Les 4.2 Reactiesnelheid

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 4.2 Reactiesnelheid

Planning

• Nakijken 4 t/m 11 (vanaf blz 12)
• Les 4.2 Reactiesnelheid
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven 

nakijken: 4 t/m 11 (vanaf blz 12)

4

• a) Chemische energie wordt omgezet in beweging, warmte en licht.
  
• b) Lichtenergie wordt omgezet in chemische energie.
• c) Elektrische energie wordt omgezet in chemische energie.
• d) Chemische energie wordt omgezet in elektrische energie en vervolgens in licht en warmte.

5a

5a

5b

6

• a) Endotherm. Deze chemische reactie treedt op onder invloed van licht. In het donker treedt deze reactie niet op. Er is dus voortdurend energie nodig om de reactie op gang te houden.
• b) Endotherm. Dit is een faseovergang die optreedt wanneer water wordt verwarmd tot het kookpunt is bereikt. Als de warmtebron wordt uitgezet, stopt het koken. Er is dus voortdurend energie nodig om het proces op gang te houden.

6

• c) Exotherm. Bij de verbranding van aardgas komt energie vrij in de vorm van warmte en licht. Het vrijkomen van energie is kenmerkend voor een exotherme reactie.

7

• Exotherm proces: de temperatuur stijgt door het ontstaan van warmte tijdens het oplossen. 

8

• Als de huid koud gaat aanvoelen, komt dat omdat er warmte aan de huid wordt onttrokken. Deze warmte is nodig om de aceton te laten verdampen. Hierbij moeten de vanderwaalsbindingen tussen de acetonmoleculen worden verbroken en daar is energie in de vorm van warmte voor nodig. Bij endotherme processen is energie nodig, dus het verdampen van aceton is een endotherm proces.

9

• Bij dit natuurverschijnsel ontstaat energie in de vorm van licht. Het vrijkomen van energie is kenmerkend voor een exotherme reactie. Dus is bioluminescentie een exotherm proces.
  

10

• a) CH4(g) en O2(g)
  
• b) CO2(g) en H2O(l)
• c) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
• d) Exotherm: het energieniveau van de reactieproducten ligt lager dan het energieniveau van de beginstoffen. De hoeveelheid chemische energie is dus afgenomen.
• e) Er is energie vrijgekomen.

11a

11a

11

• b)  Elektrische energie wordt omgezet in chemische energie.
• c) De hoeveelheid energie die nodig is voor het verbreken van de atoombindingen in de moleculen van de beginstof water is groter dan de hoeveelheid energie die vrijkomt bij het vormen van de atoombindingen van de moleculen van de reactieproducten waterstof en zuurstof.
• d) 

11

• e) Van de 100% chemische energie die erin gaat, wordt 60% omgezet in elektrische energie en 40% in warmte. In totaal komt er dus 60 + 40 = 100% energie uit de brandstofcel. En dat is gelijk aan de 100% die erin gaat.
• f) Van de 100% chemische energie die erin gaat, wordt bij de brandstofcel veel meer energie omgezet in een nuttige energievorm (60%) dan bij de verbrandingsmotor (27%).

Leerdoelen 4.2 Reactiesnelheid

• Je kunt uitleggen wat de reactiesnelheid van een chemische reactie inhoudt.
  
• Je kunt met behulp van het botsende-deeltjesmodel uitleggen welke invloed de factoren temperatuur, concentratie en verdelingsgraad op de reactiesnelheid hebben.
  
• Je kunt uitleggen hoe een katalysator de reactiesnelheid beïnvloedt.

Reactiesnelheid

Reactiesnelheid: 

• geeft aan hoeveel van de beginstof per seconde per liter reactiemengsel verdwijnt 
• OF hoeveel reactieproduct per seconde per liter reactiemengsel ontstaat

Reactiesnelheidfactoren

Er zijn vier factoren die de snelheid van een reactie kunnen beïnvloeden. Een reactie verloopt sneller als:

• de temperatuur wordt verhoogd;
  
• de concentratie van de beginstoffen wordt verhoogd;
  
• de beginstoffen fijner worden verdeeld;
  
• er een geschikte katalysator wordt toegevoegd

Botsende-deeltjesmodel

• Botsende-deeltjesmodel: Deeltjes bewegen constant bij kamertemperatuur en botsen voortdurend.
• Effectieve botsing: Een botsing die leidt tot een chemische reactie.
• Moleculen moeten met voldoende snelheid en op de juiste plek botsen.
• Reactiesnelheid: Hoe meer effectieve botsingen per seconde, hoe sneller de reactie verloopt. 
• Geactiveerde toestand: Kortstondige fase waarin A, B en C tijdelijk verbonden zijn.

Botsende-deeltjesmodel

Niet effectieve botsing:

Verklaring reactiesnelheidfactoren

1. Temperatuur

• Beweging van moleculen: Moleculen bewegen voortdurend in een gas of vloeistof. Toevoer van energie(warmte) verhoogt de bewegingssnelheid en temperatuur.
• Hogere temperatuur → Meer effectieve botsingen → Snellere reactie.

Verklaring reactiesnelheidfactoren

2. Concentratie

• De concentratie van een stof in oplossing geeft aan hoeveel stof per liter oplosmiddel is opgelost.
• Hogere concentratie → Meer botsingen: Grotere kans op effectieve botsingen per seconde en dus hogere reactiesnelheid

Macro-niveau

Micro-niveau

Reactiesnelheidfactoren

3. Verdelingsgraad

• Verdelingsgraad: Hoe fijn de stof is verdeeld
• Contactoppervlak: Hoe hoger de verdelingsgraad, hoe groter het contactoppervlak tussen stoffen.
• Groter contactoppervlak → Meer botsingen per seconde → Meer effectieve botsingen → Snellere reactie.

