NOORD KAAP DEPARTEMENT VAN ONDERWYS WERK/Graad 12...Grafiek 1 verteenwoordig ‘n laer konsentrasie, dus minder partikels per volume. (c = V n) Grafiek 2 verteenwoordig ‘n hoër

1

Kopiereg voorbehou

FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 12 CHEMIE

KONSOLIDASIE TEMPO VAN CHEMIESE REAKSIES

SAAMGESTEL DEUR:

G. IZQUIERDO RODRIGUEZ

2020

NOORD KAAP DEPARTEMENT VAN ONDERWYS

2

Kopiereg voorbehou

OPSOMMING 1. Definisie

Reaksietempo is die verandering in die konsentrasie van die reaktante OF produkte per tydseenheid.

Reaksietempo =

t

c

waar [c] die reaktante- of produktekonsentrasie voorstel.

Reaksietempo mag ook beskryf word as die hoeveelheid produk wat per tydseenheid

geproduseer word OF die hoeveelheid reaktante wat per tydseenheid gebruik word.

Die hoeveelhede reaktante of produkte kan as massa, volume of aantal mol

uitgedruk word.

Die eenheid van reaksietempo is mol∙dm-3∙s-1 .

2. Interpretasie van reaksietempografieke

Konsentrasie teen tyd grafiek

In die grafiek van konsentrasie teen tyd word die reaksietempo voorgestel deur die helling/ gradiënt van die grafiek. (Konsentrasie mag ook deur massa, volume of aantal mol vervang word).

Aan die begin is die konsentrasie van die reaktante hoog en gevolglik is die tempo van die voorwaartse reaksie hoog. Dit word deur die styl helling (by A) aangedui.

Soos wat die reaktante met verloop van die reaksie opgebruik word, neem die konsentrasie daarvan af en so ook die tempo van die voorwaartse reaksie. Die helling neem dus ook af. Vergelyk helling A en B op die grafiek met mekaar.

3

Kopiereg voorbehou

By voltooiing van die reaksie, by E word die helling nul (geen helling nie, die grafiek loop parallel aan die) aan die tyd-as. Die reaksietempo is nul. Dit beteken die reaksie is voltooid OF een van die reaktante is opgebruik OF een van die reaktante is die beperkende faktor.

Aan die begin is die konsentrasie van die produk nul. Soos wat die reaksie verloop, so neem die konsentrasie van die produk toe. Vinnig

aan die begin soos aangedui deur die styl helling by C. Die tempo waarteen die produk gevorm word neem af soos aangedui in die afname

in die helling (minder styl helling). Vergelyk hellings C en D. By F word geen produkte meer gevorm nie. Die reaksietempo is nul. Die reaksie het

tot voltooiing verloop as gevolg van die beperkende faktor (in die reaktante). Links van X (tyd t = 10 s) is die konsentrasie van die reaktante hoër as die

konsentrasie van die produkte, dus word die voorwaartse reaksie bevoordeel. Regs van X (tyd t = 10 s) is die konsentrasie van die produkte hoër as die

konsentrasie van die reaktante, dus word die terugwaatse reaksie bevoordeel. By X (t = 10 s) is die reaksie tempo van die voorwaartse reaksie gelyk aan die tempo van die terugwaartse reaksie.

3 Faktore wat die reaksietempo beïnvloed

4. Botsingsteorie Hierdie teorie vereis dat drie toestande bevredig moet word vir ‘n reaksie om plaas te vind.

1. Die reagerende partikels (atome, molekule of ione) moet ekkektief met mekaar bots om te kan reageer.

2. Die reagerende partikels moet met minimum energie wat gelyk is aan of hoër is as die aktiveringsenergie bots, om die proses van bindings te breek of te vorm te begin.

3. Die reagerende partikels moet met die korrekte oriëntasie bots wat tot die herrangskikking van atome en die vorming van produkte sal lei.

4

Kopiereg voorbehou

Die reaksietempo ∝ (botsende deelties met voldoende Ek) ∝ (botsende deeltjies met korrekte oriëntasie)

Konsentrasie van die reaktante

Hoe hoër die konsentrasie van die reaktante in oplossing, hoe hoër is die reaksietempo.

Verduideliking

Vir eneige reaksie om plaas te vind moet die partikels eers effektief bots. ‘n Toename in konsentrasie verhoog die aantal partikels van die opgeloste stof in die oplossing. Dit sal die effektiewe botsings per tydseenheid tussen die deelties verhoog (toename in die frekwensie van die effektiewe botsings).

Die reaksietempo sal dus toeneem.

Voorbeelde

Sink en soutsuur Sinkkorrels reageer redelik stadig met verdunde soutsuur, maar vinniger indien gekonsentreerde suur gebruik word.

Die katalitiese ontbinding van waterstof peroksied Mangaan(IV)oksied word dikwels as katalisator in hierdie reaksie gebruik. Suurstof word vinniger vrygestel indien gekonsentreerde waterstofperoksied in plaas van verdunde waterstofperoksied gebruik word.

Die reaksie tussen natriumtiosulfaatoplossing en soutsuur Hierdie reaksie word dikwels gebruik om die verwantskap tussen konsentrasie en reaksietempo te ondersoek (informele eksperiment). Wanneer verdunde soutsuur by ‘n

5

Kopiereg voorbehou

oplossing van natriumtiosulfaat gevoeg word, word ‘n ligte geel neerslag van swawel gevorm.

