Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
KE03: Reaktioner och energi
● Lärare: Annika Nyberg
[email protected] eller Wilma!
● Kursbok: Kaila et al. Kemi 3- Reaktioner och energi
● Dessutom: Anteckninsmaterial, MAOL,
räknemaskin
KE01 Människans kemi och kemin i livsmiljön
KE03 Reaktioner och energi
KE02 Kemins mikrovärld
KE04 Metaller och material
KE05 Reaktioner och jämvikt
KE06 Labbkurs
KE07 Repetitionskurs
Grunderna för gymnasiets läroplan 2003: Kursens mål är att de studerande skall
• förstå de faktorer som påverkar förloppet av kemiska reaktioner samt inse faktorernas betydelse för livsmiljön (industrin).
• förstår bindning och den frigörelse av energi som sker vid kemiska reaktioner och inse förändringarnas betydelse i samhället.
• kunna skriva reaktionsformler och bearbeta reaktionslikheter matematiskt.
• kunna undersöka fenomen med hjälp av experiment och olika modeller vid reaktioner, reaktionshastigheter och reaktionsmekanismer.
Kursens innehåll
Kap. 1. Hur sker en kemisk reaktion
Kap. 2 Reaktionsformler
Utbyte
Räkneuppgifter med reaktionsformler.
Kap. 3 Reaktionstyper och mekanismer Protonöverföringsreaktioner, reaktionsmekanismer.
Substitutionsreaktioner
Addition till karbonylgrupp
Kol-kol-dubbelbindningar
Kondensations- och hydrolysreaktioner
oxidations- och reduktionreaktioner
Förhör: organiska reaktionstyper
Kap 4. Gaser.
Förbränning
Gaslagarna, gasernas allmänna tillståndskvation. Molmassa och densitet för en gas.
Förhör: Gasernas allmänna tillståndsekvation
Kap.5 Energiförändringar
Räkneuppgifter, gaser, energiförändringar
Entalpi, entalpiförändringar.
Reaktionshastighet, Kollisionsteorin, aktiveringsenergi.
Laborationer
Provförberedelse 27.3.2015 kl. 13.45-15
PROV KE03 måndag 30.3.2015 kl. 9.00-11.45
Provutgivning 2.4 kl. 12.15-12.45
Bedömning
● Prov 80 %
● Förhör 10%
● Det slutliga vitsordet påverkas dessutom av:
– Timaktivitet (visat intresse, arbetsinsats under lektionerna)
– Gjorda läxor (en läxuppgift/lektion + flera frivilliga)
1. Kemiska reaktioner
● Vid en kemisk reaktion bildas nya ämnen
då gamla bindningar bryts och nya bildas.
● En del av de kemiska reaktionerna kan observeras p.g.a
– Att de utstrålar ljus
– Temperaturförändringar
– Färgförändringar
– Att fällning bildas
– Att gas frigörs
● Det sker ingen kemisk reaktion då ämnen byter aggregationstillstånd.
1.1 Hur sker en kemisk reaktion?
2.1 Att uttrycka en reaktion med symboler
● Reaktionsformeln beskriver vad som sker i reaktionen.
● Ex. Butan förbränns fullständigt till koldioxid och vatten.
1. Skriv ut formlerna för utgångssubstanser och reaktionsprodukter samt symbolen för aggregations-tillstånd.
2. Balansera
Balanseringstips:
● Börja med att balansera de grundämnen som förekommer i endast ett ämne på vardera sidan av reaktionsformeln (ofta C och H).
● Om ett grundämne förekommer i flera än ett ämne på vardera sidan av reaktionsformeln: Lämna det till sist!
Demo: MgO
Läxa till den 6.2
● s. 29 uppg. 4
● Frivilligt: s. 29 uppg. 6,7● Extra svår: s. 30 uppg. 8
s. 29 uppg. 4
Kursförväntningar 2015
Kursförväntningar 2014
2.2 En reaktionsformel är ett recept
2 H2 (g) + O
2 (g) → 2 H
2O (l)
utgångssubstanser reaktionsprodukter
• Antalet atomer av samma grundämne bör vara lika stort på vardera sidan av reaktionsformeln !
+ →
● Koefficienterna anger förhållandet mellan utgångs-substansernas och reaktionsprodukternas substans-mängder.