Reactiesnelheidfactoren

4. Katalysator

• Katalysator: Versnelt een reactie zonder zelf verbruikt te worden. 
• Effect op activeringsenergie: Katalysator verlaagt de benodigde energie voor een effectieve botsing.
• Energiediagram: verschil in activeringsenergie met/zonder katalysator.
• Botsingen: Zachtere botsingen kunnen al effectief zijn, wat de reactiesnelheid verhoogt.
• Constante energieniveaus: Beginstoffen en reactieproducten behouden hun energieniveau → Reactiewarmte (ΔE) blijft gelijk.

Reactiesnelheidfactoren

4. Katalysator

• Toepassing in auto’s: Katalysatoren verminderen de uitstoot van stikstofoxiden.
• Voordelen voor industrie: Lagere reactietemperaturen → Goedkopere, milieuvriendelijkere en veiligere processen.

Maken: 4 t/m 10 (blz 22)

4

• a) 4 Fe(s) + 6 H₂O(l) + 3 O₂(g) → 4 FeO₃H₃(s)
• b) katalysator
  
• c) Door de ketting in te vetten of er een teflonspray over te spuiten. Hierdoor kunnen zuurstof en water niet in contact komen met het ijzer van de ketting. 

5

• De concentratie: schoonmaakazijn heeft een hogere concentratie azijnzuur dan tafelazijn. 
• Bij een hogere concentratie zijn er per liter azijn meer azijnzuurmoleculen aanwezig. 
• Dit geeft een grotere kans op een botsing met de kalkdeeltjes. 
• Hierdoor zijn er ook meer effectieve botsingen per seconde en zal de reactiesnelheid bij gebruik van schoonmaakazijn toenemen.

6

• a) Tijdens de verbranding van magnesium komt energie vrij in de vorm van fel wit licht. En het vrijkomen van energie is kenmerkend voor een exotherme reactie.
• b) 2 Mg(s) + O₂(g) → 2 MgO(s)
  
• c) Magnesiumpoeder is de fijnverdeelde vorm van het metaal magnesium. Magnesiumoxide is het verbrandingsproduct van magnesium.

6

• d) Magnesiumoxide is een verbinding tussen het metaal magnesium en het niet-metaal zuurstof. Het is daarmee een zout.
• e) Magnesiumpoeder heeft een hogere verdelingsgraad dan magnesiumlint. Een groter contactoppervlak leidt tot een grotere kans op een botsing tussen de magnesiumatomen en de zuurstofmoleculen. Dit zal resulteren in meer effectieve botsingen per seconde. 

6

• d) Magnesiumoxide is een verbinding tussen het metaal magnesium en het niet-metaal zuurstof. Het is daarmee een zout.
• e) Magnesiumpoeder heeft een hogere verdelingsgraad dan magnesiumlint. Een groter contactoppervlak leidt tot een grotere kans op een botsing tussen de magnesiumatomen en de zuurstofmoleculen. Dit zal resulteren in meer effectieve botsingen per seconde. 

7

7

7

8

• a) oppervlak van één vlak = l × b = 1,0 × 1,0 = 1,0 cm²
  
•  totaal oppervlak = 6 × 1,0 cm2 = 6,0 cm² 
• b) acht blokjes
  
• c) oppervlak van één vlak = l × b = 0,5 × 0,5 = 0,25 cm²
  
•  totaal oppervlak van één klein blokje = 6 × 0,25 cm2 = 1,5 cm²
•  totaal oppervlak van alle kleine blokjes = 8 × 1,5 = 12 cm²

8d

• a) 

9

• a) H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g)
• b) effectieve botsingen per s per mL = 2,0×10²⁰ : 100 x 3% =  6,0∙10¹⁸
• Bij elke effectieve botsing botst een molecuul H₂ met een molecuul Cl² waarbij twee HCl-moleculen worden gevormd.
  
• Dus bij 6,0⋅10¹⁸ effectieve botsingen tussen H₂-moleculen en Cl₂-moleculen ontstaan dus 2 × 6,0∙10¹⁸ = 1,2∙10¹⁹ moleculen HCl per seconde per milliliter

9

• c) Bij een lagere temperatuur gaan de waterstofmoleculen en de chloormoleculen langzamer bewegen. De moleculen zullen per seconde minder vaak en zachter tegen elkaar aan botsen. Als er minder en zachtere botsingen per seconde plaatsvinden, is de kans op effectieve botsingen ook kleiner. De reactie zal dan langzamer verlopen. 

10

• a) Op het tijdstip t = 0 minuten is de H₂O₂-concentratie 0,68 g/L. Een halvering van deze concentratie is 0,34 g/L. Op de x-as lees je dan de halveringstijd af: t = 650 minuten. 
• b) Een tweede halvering van de concentratie is bijvoorbeeld van 0,34 g/L naar 0,17 g/L. Het tijdstip bij 0,17 g/L is 1300 minuten. De tijd om de concentratie te halveren van 0,34 g/L naar 0,17 g/L is dus: 1300 − 650 = 650 minuten.

10c

10d

10

• e) De helling van de lijn wordt steeds minder steil.
  
• f) Na verloop van tijd wordt de concentratie H2O2 steeds lager, waardoor de reactiesnelheid ook steeds lager wordt. 
• g) De halfwaardetijd is nu 6,5 minuten, want na 6,5 minuten is de concentratie precies de helft van de beginconcentratie
• h) De reactie verloopt 100× sneller, want de halfwaardetijd is gedaald van 650 minuten naar 6,5 minuten. 
• i) Katalase versnelt de reactie en is dus een katalysator.