Namate die natriumtiosulfaat verdun word, neem die neerslag al langer om te vorm. Temperatuur ‘n Toeneme in temperatuur verhoog die reaksietempo. Verduideliking Deelties kan slegs reageer indien hulle effektief met mekaar bots. Hoër temperatuur impliseer molekule met hoër gemiddelde kinetiese energie. Meer molekule het minimum energie gelyk aan of hoër as die aktiveringsenergie. Dit veroorsaak meer effektiewe botsings per tydseenheid (toename in die frekwensie van die botsings) Die reaksietempo neem toe. Druk

Verhoging in druk op reagerende gasse verhoog die reaksietempo. (Verandering in druk opreaksies waar slegs vastestowwe en vloeistowwe betrokke is, het geen invloed op die reaksietempo nie) Verduideliking

Voorbeeld

In die vervaardiging van ammoniak dmv die Haber proses word die reaksietempo tussen die waterstof en stikstof verhoog deur baie hoë drukke te gebruik.

Eintlik word hoë drukke gebruik om die persentasie van ammoniak in die ewewigsmengsel te verbeter, terwyl dit ook die reaksietempo verhoog.

Reaksie-oppervlak Die reaksietempo verhoog met ‘n verhoging in die reaksie-oppervlak van die reaktante.

Verhoging van die druk van ‘n gas is presies soos ‘n

verhoging in konsentrasie [pV = nRT

∴ p = ∴ p∝ c want en RT is konstant]

As jy die druk van ‘n gegewe massa gas verhoog, sal die volume daarvan afneem.

As jy dieselfde massa gas in ‘n kleiner volume plaas, sal die konsentrasie daarvan verhoog.

Molekule is dan nader aan mekaar wat die effektiewe botsings per tydseenheid sal verhoog.

6

Kopiereg voorbehou

Verduideliking

Reaktante reageer slegs indien hulle partikels effektief bots. Verhoging in die reaksie-oppervlak van die reaktante veroorsaak meer reaksiesetels. (Reaksiesetels – spesifieke areas op molekule waar reaksies plaas vind). Toename in die aantal reaksiesetels verhoog die frekwensie van die totale botsings. Meer effektiewe botsings per tydseenheid sal plaasvind wat die reaksietempo sal verhoog. Voorbeeld Die mees effektiefste manier om die reaksie-oppervlak van ’n vastestof te vergroot is om dit tot ‘n poeier te maal. Beskou die reaksie tussen magnesium metaal en verdunde soutsuur. Botsings tussen die magnesiumatome en waterstofione vind plaas.

Aard van die reaktante Die reaksietempo hang af aan:

1. die medium waarin die reaksie plaasvind (vloeistof of gas);

2. die eienskappe van die reaktante.

Die reaksietempo mag verskil afhangende of die medium wateroplossing of

organies;

7

Kopiereg voorbehou

polêr of nie-polêr; vloeistof, vastestof of gas is. Verskillende reaktante het verskillende bindingsenergieë en dus verskillende

aktiveringsenergieë wat verskillende reaksietempo’s meebring bv. organiese

molekule is oor die algemeen groter as anorganiese molekule en bevat dus

meer bindings wat gebreek moet word; dus word hoër aktiveringsenergie

benodig en gevolglik is organiese reaksies stadiger as anorganiese reaksies.

Reaksies waar ioniese en polêre oplossings betrokke is, het ‘n hoë

reaksietempo.

Teenwoordigheid van ‘n katalisator Definisie van ‘n positiewe katalisator ‘n Positiewe katalisator is ‘n stof wat die reaksietempo van ‘n chemiese reaksie verhoog, deur ‘n alternatiewe weg met ‘n laer aktiveringsenergie te voorsien, sonder om self ‘n permanente verandering te ondergaan.

Verduideliking Botsings veroorsaak slegs reaksies indien die botsende partikels met ‘n sekere minimum energie naamlik die aktiveringsenergie bots. Die byvoeging van ‘n katalisator verskaf ‘n alternatiewe roete met ‘n laer aktiveringsenergie vir die reaksie. Die meerderheid van die partikels sal nou reageer langs die makliker gekataliseerde weg met ‘n laer aktiveringsenergie. Meer effektiewe botsings per tydseenheid vind nou plaas, wat die reaksietempo verhoog. Voorbeelde:

Mangaan(IV)oksied word dikwels as katakisator vir hierdie reaksie gebruik. Koper(II)oksied kan ook as ‘n alternatiewe katalisator in hierdie reaksie gebruik word.

Ener

gie

Reaktantet

Produk

Ea met

katalisator

Ea sonder

katalisator

Verloop van reaksie

8

Kopiereg voorbehou

Maxwell-Boltzman distribusiekurwes Die partikels teenwoordig in enige sisteem sal ‘n wye reeks energieë bevat. Die grafiek wat as die Maxwell-Boltzmann Distribusiekurwe bekend staan is ‘n stip van die aantal partikels teenoor hul spesifieke energieë.

Op die y-as word die aantal of breukdeel van molekule aangedui.

Op die x-as word die hoeveelheid energie aangedui.

By A het min deeltjies baie lae energie; by B,C,en D het meeste partikels

gemiddelde energie; by E het min partikels baie hoë energie.

Die area onder die grafiek dui die totale aantal molekule wat energie besit, aan.

Die area onder die grafiek kan nie verander nie omdat die aantal molekule in die sisteem konstant bly selfs al word die die temperatuur verander of ‘n katalisator word bygevoeg.

Op ‘n sekere punt op die grafiek is die aktiveringsenergie, Ea gemerk wat eie is

aan ‘n spesifieke reaksie.

Die geskakeerde area dui die breukdeel van partikels aan wat energie gelyk aan

of meer as die aktiveringsenergie besit (E ≥Ea).

