 kJ mol⁻¹. Bij dezelfde temperatuur heeft een veel groter deel van de botsingen minstens 35 kJ mol⁻¹, dus meer effectieve botsingen per seconde. Verwachte fouten: denken dat de katalysator energie levert, dat de deeltjes vaker botsen of dat de producten lager komen te liggen. Syllabus R3.2 en R5.1.

Binnenwerk van een autokatalysator (foto: Oak Ridge National Laboratory, CC BY 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Vraagtype 4: de katalysator beoordelen

• Autokatalysator: 2 CO + 2 NO → 2 CO₂ + N₂.

• Het keramische binnenwerk heeft veel oppervlak voor het edelmetaal.

• Een katalysator beïnvloedt s en de insteltijd, nooit de ligging van een evenwicht.

• Beoordeel een uitspraak met Eₐ, overgangstoestand en botsingen.

Image credit: Oak Ridge National Laboratory / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Een zwavelzuurfabriek (2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃) gebruikt een katalysator. Wat levert die op?

A

Het evenwicht ligt verder aan de SO₃-kant

B

K wordt groter, dus er ontstaat meer SO₃

C

Het evenwicht stelt zich sneller in, K blijft gelijk

D

Alleen de heenreactie verloopt sneller

Heen- en terugreactie worden even veel versneld: kortere insteltijd, ligging en K gelijk. Verwachte fout: denken dat een katalysator het rendement in evenwicht verhoogt. Reactievergelijking klopt: links 2 S en 4 + 2 = 6 O, rechts 2 S en 6 O. Syllabus R4.3.

Waarom staat het edelmetaal niet in de vergelijking?

Het edelmetaal is de katalysator: het wordt niet verbruikt en is na afloop nog even veel aanwezig, dus het is netto geen beginstof en geen product. Je mag het boven de pijl zetten. Verwachte fout: het edelmetaal als beginstof meetellen of denken dat het opraakt. Syllabus R3.2.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

s berekenen

2

Verklaren met botsende deeltjes

3

Energiediagram lezen

4

De katalysator beoordelen

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · SNELHEID

Tips voor op het examen

• Reken met de grootte van Δc en zet de eenheid mol L⁻¹ s⁻¹ achter je antwoord.

• Staat er een tabel in minuten? Reken eerst om naar seconden.

• Schrijf bij een verklaring altijd de keten op: factor, deeltjes, effectieve botsingen, s.

• In een energiediagram verandert een katalysator alleen de hoogte van de overgangstoestand.