Bestemmelse af ligevægtskonstant ved hjælp af absorbans | Kemi B

Side 1

HTX 2. år
Lærer: Enzo

H a n s e n b e r g H T X K o l d i n g

Kemisk ligevægt

Onsdag den 4. Marts 2015

Side 2

2.G KomEng 19/05/15

Side 2 ud af 14

Ligevægtsloven

Ligevægtsloven .................................................................................................................... 2 Teori ................................................................................................................................................. 3 Kemisk ligevægt ...................................................................................................................................... 3 Dynamisk ligevægt ................................................................................................................................ 3 Ændring af ligevægt .............................................................................................................................. 3 Formål .............................................................................................................................................. 4 Materialeliste ................................................................................................................................ 4 Fremgangsmåde ........................................................................................................................... 4 Sikkerhed ....................................................................................................................................... 6 Resultater ....................................................................................................................................... 6 Temperatur i reagensglas ................................................................................................................... 7

Tabel af absorbans ved koncentrationer af FeSCN^{2+}............................................................... 7

Tal jeg bruger i min udregning ............................................................................................... 9 Reagensglastal ......................................................................................................................................... 9 Absorbanstal ............................................................................................................................................ 9 Beregninger .................................................................................................................................10 Forsøg 1 ................................................................................................................................................... 10 Forsøg 2: ................................................................................................................................................. 11 Forsøg 3: ................................................................................................................................................. 12 Forsøg 4: ................................................................................................................................................. 13 Forsøg 5 med is .................................................................................................................................... 13 Diskussion ....................................................................................................................................14 Endoterm eller exoterm ................................................................................................................... 14 Fejlkilder ......................................................................................................................................14 Konklusioner ...............................................................................................................................14

Side 3

2.G KomEng 19/05/15

Side 3 ud af 14

Teori

Kemisk ligevægt

En kemisk ligevægt er en reaktion som er gået i stå, så at sige. Hvis man eksempelvis tager forsøget hvor man i et glas med saltsyre ligger et lille stykke magnesium i, opløses metallet (magnesiummet) af syren. Under reaktionen udvikles der også gassen dihydrogen, som ikke er opløselig i vand. Når vores magnesium er opløst, går reaktionen ”i stå”.

Vores reaktion i dette tilfælde kommer derfor til at se sådan her ud:

𝑀𝑔 ( 𝑠) + 2𝐻𝐶𝐿 ( 𝑎𝑞) → 𝑀𝑔𝐶𝑙_{2} ( 𝑎𝑞) + 𝐻_{2} ( 𝑔)

Man kan se at vores magnesium og saltsyren bliver til magnesium klorid og gassen dihydrogen.

Reaktionen forløber kun én vej, fra venstre til højre. Men mange andre kemiske reaktioner når at gå i stå, inden de har opbrugt reaktanterne.

Dynamisk ligevægt

I en sodavand er der carbondioxid opløst i vandet. Den opløste gas er med til at give smagen en mere frisk smag, og det får drikken til at boble, når man åbner flasken. For at kunne opløses mest gas i drikken, er drikken kold når det gøres.

Reaktionen for dette er 𝐶𝑂_{2} ( 𝑔𝑎𝑠) → 𝐶𝑂_{2} (𝑎𝑞). Det lille luftlag som er mellem

kapslen og væsken i en uåbnet sodavand indeholder carbondioxid med et svagt

overtryk. Samtidig med at 𝐶𝑂_{2} -molekyler bliver opløst i sodavanden, vil der
være 𝐶𝑂_{2} -molekyler som forlader væsken. Der bliver dannet 𝐶𝑂_{2} -gas på grund
af den modsatte reaktion. Nu er reaktionen altså 𝐶𝑂_{2} ( 𝑎𝑞) → 𝐶𝑂_{2} (𝑔). Ved
konstant temperatur vil der på et tidspunkt være lige så mange 𝐶𝑂_{2} -molekyler

der pr. Sekund opløses væsken, som der stiger op i gasfasen. Når det sker, opstår

der en balance mellem antallet af 𝐶𝑂_{2} -molekyler der skifter fase; det har altså
indstillet en dynamisk ligevægt imellem 𝐶𝑂_{2} i gasfase og 𝐶𝑂_{2} opløst i vandet.