Hierdie partikels sal reageer omdat hulle effektief met die korrekte orientasie sal

bots.

Ea (Aktiveringsenergie)

Aan

tal

par

tikel

s

Energie

A

B

C

D

E

Min deeltjies met baie lae energie

Meeste partikels met

gemiddelde energie

Slegs sommige deelties

onder die deel van die

grafiek met genoeg hoë

energie om te reageer.

(E ≥Ea)

Aantal partikels wat deur die area onder

hierdie deel van die grafiek

verteenwoordig word wat nie genoeg

energie besit om te reageer nie

9

Kopiereg voorbehou

Die invloed van ‘n katalisator op reaksitempo

Voordat ‘n katalisator toegedien is, het slegs ‘n klein aantal partikels (horisontaal

geskakeerde area) genoeg energie besit om te reageer.

‘n Katalisator verskaf ‘n alternatiewe roete met ‘n laer aktiveringsenergie (nuwe

gekataliseerde Ea)

Die nuwe gekataliseerde Ea verskuif na links op die x-as.

Die totale geskakeerde area verteenwoordig nou meer partikels met E ≥Ea. Meer effektiewe botsings met korrekte orientasie per tydseenheid sal plaasvind wat

‘n toename in reaksietempo beteken.

‘n Katalisator het geen effek op die vorm van die distribusiekurwe nie.

Die invloed van temperatuur op reaksietempo

Oorspronklike ongekataliseerde

Ea (aktiveringsenergie) Nuwe gekataliseerde Ea

Oorspronklik besit slegs

partikels onder hierdie

gedeelte van die grafiek

voldoende energie om te

reageer

Al hierdie ekstra

partikels het nou

genoeg energie

om te reageer.

Partikels met

nie genoeg

energie om te

reageer nie

Aan

tal

par

tikel

s

Energie

Aan

tal

p[a

rtik

els

Energie

Ea (Aktiveringsenergie)

T 1

T 2 – Grafiek het gesak &

effens na regs beweeg

Vir temperatuur T2 besit meer partikels E ≥Ea

10

Kopiereg voorbehou

By ‘n spesifieke temperaqtuur het slegs ‘n klein aantal partikels (horisontaal

geskakeerde area) genoeg energie gehad om te reageer.

‘n Toename in temperatuur beteken ‘n toename in die gemiddelde kinetiese energie

van die gas.

Die piek van die grafiek sak en die grafiek verskuif effens na regs. Temperatuur

verskuif en verwring die Maxwell-Boltzmann Distribusiekurwe maar die area onder

die grafiek en dus die aantal partikels bly konstant.

Die grafiek vir T2 dui ‘n toename in die aantal partikels aan waarvan die energie die

aktiveringsenergie oorskrei (E ≥Ea).

Meer effektiewe botsings met korrekte orientasie per tydseenheid sal plaasvind wat

‘n toename in reaksietempo sal veroorsaak.

Die invloed van konsentrasie op reaksietempo

Grafiek 1 verteenwoordig ‘n laer konsentrasie, dus minder partikels per volume. (c =

V

n)

Grafiek 2 verteenwoordig ‘n hoër konsentrasie, dus meer partikels per volume. (c =

V

n)

Grafiek 2 het dus ‘n groter area onder die grafiek.

Daar is ‘n toename in die aantal partikels met E ≥Ea (die volle geskakeerde area).

Meer effektiewe botsings met korrekte orientasie per tydseenheid sal plaasvind wat

‘n toename in reaksietempo beteken.

‘n Toename in konsentrasie vergroot die area onder die grafiek.

Grafiek 2 verteenwoordig ‘n hoër

konsentrasie wat beteken meer partikels per

volume en dus ‘n groter area onder die grafiek

Grafiek 1 verteenwoordig ‘n laer

konsentrasie en dus minder partikels.

Die grafiek vir hoër konsentrasie dui ‘n toename aan in die aantal partikels waarvan die energie die aktiveringsenergie oorskrei. (E ≥Ea).

Ea (Aktiveringsenergie)

Aan

tal

par

tikel

s

Energie

11

Kopiereg voorbehou

Meting van die reaksietempo

Die metode wat gebruik word om die reaksietempo te meet hang van die fases

(gasfase, vloeistoffase, vastestoffase of gemengde fase) van die reaksies, wat

ondersoek word, af. Enige chemiese of fisiese verandering, wat plaasvind soos wat

die reaksie verloop, kan gebruik word om die reaksietempo daarvan te meet. Dit

kan ‘n verandering wees in volume, kleur, massa, temperatuur, druk, ens.

Dit is ook belangrik om die apparaat te kan identifiseer wat tydens die meting van

reaksietempo gebruik word.

Hier is van die metodes wat gebruik kan word om reaksietempo wat die volgende insluit, te meet. Verandering in volume

1. ‘n Gasspuit is bruikbaar vir reaksies wat gasse produseer. Die Erlen Meyer (koniese) fles

word aan ‘n gasspuit gekoppel soos in die skets aangedui word. Die volume van die gas op

die gasspuitskaal word op gereelde tydintervalle afgeneem. Die grafiek verteenwoordig

die resultaat van die gas wat opgevang word.

12

Kopiereg voorbehou

Verandering in massa Indien ‘n gas tydens ‘n reaksie gevorm word, sal die totale massa van die reaksiemengsel afneem as die gas ontsnap. Die verlies, in massa van die mengsel, kan dan teen gereelde tydintervalle gemeet word. Die reaksietempo word dan uitgedruk as die tempo van verlies in massa uit die fles in bv. g/tydseenheid (g∙s-1) gebaseer op die aanvanklike helling (sien onderstaande grafiek).

