Les 4.2 Reactiesnelheid

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 4.2 Reactiesnelheid

Planning

• Nakijken 3 t/m 7 (blz 12)
• Les 4.2 Reactiesnelheid
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven 

Maken: 3 t/m 7 (blz 12)

3

• a) Omzetting van chemische energie in bewegingsenergie (en warmte).
  
• b) Omzetting van elektrische energie in chemische energie (en warmte).
• c) Omzetting van chemische energie in warmte (en licht).
• d) Omzetting van chemische energie in elektrische energie en vervolgens in licht en warmte.

4

• a) exotherm
  
• b) endotherm
• c) endotherm
• d) exotherm

5

• a) Nee, het aansteken levert de activeringsenergie om de exotherme verbrandingsreactie op gang te brengen.
• b) 

5

• c) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
• d) ΔE = Eproducten − Ebeginstoffen. Invullen geeft: ΔE = −9,655·105 − (−0,75·105) = −8,905·105 J/mol
• e) Aangezien er geen energie nodig is om de reactie te starten, hebben de moleculen van de beginstoffen (gemiddeld) voldoende energie om de geactiveerde toestand te bereiken. De energie die gebruikt wordt om de activeringsenergie te overwinnen, is warmte/thermische energie (of op microniveau: bewegingsenergie).

6

• a) In aanwezigheid van zuurstof zal het grafiet bij deze hoge temperatuur meteen verbranden tot koolstofdioxide.
• b) Voor de reactie is een erg hoge activeringsenergie nodig. Die wordt bij kamertemperatuur niet bereikt. De omzetting van grafiet naar diamant zal dus niet plaatsvinden.

7

• a) Chemische energie wordt omgezet in elektrische energie.
  
• b) Elektrische energie wordt omgezet in bewegingsenergie (en vervolgens in zwaarte-energie).
• c) de elektromotor
• d) 2 CH4O(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 4 H2O(g)
• 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.

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: 3 t/m 7b (blz 21)

3

• a) De verdelingsgraad (het contactoppervlak) van een houtblok is lager dan die van houtsnippers. De kans dat de zuurstofmoleculen met de houtmoleculen botsen in het houtblok is daardoor kleiner. Hierdoor verloopt de verbrandingsreactie langzamer.

3

• b) Gassen vormen altijd een homogeen mengsel. Alle gasmoleculen kunnen botsen en dus reageren. Bij vaste stoffen is altijd sprake van een heterogeen mengsel. Alleen de moleculen aan het oppervlak van een korreltje kunnen reageren. De kans dat in een gasmengsel een botsing optreedt tussen verschillende moleculen is daardoor een stuk groter, waardoor de reactiesnelheid van stoffen in de gasfase over het algemeen hoger is.
• c) De moleculen van stoffen die in een oplossing aanwezig zijn, kunnen vrij door de oplossing bewegen op relatief korte afstand. Daardoor is de kans op effectieve botsingen per seconde relatief groot.

4

• a) 

4

• a) 

4

• a) 
• b) 

5

• a) Experiment 2, want de concentratie azijnzuuroplossing is hoger.
  
• b) Experiment 3, want de verdelingsgraad van het magnesium is hoger.
• c) Experiment 4, want de verdelingsgraad van het magnesium én de concentratie azijnzuuroplossing zijn beide hoger.
• d) Experiment 5, want de temperatuur is hoger.
• e ) Experiment 6, want de concentratie azijnzuuroplossing is hoger.
• f) Experiment 7, want de verdelingsgraad van het magnesium is hoger.

6a

6a

6b

7

• a) Als de druk in een reactievat door samenpersen stijgt, stijgt ook de concentratie van de gassen in het vat. Op microniveau betekent dit dat bij een hogere concentratie de botsingskans tussen de moleculen groter is, omdat ze dichter bij elkaar zitten. Daardoor is de kans op effectieve botsingen per seconde ook groter en neemt de reactiesnelheid toe.
• b) Nee, dit is niet mogelijk omdat gassen al bestaan uit losse vrij bewegende moleculen. Dat is de grootst mogelijke ‘verdelingsgraad’ van stoffen.