Ændring af ligevægt

Det er muligt at opnå en større koncentration af produktet end ved ligevægt. .

Mere reagens giver mere produkt. Det kan formlen: 𝐾_{𝑐}_{[}_{𝐴}^{[}^{𝐶}_{]}_{(𝑎)^}^{]^{𝑐}}^{[}^{𝐷}_{[}^{]^{𝑑}}_{𝐵}_{]^{𝑏}},bevise det.

Side 4

2.G KomEng 19/05/15

Side 4 ud af 14

Sænkes temperaturen, giver det mere produkt, mens hæves den, giver det mindre produkt.

Overvejelser

Jeg har sammenfattet overvejelserne i en tabel:

Tabel 3-1 forskydning af ligevægt – reaktionsbrøk og ligevægtskonstant

Reaktionsbrøk Y | Ligevægt? | Ændring af Y | Forskydning af

ligevægt→

Y < K | Ikke ligevægt | Y vokser indtil | Mod højre

ligevægt er nået

Y = K Kemisk ligevægt

Y > K | Ikke ligevægt | Y aftager, indtil | Mod venstre ←

ligevægt er nået

Formål

Formålet med vores forsøg er at bestemme ligevægtskonstanten for følgende

reaktion: 𝐹𝑒^{3} ( 𝑎𝑞) + 𝑆𝐶𝑁^{−} ( 𝑎𝑞) ⇋ 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+} (𝑎𝑞)

Vi vil altså gerne måle K i vores beregninger.

c

Materialeliste

Spektrofotometer 0,0020 M KSCN

Engangspipetter 0,0020 M Fe(NO)

3 3

Kuvette 0,200 M Fe(NO)

3 3

• Reagensglas i stativ • 5 mL målepipette

• 100 mL bægerglas – 3 stk

• Termometer • Is

• 5 eller 10 ml måleglas

Fremgangsmåde

Fra stamflaskerne hældes i 3 bægerglas 25-30 mL af flg. opløsninger: bægerglas 1 0,0020 M KSCN bægerglas 2 0,0020 M Fe(NO)

3 3 bægerglas 3 demineraliseret vand

I 4 forskellige reagensglas fremstilles de 4 forskellige ligevægtsblandinger efter følgende skema:

Reagensglasnr: Fe(NO) KSCN H O (ml)

3 3 2

(mL) (ml)

1 5,0 2,0 3,0

2 5,0 3,0 2,0

Side 5

2.G KomEng 19/05/15

Side 5 ud af 14

3 5,0 4,0 1,0

4 5,0 5,0 0,0

Sørg for grunding omrøring af alle opløsningerne – brug reagensglasmixeren

Mål temperaturen i en af opløsningerne.

I et 5. reagensglas fremstilles standardopløsningen ved at blande 18,0 mL 0,200

M Fe(NO) med 2,0 mL 0,0020 M KSCN. Oprør grundigt.

3 3

Spektrofotometret skal kalibreres. En ren kuvette fyldes med demineraliseret vand, som placeres i – uden at sætte fedtfingre på! (dette vil også give en absorption).

Tryk nu på CAL. Når processen er færdig er apparatet kalibreret – dette betyder, at absorbansen for opløsningsmidlet vand sættes til 0, altså, at man kun måler absorbansen af jern-thiocyanat.

En kuvette fyldes herefter ¾ op med ligevægtsblandingen fra det første reagensglas.

Start eksperimentet – og når absorbansen er stabil, aflæs, og noter det.

Indsæt derefter på skift kuvetter med de 3 øvrige ligevægtsblandinger i colorimetret, og noter værdierne

Derefter måles absorbansen af standardopløsningen ved at fremstille 5 prøver i

5 cuvetter:

Standardopløsning | Demineraliseret vand
5 ml | 0 ml
4 ml | 1 ml
3 ml | 2 ml
2 ml | 1 ml
1 ml | 4 ml

Til slut måles absorbansen af en prøve, som fremstilles ved at tage 5ml standardopløsning, som er blevet afkølet i is.