CaCO3(s) + 2HCℓ(aq) → CaCℓ2(aq) + H2O(ℓ) + CO2 (g)

Verandering in kleur

2. ‘n Buret of

omgekeerde

maatsilinder kan ook

gebruik word om die

verandering in

volume van ‘n gas te

meet. Die gas word

dan oor water

opgevang.

13

Kopiereg voorbehou

In sommige reaksies sal ‘n kleurverandering ‘n aanduiding wees of ‘n reaksie plaasgevind het al dan nie. Hoe vinniger die kleurverandering hoe vinniger die reaksietempo. In ‘n titrasie van etanoësuur (asynsuur) teenoor natriumhidroksied word fenolftaleïen as indikator gebruik. Die oplossing is kleurloos in ‘n suur medium en verkleur na pienk wanneer die reaksie volledig verloop het (die eindpunt bereik). Indien die konsentrasie van die basis verhoog word, sal die kleurverandering vinniger plaasvind wat ‘n aanduiding is dat ‘n hoër konsentrasie die reaksietempo verhoog. Verandering in turbiditeit (troebelheid) Sommige reaksies vorm ‘n neerslag wat meer troebel raak soos wat meer fyn vastestofproduk in die reaksiemengsel gevorm word. Die reaksie tussen natriumtiosulfaat en soutsuur produseer ‘n geel neerslag van fyn swawel. Die fyn swawel maak die reaksiemengsel troebel en verhoed dat ons duidelik deur die mengsel kan sien. Eksperimente met natriumtiosulfaat en soutsuur Teken ‘n groot swart kruis op elk van vyf stukke wit papier en plaas ‘n koniese fles

(Erlen Meyer fles) op elke kruis.

Verskillende konsentrasies van die reaktant (natriumtiosulfaat) word in elke koniese

fles, gemerk A, B, C en D, gegiet. Die volume van die natriumtiosulfaat moet konstant

(50 cm3) in elke fles gehou word.

Voeg 10 cm3 HCℓ (aq) by elke fles.

Die kruis onder die koniese fles sal stadig aan verdwyn soos wat meer neerslag vorm.

In die eksperimente om die reaksietempo’s te ondersoek, word die tyd geneem vir die

kruis om te verdwyn.

Natriumtiosulfaat reageer met verdunde soutsuur om ‘n geel neerslag van swawel te

vorm.

Na2S2O3(aq) + 2Hℓ(aq) → 2NaCℓ(aq) + H2O(ℓ) + SO2(g) + S(s)

14

Kopiereg voorbehou

VOORBEELD 1 Metode

1. Los 4 g Na2S2O3 kristalle in 500 cm3 water op.

2. Bereken die konsentrasie van die moederoplossing

n = sulfaatnatriumtioM

m=

158

4= 0,025 mol

c = V

n=

5,0

025,0= 0,05 mol.dm-3 (Konsentrasie van moederoplossing)

3. Gebruik die moederoplossing om oplossings van verskillende konsentrasies (A, B, C,

D, E) op te maak deur water by te voeg. Gebruik die hoeveelhede moederoplossings

en water soos in die onderstaande tabel voorgeskryf is. Gebruik die onderstaande

formule om die konsentrasies van die verdunde Na2S2O3 (aq) te bereken (sien laaste

kolom).

cverdVverd = c moederVmoeder

Fles

Na2S2O3 moederoplossing

(cm3) (Vmoeder)

Water bygevoeg

(cm3)

Totale volume (cm3) (Vverd)

Konsentrasie van verdunde

Na2S2O3 mol.dm-3 (cverd)

A 50 0 50 0,05

B 40 10 50 0,04

C 30 20 50 0,03

D 20 30 50 0,02

E 10 40 50 0,01

4. Teken ‘n groot swart kruis op elk van vyf stukke wit papier.

Plaas elke fles met sy verdunde oplossing op die kruis op die wit papier. Neem die kruis van bo-af deur die oplossing waar. Voeg 10 cm3 HCℓ (aq) vinnig tot die oplossing in die fles en neem die tyd terwyl die fles met ‘n sirkelbeweging geroer word. Stop die horlosie wanneer die kruis onsigbaar deur die oplossing word.

Tipiese resultaat Afneem van die resultaat

Volume van moederoplossing

Na2S2O3(aq) (cm3)

Konsentrasie van verdunde

Na2S2O3 mol.dm-3 (cverd)

Tyd, t, vir die kruis om te verdwyn (s)

Reaksietempo, t

1

(s-1)

50 5 x 10-2 43 0,023 or 23 x 10-3

40 4 x 10-2 55 0,018 or 18 x 10-3

30 3 x 10-2 66 0,015 or 15 x 10-3

20 2 x 10-2 105 0,0095 or 9,5 x 10-3

15

Kopiereg voorbehou

10 1 x 10-2 243 0,0041 or 4,1 x 10-3

Interpretasie Grafiek: Konsentrasie teen tyd (s) Hoe hoër die konsentrasie van die reaktante, hoe vinniger verloop die reaksie. OF Hoe hoër die konsentrasie hoe korter is die tyd waarin die reaksie voltooi word.

Grafiek: Konsentrasie teen reaksietempo (t

1)

16

Kopiereg voorbehou

Hoe hoër die konsentrasie van die reaktante, hoe hoër is die reaksitempo. VOORBEELD 2 Dieselfde reaksie kan gebruik word om die invloed van temperatuur op reaksietempo te ondersoek. Metode 50 cm3 natriumtiosulfaatoplossing word in ‘n koniese fles gegiet en op wit papier met ‘n kruis geplaas. 10 cm3 soutsuur word bygevoeg. Die tyd vir die verandering word geregistreer. Die eksperiment word vir verskillende temperature herhaal terwyl die konsentrasies en die volumes van die natriumtiosulfaat en sout suur konstant gehou word. Tipiese resultaat

Temperatuur in °C

20 30 40 50 60 70

Tyd geneem (s) 163 87 43 23 11 5

Reaksietempo,

t

1 (s-1)

6,1 x 10-3 11,5 x 10-3 23,3 x 10-3 43,5 x 10-3 90,9 x 10-3 200 x 10-3

17

Kopiereg voorbehou

Interpretasie Grafiek: Temperatuur teen tyd (s) Hoe hoër die temperatuur van die reaksiemengsel, hoe vinniger verloop die reaksie. OF

Hoe hoër die temperatuur, hoe korter is die tyd waarin die reaksie tot voltooiing verloop.

Grafiek: Temperatuur teen reaksietempo (t

1)

Hoe hoër die temperatuur van die reaksiemengsel, hoe hoër is die reaksietempo.

OEFENINGE- TEMPO EN MATE VAN REAKSIES

VRAAG 1

1.1 Definieer die term reaksietempo in woorde. (2)

Leerders gebruik die reaksie tussen ONSUIWER VERPOEIERDE kalsiumkarbonaat en oormaat soutsuur om reaksietempo te ondersoek. Die gebalanseerde vergelyking vir die reaksie is:

CaCO3(s) + 2HCℓ(aq) → CaCℓ

2(aq) + H

2O(ℓ) + CO

2(g)

Hulle voer vier eksperimente onder verskillende toestande van konsentrasie,

massa en temperatuur uit, soos in die tabel hieronder getoon. Hulle gebruik

identiese apparaat in die vier eksperimente en meet die volume gas wat in elke

eksperiment vrygestel word.

18

Kopiereg voorbehou

Eksperiment

1 2 3 4

Konsentrasie van suur (mol·dm-3

) 1 0,5 1 1

Massa onsuiwer kalsiumkarbonaat (g) 15 15 15 25

Aanvanklike temperatuur van suur (°C) 30 30 40 40

1.2 In die ondersoek word die resultate van eksperimente 1 en 3 vergelyk. Skryf neer die:

1.2.1 Onafhanklike veranderlike (1)

1.2.2 Afhanklike veranderlike (1)

1.3 Gebruik die botsingsteorie om te verduidelik waarom die reaksietempo in eksperiment 4 hoër as dié in eksperiment 3 sal wees.

(3)

Die leerders verkry grafieke A, B, C en D hieronder uit hul resultate.

1.4 Watter EEN van die grafieke (A, B, C of D) stel eksperiment 1 voor? Verduidelik die antwoord volledig deur eksperiment 1 met eksperimente 2, 3 en 4 te vergelyk.

(6)

1.5 Wanneer die reaksie in eksperiment 4 voltooiing bereik, is die volume gas wat

gevorm is 4,5 dm3. Aanvaar dat die molêre gasvolume by 40 °C gelyk is aan 25,7

dm3∙mol-1. Bereken die massa van die onsuiwerhede teenwoordig in die kalsiumkarbonaat.

(5) [18]

VRAAG 2

Die grafiek hieronder toon die ontbinding van gas P volgens die volgende vergelyking:

P(g) → 2Q(g) + R(g) ΔH < 0

A

B

C

D

Vol

CO

2 (

cm3)

Tyd (s)

19

Kopiereg voorbehou

2.1 Definieer die term tempo van reaksie in woorde deur na die grafiek te verwys. (2)

2.2 By watter tyd, 10 s of 30 s, vind die ontbinding teen 'n hoër tempo plaas? Verwys na die grafiek en gee 'n rede vir die antwoord.

(2)

2.3 Skryf die aanvanklike konsentrasie van P(g) neer. (1)

2.4 Die ontbinding vind in 'n 2 dm3-houer plaas. Bereken die gemiddelde tempo (in mol·s-1) waarteen P(g) in die eerste 10 s ontbind.

(6)

2.5 Teken 'n potensiële-energiediagram vir die reaksie. Dui die volgende duidelik op die diagram aan: • Posisies van die reaktanse en produkte • Aktiveringsenergie (Ea) vir die voorwaartse reaksie

(3)

2.6 'n Verhoging in temperatuur sal die tempo van ontbinding van P(g) verhoog. Verduidelik hierdie stelling in terme van die botsingsteorie.

(2) [16

VRAAG 3

'n Waterstofperoksiedoplossing dissosieer stadig by kamertemperatuur volgens die volgende vergelyking:

20

Kopiereg voorbehou

2H2O

2(aq) → 2H

2O(ℓ) + O

2(g)

Tydens 'n ondersoek vergelyk leerders die effektiwiteit van drie verskillende

katalisators op die tempo van ontbinding van waterstofperoksied. Hulle plaas

GELYKE HOEVEELHEDE genoegsame waterstofperoksied in drie aparte houers.

Hulle voeg dan GELYKE HOEVEELHEDE van elk van die drie katalisators, P, Q en

R, by die waterstofperoksied in die drie houers onderskeidelik en meet die tempo

waarteen suurstofgas vrygestel word.

3.1 Vir hierdie ondersoek, skryf neer die:

3.1.1 Onafhanklike veranderlike

3.1.2 Afhanklike veranderlike

(1)

(1)

Die resultate wat verkry is, word in die grafiek hieronder aangetoon.