Side 6

2.G KomEng 19/05/15

Side 6 ud af 14

Sikkerhed

Kaliumthiocyanat

(Kaliumthiocyanat)

Jern

(Jern)

Side 7

2.G KomEng 19/05/15

Side 7 ud af 14

Resultater

Temperatur i reagensglas

Reagensglasnummer Temperatur

2 23,3 C

Reagens nr. Abs

1 | 0,251 Abs
2 | 0,248 Abs
3 | 0, 258 Abs
4 | 0,276 Abs

Stamopløsning: blande 18,0 mL 0,200 M Fe(NO3)3 med 2,0 mL 0,0020 M

KSCN. Oprør grundigt.

Absobans af is kold standard opløsning= 0,333 Abs
Vands absobans= 0,055 Abs

Tabel af absorbans ved koncentrationer af FeSCN^{2+}

For at kunne lave min tabel, bruger jeg min tabel:

Reagens nr. Abs

1 | 0,251 Abs
2 | 0,248 Abs
3 | 0, 258 Abs
4 | 0,276 Abs

Men får at kunne bruge min tabel til noget, skal jeg omregne mine ml.

På min graf skal jeg have 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+} hen af min x-akse, og ml op af y-aksen.

Min reaktion hedder 𝐹𝑒^{3}^{+} + 𝑆𝐶𝑁^{−} ⇌ 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}
Ved at se på min rektion kan jeg se at min 𝐹𝑒^{2}^{+} ≫ [𝑆𝐶𝑁^{−}]. Fe er altså meget

større end SCN; for at være helt nøjagtig, 165 gange større. Dette ses ved

165 = 𝐾  =          .
       𝑐      +
             3
           [𝐹𝑒

[𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}]
]·[𝑆𝐶𝑁^{−}]

Ud fra min forsøgsvejledning kan jeg se at jeg har tilsat 18ml 0,2M.

[𝐹𝑒^{2}^{+}] [𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}]

[𝑆𝐶𝑁^{−}]
18ml 2ml=0,002L
𝑐 =

𝑛 𝑣 𝑐

=

0,000004𝑚𝑜𝑙

0,02𝐿

Side 8

2.G KomEng 19/05/15

Side 8 ud af 14

𝑐 = 0,001

𝑚𝑜𝑙

𝐿

0,2M 0,002M

𝑐 =

𝑛 𝑣

𝑛 = 𝑐 ∗ 𝑣
𝑛 = 0,002 ∗ 0,002𝐿

𝑚𝑙 𝑙

𝑛 = 0,0002 𝑚𝑜𝑙

Nu kan jeg regne ud hvad jeg skal have op af min y-akse.

𝑚𝑙 𝐻_{2} 𝑂 𝐴
[𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}]

0 5 0 0

1 | 4 | 0,264 | 0,00004
2 | 3 | 0,365 | 0,00008
3 | 2 | 0,454 | 0,00012
4 | 1 | 0,529 | 0,00016

5 0 0 0

Herefter laver jeg en graf ud fra mine tal.

Min tendenslinje kommer derfor til at hedde 𝑦 = 3120𝑥 + 0,0728

I mine fire forskellige reagensglas er der:

y = 3120x + 0,0728

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002

Serie1

Lineær (Serie1)

Side 9

2.G KomEng 19/05/15

Side 9 ud af 14

Reagensglasnr: Fe(NO) (mL) KSCN (ml) H O

3 3 2

(ml)

1 | 5,0 | 2,0 | 3,0
2 | 5,0 | 3,0 | 2,0
3 | 5,0 | 4,0 | 1,0
4 | 5,0 | 5,0 | 0,0

Tal jeg bruger i min udregning

De tal som jeg har målt i lab er nedenstående:

Reagensglastal

Reagensglasnr: Fe(NO) (mL) KSCN (ml) H O

3 3 2

(ml)

1 | 5,0 | 2,0 | 3,0
2 | 5,0 | 3,0 | 2,0
3 | 5,0 | 4,0 | 1,0
4 | 5,0 | 5,0 | 0,0

I denne tabel er det kun KSCN rækken jeg bruger.