3.2 Watter katalisator is die effektiefste? Gee 'n rede vir die antwoord. (2)

3.3 Verduidelik volledig, deur na die botsingsteorie te verwys, hoe 'n katalisator die tempo van 'n reaksie verhoog.

(3)

In 'n ander eksperiment verkry die leerders die volgende resultate vir die ontbinding van waterstofperoksied:

TYD (s) H2O

2 KONSENTRASIE (mol∙dm

-3)

0 0,0200 200 0,0160 400 0,0131 600 0,0106 800 0,0086

3.4 Bereken die GEMIDDELDE tempo van ontbinding (in mol∙dm-3

·s-1

) van H2O

2(aq) in

die eerste 400 s.

(3)

3.5 Sal die tempo van ontbinding by 600 s GROTER AS, KLEINER AS of GELYK AAN die tempo bereken in VRAAG 6.4 wees? Gee 'n rede vir die antwoord.

(2)

3.6 Bereken die massa suurstof wat in die eerste 600 s berei word indien 50 cm3

waterstofperoksied in hierdie tydinterval ontbind.

(5) [17]

VRAAG 4

21

Kopiereg voorbehou

Die apparaat hieronder getoon, word gebruik om die tempo waarteen waterstofgas gevorm word wanneer 'n sekere hoeveelheid sink met 'n oormaat verdunde soutsuur reageer, te ondersoek.

Die reaksie wat plaasvind, word deur die volgende gebalanseerde vergelyking voorgestel:

2HCℓ(aq) + Zn(s) → ZnCℓ2(aq) + H

2(g)

4.1 Skryf die naam neer van die fles gemerk Z. (1)

4.2 Skryf EEN funksie neer van die apparaatstuk gemerk Y in HIERDIE ondersoek. (1)

Twee eksperimente word uitgevoer deur die apparaat hierbo te gebruik. Die toestande vir elke eksperiment word in die tabel hieronder gegee.

Eksperiment 1 Eksperiment 2 Zink poeier poeier

Soutsuur 0,1 mol∙dm-3

0,2 mol∙dm-3

Temperatuur 25 °C 25 °C

4.3 UIT DIE TABEL HIERBO, skryf neer:

4.3.1 Die onafhanklike veranderlike vir hierdie ondersoek (1)

4.3.2 EEN gekontroleerde veranderlike (1)

Die volume waterstofgas wat gevorm word, word in elke eksperiment gemeet. Die grafieke hieronder toon die resultate wat verkry is.

4.4 Watter grafiek, P of Q, stel Eksperiment 2 voor? Verwys na die data wat in die tabel gegee is, asook die vorm van die grafiek, om te verduidelik hoe jy by die antwoord uitgekom het.

(3)

4.5 Gee 'n rede waarom die tempo waarteen waterstofgas in beide eksperimente gevorm word, afneem soos wat die reaksie voltooiing bereik.

(1)

Afleibuis

Z

HCℓ(aq)

Zn

Y

Stophorlosie

Retortstaander

Afleibuis

Z

HCℓ(aq)

22

Kopiereg voorbehou

4.6 Bereken die massa sink wat gebruik word om 0,24 dm3

waterstofgas by kamertemperatuur te berei. Aanvaar dat 1 mol waterstofgas 'n volume van 24,04

dm3 by kamertemperatuur het.

(6) [14]

VRAAG 5

Kalsiumkarbonaatstukkies word by 'n oormaat verdunde soutsuuroplossing gevoeg in 'n fles wat op 'n skaal geplaas is soos hieronder getoon. Die watteprop in die bek van die fles voorkom storting van reaktanse en produkte, maar laat terselfdertyd die gevormde gas toe om te ontsnap. Die gebalanseerde vergelyking vir die reaksie wat plaasvind, is:

CaCO3(s) + 2HCℓ(aq) → CaCℓ

2(aq) + CO

2(g) + H

2O(ℓ)

5.1 Skryf die NAAM neer van die gas wat deur die watteprop ontsnap terwyl die reaksie plaasvind.

(1)

Die massaverlies van die fles en sy inhoud word in intervalle van 2 minute aangeteken. Die resultate verkry, word in die grafiek hieronder voorgestel.

Watte prop

Verdunde soutsuur

Gasborrels

Kalsiumkarbonaat

Balans

23

Kopiereg voorbehou

5.2 Uit die grafiek, skryf die volgende neer:

5.2.1 Die koördinate van die punt wat resultate voorstel wat verkeerd gemeet is (1)

5.2.2 Hoe lank (in minute) die reaksie aanhou (1)

5.2.3 Hoe lank (in minute) dit neem vir 75% (driekwart) van die reaksie om plaas te vind

(1)

5.3 Die eksperiment word nou herhaal deur 'n hoër konsentrasie soutsuur te gebruik. Daar word gevind dat die tempo van die reaksie VERHOOG. Gebruik die botsingsteorie om hierdie waarneming te verduidelik.

(2)

5.4 Hoe sal 'n hoër soutsuurkonsentrasie elk van die volgende beïnvloed: Skryf slegs VERMEERDER, VERMINDER of BLY DIESELFDE neer.

5.4.1 Massaverlies per eenheidstyd (1)

5.4.2 Totale massaverlies (1)

5.4.3 Tyd wat dit die reaksie neem om voltooiing te bereik (1)

5.5 Afgesien van konsentrasie- en temperatuurveranderings, skryf TWEE ander veranderings neer wat gemaak kan word om die tempo van hierdie reaksie te verhoog.

(2)

5.6 Bereken die massa kalsiumkarbonaat wat verbruik is wanneer hierdie reaksie voltooi is. Aanvaar dat al die gevormde gas uit die fles ontsnap het.

(5) [16]

24

Kopiereg voorbehou

VRAAG 6

'n Groep leerders gebruik die reaksie tussen sink en swawelsuur om een van die

faktore wat reaksietempo beïnvloed, te ondersoek. Die vergelyking hieronder stel

die reaksie wat plaasvind, voor.

Zn(s) + H2SO

4(aq) → ZnSO

4(aq) + H

2(g)

Hulle voeg 6,5 g sinkkorrels by 'n oormaat VERDUNDE swawelsuur en meet die

massa sink wat per eenheid tyd gebruik word.

Die leerders herhaal dan die eksperiment deur 'n oormaat GEKONSENTREERDE

swawelsuur te gebruik.

6.1 Definieer die term reaksietempo. (2)

6.2 Gee 'n rede waarom die suur in oormaat moet wees. (1)

6.3 Skryf 'n hipotese vir hierdie ondersoek neer. (2)

6.4 Gee 'n rede waarom die leerders dieselfde hoeveelheid SINKKORRELS in beide

eksperimente moet gebruik.

(1)

Die resultate verkry vir die reaksie deur VERDUNDE swawelsuur te gebruik, word in die grafiek hieronder voorgestel.

6.5 Deur die grafiek te gebruik, bereken die massa sink gebruik van t = 0 s tot t = 60 s. (4)

6.6 Bereken die gemiddelde reaksietempo (in gram per sekonde) gedurende die eerste 60 s.

(2)

6.7 Teken die grafiek hierbo in jou ANTWOORDEBOEK oor. Gebruik 'n stippellyn om OP DIESELFDE ASSESTELSEL die kurwe aan te toon wat verkry sal word wanneer gekonsentreerde swawelsuur gebruik word. Noem hierdie kurwe P (geen numeriese waardes word verwag nie).

(2) [14]

25

Kopiereg voorbehou

VRAAG 7

Leerders gebruik koper(II)oksied-POEIER om waterstofperoksied te ontbind. Hulle voeg 1 g koper(II)oksied by 100 cm3 waterstofperoksied in 'n fles wat aan 'n afleibuis verbind is. Die reaksie wat plaasvind, word deur die volgende gebalanseerde vergelyking voorgestel:

2H2O2(ℓ) )s(CuO

2H2O(ℓ) + O2(g)

7.1 Skryf die naam neer van EEN stuk apparaat wat gebruik kan word om die volume van die gas wat gevorm word, te meet.

(1)

Die volume suurstofgas wat gevorm word, word elke 10 sekondes gemeet. Die resultate verkry, word in die grafiek hieronder aangetoon.

7.2 Gebruik die grafiek om die volume suurstofgas wat in die fles by 15 sekondes opgevang is, te bepaal.

(2)

7.3 Hoe verander die tempo van die reaksie tussen t = 40 s en t = 70 s? Skryf slegs VERMEERDER, VERMINDER of BLY DIESELFDE neer. Verwys na die grafiek om die antwoord te verduidelik.

(2)

7.4 Wat is die funksie van die koper(II)oksied in hierdie reaksie? (1)

7.5 Behalwe vir suurstof, skryf die NAME of FORMULES neer van TWEE stowwe wat in die fles teenwoordig is na 90 sekondes.

(2)

26

Kopiereg voorbehou

7.6 Die leerders vind dat suurstof teen 'n stadiger tempo vorm wanneer 1 g van 'n SOLIEDE STUK koper(II)oksied gebruik word. Verduidelik hierdie waarneming volledig.

(2)

7.7 Skryf ‘n rede neer vir die vorm van die grafiek tussen t =70 s en t = 90 s. (2) [12]

VRAAG 8 (DBE/November 2015) Verdunde sure, aangedui in die tabel hieronder, reageer met OORMAAT sink in elk van drie eksperimente om waterstofgas te vorm. Die sink is heeltemal bedek met die suur in elke eksperiment.

EKSPERIMENT VERDUNDE SUUR

1 100 cm3 van 0,1 mol∙dm-3 H2SO4

2 50 cm3 van 0,2 mol∙dm-3 H2SO4

3 100 cm3 van 0,1 mol∙dm-3 HCℓ

Die volume waterstofgas wat vorm, word in elke eksperiment gemeet.

8.1 Noem TWEE noodsaaklike apparate wat benodig word om die tempo van

waterstofproduksie te bepaal.

(2) Die grafiek hieronder is vir Eksperiment 1 verkry.

Gebruik hierdie grafiek en beantwoord die vrae wat volg.

8.2 By watter tyd (t1, t2 of t3) is die:

8.2.1 Reaksietempo die hoogste (1)

8.2.2 Massa sink wat in die fles teenwoordig is, die kleinste (1)

5.3 In watter tydinterval, tussen t1 en t2 OF tussen t2 en t3, vorm die grootste

volume waterstofgas per sekonde?

(1)

Tyd (s)

Volu

me

(cm

3)

Eksperiment 1

0 t1 t2 t3

27

Kopiereg voorbehou

8.4 Teken die grafiek vir Eksperiment 1 in die ANTWOORDEBOEK oor. Op dieselfde assestelsel, skets die grafieke wat vir Eksperimente 2 en 3 verkry sal word. Benoem die drie grafieke duidelik as EKSPERIMENT 1, EKSPERIMENT 2 en EKSPERIMENT 3.

(4) 8.5 Die aanvanklike massa sink wat in elke eksperiment gebruik word, is 0,8 g. Die

gebalanseerde vergelyking vir die reaksie in Eksperiment 3 is:

Zn(s) + 2HCℓ(aq) → ZnCℓ2(aq) + H2(g)

8.5.1 Bereken die massa sink wat na voltooiing van die reaksie in

Eksperiment 3 in die fles teenwoordig is.