Absorbanstal

Reagens nr. Abs

1 | 0,251 Abs
2 | 0,248 Abs
3 | 0, 258 Abs
4 | 0,276 Abs

Side 10

2.G KomEng 19/05/15

Side 10 ud af 14

Beregninger

Forsøg 1

For at udregne koncentrationen af reagenserne og produktet i de fire prøver, starter jeg med den første.

Jeg skal finde 𝐾_{𝑐} i prøverne.

Først og fremmest finder jeg [𝑆𝐶𝑁^{−}], altså min koncentration af 𝑆𝐶𝑁^{−}.
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 𝑐 · 𝑣
𝑛 = 0,002 · 0,002𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝑛 = 0,000004 𝑚𝑜𝑙

Da min opløsning er 10 ml, skal jeg have min koncentration tilpasset til det.

Derfor:

𝑐 =

𝑛 𝑣

𝑐 =

0,000004 𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝑐 = 0,004𝑀
Herefter beregner jeg 𝐶_{𝐹𝐶} 3.
𝐶_{𝐹𝐶} 3 = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝐶_{𝐹𝐶} 3 = 0,00001 𝑚𝑜𝑙

Da min opløsning stadig er i 10 ml vand:

𝐶_{𝐹𝐶} 3 =

0,00001 𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝐶_{𝐹𝐶} 3 = 0,001𝑀

Herefter beregner jeg 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}

Jeg bruger min tendenslinje som er den som fortæller mig noget om den generelle opløsning.

Min tendenslinje er 𝑦 = 3120𝑥 + 0,0728. Det fandt jeg ud af i samme afsnit, som

jeg fandt ud af med min graf.

Y er min absorbans

Jeg skal finde min x værdi. Dette gøres ved at isolere x i min ligning.

𝑦 = 3120𝑥 + 0,0728

𝐵𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛𝑒𝑡 𝑣𝑒𝑑 ℎ𝑗æ𝑙𝑝 𝑎𝑓 𝑔𝑒𝑜𝑔𝑒𝑏𝑟𝑎

𝐿ø𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 [ 0.251 = 3120𝑥 + 0.0728,𝑥]
𝑥 = 0.00005711538461538
Herefter indsættes den i min 𝐾_{𝑐} formel.
𝐾_{𝑐} =

0.00005711538461538𝑀

0,001𝑀 · 0,0004 𝑀
𝐾_{𝑐} = 142,788461519

Side 11

2.G KomEng 19/05/15

Side 11 ud af 14

Forsøg 2:

Udregninger fra den forrige opgave gentages bare i min næste udregning, dog vil jeg bruge et andet absorbanstal, samt bruge et andet antal ml af KSCN.

[ 𝑆𝐶𝑁^{−}]:
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 𝑐 · 𝑣
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,002 · 0,003𝐿

𝑚𝑜𝑙 𝑙

𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,000006 𝑚𝑜𝑙
𝐶_{𝐹𝐶} 3:

𝐶 = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝐶 =

0,00001𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝐶 = 0,001𝑀
𝐵𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}
0,248 = 3120𝑥 + 0,0728
Løst med geogebra: Løsninger[0.248=3120x+0.0728,x]
𝑥 = 0.00005615384615385

𝐾_{𝑐} =

0,00005615384615385

0,01𝑀 · 0,0004𝑀
𝐾_{𝑐} = 140,384615419

Side 12

2.G KomEng 19/05/15

Side 12 ud af 14

Forsøg 3:

[ 𝑆𝐶𝑁^{−}]:
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 𝑐 · 𝑣
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,002 · 0,004𝐿

𝑚𝑜𝑙 𝑙

𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,5 𝑚𝑜𝑙
𝐶_{𝐹𝐶} 3:

𝐶 = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝐶 =

0,00001𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝐶 = 0,001𝑀
𝐵𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}
0,258 = 3120𝑥 + 0,0728
Løst med geogebra: Løsninger[0.258=3120x+0.0728,x]
𝑥 = 0.00005935897435897

𝐾_{𝑐} =

0,00005935897435897

0,01𝑀 · 0,0004𝑀
𝐾_{𝑐} = 148,397435919

Side 13

2.G KomEng 19/05/15

Side 13 ud af 14

Forsøg 4:

[ 𝑆𝐶𝑁^{−}]:
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 𝑐 · 𝑣
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙 𝑙

𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,00001 𝑚𝑜𝑙
𝐶_{𝐹𝐶} 3:

𝐶 = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝐶 =

0,00001𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝐶 = 0,001𝑀
𝐵𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}
0,276 = 3120𝑥 + 0,0728
Løst med geogebra: Løsninger[0.276=3120x+0.0728,x]
𝑥 = 0.00006512820512821

𝐾_{𝑐} =

0.00006512820512821

0,01𝑀 · 0,0004𝑀
𝐾_{𝑐} = 162,820512819

Forsøg 5 med is

Absobans af is kold standard opløsning= 0,333 Abs

Jeg går ud fra at der er blevet tilføjet 5ml vand.

[ 𝑆𝐶𝑁^{−}]:
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 𝑐 · 𝑣
𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙 𝑙

𝑛_{𝑆𝐶𝑁} = 0,00001 𝑚𝑜𝑙
𝐶_{𝐹𝐶} 3:

𝐶 = 0,002 · 0,005𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝐶 =

0,00001𝑚𝑜𝑙

0,01𝐿

𝐶 = 0,001𝑀
𝐵𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁^{2}^{+}
0,333 = 3120𝑥 + 0,0728
Løst med geogebra: Beregn[0.333=3120x+0.0728,x]
𝑥 = 0.00008339743589744

𝐾_{𝑐} =

0.00008339743589744

0,01𝑀 · 0,0004𝑀
𝐾_{𝑐} = 208,49358974

Side 14

2.G KomEng 19/05/15

Side 14 ud af 14

Diskussion

Forsøgsnummer 𝐾_{𝑐}
Forsøgsnummer 1 𝐾_{𝑐} = 142,788461519
Forsøgsnummer 2 𝐾_{𝑐} = 140,384615419
Forsøgsnummer 3 𝐾_{𝑐} = 148,397435919
Forsøgsnummer 4 𝐾_{𝑐} = 162,820512819
Forsøgsnummer 5 (IS) 𝐾_{𝑐} = 208,49358974

Værdien af K ændre sig, men der er ikke tale om meget.

c

For at være helt præcis, så ændre K værdien sig:

162,820512819 − 142,788461519

142,788461519

· 100 = 14,02918071%

Den ændre sig altså 14,02%, så der må ligge en fejl et eller andet sted, som har noget med min fejlkilde at køre.

Når K bliver isafkølet sket der noget helt vildt, her stiger den fra 162,82 til

208,49. Der kommer altså en stigning på

208,49358974 − 142,788461519

142,788461519

· 100 = 46,0157127%

Det er altså en stigning på 2,79% procent, i forhold til den første beregning.

Konstanten bliver større ved afkøling på grund exoterm.

Endoterm eller exoterm

Forskellen på endoterm og exoterm er at en endoterm er en reaktion hvor varme og energi optages, og K c falder, og modsat er exoterm en reaktion hvor den udvikler varme, og derved stiger K.

C

Vi har altså at gøre med en exoterm da vores K stiger med hele 14,02%.

c

Fejlkilder

Der er rigtig mange kommatal i vores udregninger, og mange af gange er der op til seks nul-taller efter kommaet. Her tror jeg en del af mine fejl ligger, da jeg måske ikke har været præcis nok, i forhold til mine udregninger.

Konklusioner

Jeg har bevist at vores teori er rigtig, da ved at tilsætte mere produkt, så stiger vores K også.

c

Finder man en tabelværdi, vil man også kunne se at mine tal ligger meget tæt op af K for opløsningen vi har lavet.

c