(5) 8.5.2 Hoe sal die massa sink wat na voltooiing van die reaksie in

Eksperiment 2 in die fles teenwoordig is, met die antwoord op VRAAG 8.5.1 vergelyk? Skryf slegs GROTER AS, KLEINER AS of GELYK AAN neer.

(1) [15]

28

Kopiereg voorbehou

VRAAG9 (DBE/Feb.–Mrt. 2016) LET WEL: Die grafiek vir VRAAG 9.3.2 moet op die GRAFIEKBLAD

Metanol en soutsuur reageer volgens die volgende gebalanseerde vergelyking:

CH3OH(aq) + HCℓ(aq) CH3Cℓ(aq) + H2O(ℓ)

9.1 Noem TWEE faktore wat die tempo van hierdie reaksie kan laat TOENEEM. (2)

9.2 Definieer die term reaksietempo. (2)

9.3 Die reaksietempo van die reaksie tussen metanol en soutsuur word ondersoek.

Die konsentrasie van HCℓ(aq) word by verskillende tydintervalle gemeet. Die volgende resultate is verkry.

TYD (MINUTE) HCℓ-KONSENTRASIE (mol∙dm-3)

0 1,90

15 1,45

55 1,10

100 0,85

215 0,60

9.3.1 Bereken die gemiddelde reaksietempo, in (mol∙dm-3)∙min-1 gedurende

die eerste 15 minute.

(3) 9.3.2 Gebruik die data in die tabel om 'n grafiek van konsentrasie teenoor

tyd op die aangehegte GRAFIEKBLAD te teken. LET WEL: Die grafiek is nie 'n reguitlyn nie.

(3) 9.3.3 Bepaal vanaf die grafiek die konsentrasie HCℓ(aq) by die 40ste minuut. (1)

9.3.4 Gebruik die botsingsteorie en verduidelik waarom die reaksietempo

met tyd afneem. Aanvaar dat die temperatuur konstant bly.

(3) 9.3.5 Bereken die massa van CH3Cℓ(aq) in die fles by die 215de minuut. Die

volume van die reagense bly 60 cm3 gedurende die reaksie.

(5) [19]

29

Kopiereg voorbehou

VIR VRAAG 9.3.2

Grafiek van konsentrasie teenoor tyd

0 50 100 150 200

250

Tyd (minute)

Kon

sen

tra

sie

(mol∙

dm

-3)

0

1,5

1,0

2,0

0,5

30

Kopiereg voorbehou

VRAAG 10 (DBE/November 2016) Waterstofperoksied, H2O2, ontbind om water en suurstof volgens die volgende gebalanseerde vergelyking te lewer:

2H2O2(ℓ) → 2H2O(ℓ) + O2(g)

10.1 Die aktiveringsenergie (EA) vir hierdie reaksie is 75 kJ en die reaksiewarmte

(ΔH) is –196 kJ.

10.1.1 Definieer die term aktiveringsenergie. (2)

10.1.2 Teken die assestelsel hieronder in jou ANTWOORDEBOEK oor en

voltooi dan die potensiële-energiediagram vir hierdie reaksie. Dui die waarde van die potensiële energie van die volgende op die y-as aan:

Geaktiveerde kompleks

Produkte (Die grafiek hoef NIE volgens skaal geteken te word NIE.)

(3)

Wanneer verpoeierde mangaandioksied by die reaksiemengsel gevoeg word,

neem die reaksietempo toe.

10.1.3 Op die grafiek wat vir VRAAG 10.1.2 geteken is, gebruik stippellyne

om die pad van die reaksie te toon wanneer mangaandioksied bygevoeg word.

(2) 10.1.4 Gebruik die botsingsteorie om te verduidelik hoe mangaandioksied

die tempo van ontbinding van waterstofperoksied beïnvloed.

(3)

0

Reaksieverloop

P

ote

nsi

ële

ener

gie

(k

J)

H2O2

31

Kopiereg voorbehou

10.2 Grafiek A en B hieronder is verkry vir die volume suurstof wat met tyd onder

verskillende toestande gelewer is.

10.2.1 Bereken die gemiddelde reaksietempo (in dm3∙s-1) tussen t = 10 s

en t = 40 s vir grafiek A.

(3) 10.2.2 Gebruik die inligting in grafiek A om die massa waterstofperoksied

wat in die reaksie gebruik is, te bereken. Aanvaar dat al die waterstofperoksied ontbind het. Gebruik 24 dm3·mol-1 as die molêre volume van suurstof.

(4) 10.2.3 Hoe vergelyk die massa waterstofperoksied wat gebruik is om

grafiek B te verkry met dié wat gebruik is om grafiek A te verkry? Kies uit GROTER AS, KLEINER AS of GELYK AAN.

(1)

0 20 40 60

80 100 120 140

10

20

0

30

40

50

●

●

●

●

●

●

●

Tyd (s)

Volu

me

suu

rsto

fgas

(dm

3)

60

●

● ● ●

Grafiek A

Grafiek B

32

Kopiereg voorbehou

10.3 Drie energieverspreidingskurwes vir suurstofgas wat onder verskillende

toestande gelewer word, word in die grafiek hieronder getoon. Die kurwe met die soliede lyn verteenwoordig 1 mol suurstofgas by 90 °C.

Kies die kurwe (P of Q) wat ELK van die volgende situasies die beste

verteenwoordig:

10.3.1 1 mol suurstofgas wat by 120 °C gelewer word (1)

10.3.2 2 mol suurstofgas wat by 90 °C gelewer word (1) [20]

P

Kinetiese energie

Get

al

mole

ku

le

Q