Substansmängd
● Substansmängden anger hur många atomer som reagerar (=mängden substans):
n = substansmängd (mol)m = massa (g)M = molmassa (g/mol)
Koncentration
● Koncentrationen anger hur många mol upplöst ämne det finns i en liter (dm3) lösning.
c = n V
c = concentration (mol/l)n = substansmängd (mol)V = volym (l)
Ex. Hur mycket koldioxid kan det bildas då 1.00 g glukos jäser?
a) Skriv en balanserad reaktionsformel.
b) Beräkna substansmängden för det ämne som ges i uppgiften (nglukos
).
c) Beräkna det sökta ämnets substansmängd (nkoldioxid
) enligt förhållandet
mellan koefficienterna.
d) Omvandla substansmängden till den sökta enheten (mkoldioxid
).
Läxa till den 6.2
● s. 31 uppg. 15 a)
● Frivillig: s. 33 uppg. 23
4a) Då man häller magnesiumpulver i saltsyra bildas det vätgas och magnesiumklorid.
Mg(s) + HCl(aq) → MgCl2(aq) + H
2(g)
b) Då en järnspik upphettas, reagerar järnet med syret i luften och spiken får ett ytskikt som består av järn(II)oxid.
Fe(s) + O2(g) → Fe
2O
3(s)
https://www.youtube.com/watch?v=5MDH92VxPEQ
2.3 Utbyte
● Vid en kemisk reaktion bildas det ofta en mindre mängd reaktionsprodukter än vad reaktionsformeln förutsätter p.g.a att:
– Reaktionerna sällan sker fullständigt
– Bireaktioner tävlar med huvudreaktionen och biprodukter bildas.
– Produkterna ofta måste isoleras och renas och vid dessa processer kan en del av produkten försvinna.
Utbyte i procent = verkligt utbyte x 100%
teoretiskt utbyte
● Ifall det procentuella utbytet är större än 100 % innehåller produkten föroreningar.
Uppg 26 s. 33. En reaktionsblandning innehåller 20,0 g natriumvätekarbonat NaHCO
3 och 50 cm3 6 M
klorvätesyra HCl.
a) Beräkna det teoretiska utbytet av natriumklorid.b) Vid reaktionen bildas 12,3 g natriumklorid. Beräkna det procentuella utbytet.
Reaktionsformel HCl + NaHCO3 → NaCl + H
2O + CO
2
Koefficienter
2.4 Reaktioner som sker parallellt
a) Om utgångsämnet är en blandning av två eller flera ämnen, kan flera parallella reaktioner ske.
– Dessa reaktioner måste beaktas skillt för sig, och reaktionsformlerna kan inte adderas.
Ex. 6 (s.25): En blandning av aluminium- och zinkpulver väger 1,00 g. Då blandningen reagerar med klorvätesyra frigörs 0,080 g vätgas.
Hur mycket av vardera metallen innehöll blandningen ursprungligen?
• Vardera ämnet reagerar skillt för sig enligt:
2 Al (s) + HCl (aq) → AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)
Zn + HCl → ZnCl2 (aq) + H2 (g)
http://www.youtube.com/watch?v=pvhDkqXa3CQhttp://www.youtube.com/watch?v=A4XITC225uk
b) Reaktioner i flera steg
http://www.youtube.com/watch?v=MTAGulTvVRA
● Då en reaktionsprodukt fungerar som utgångsämne i följande reaktion.
Ex. Hur många gram salpetersyra kan produceras av 56 g kvävgas?
N2 + 3H2 → 2 NH3
4 NH3 + 5O2 → 4 NO + 6 H2O 2 NO + O2 → 2 NO2
2 H2O + 4 NO2 + O2 → 4 HNO3
3. Reaktionstyper och mekanismer
3.1 Vad sker med bindningarna i en kemisk reaktion
● I kemiska reaktioner bryts gamla bindningar och nya bildas
– Jonbindning: Positiva och negativa joner dras till varandra och bildar ett kristallint jongitter. I utfällningsreaktioner sker kristallbildningen snabbt.
– Kovalent bindning: I reaktioner mellan molekylföreningar bryts kovalenta bindningarna i utgångsämnen och nya kovalenta bildningar bildas.
● Man måste känna till elektronstrukturen hos en förening för att veta hur den reagerar.
● Strukturen för ammoniak och vatten:
3.2 Var sker reaktionen?
● Hos organiska föreningar är det oftast de funktionella grupperna som reagerar.
● Organiska föreningar reagerar oftast så att en elektronrik del i en molekyl (nukleofil) attackerar en elektronfattig del (elektrofil) i en annan molekyl och en ny kovalent bindning bildas.
● Elektronrik: fria elektronpar
● Elektronfattig: grundämnen som får
positiv delladdning p.g.a polär bindning.
● För att den attackerande atomen inte skall få för många bindningar, måste en gammal bindning brista då en ny bildas.
● HONC-regel!
3.3 Protonöverföringsreaktioner
● Demo: ammoniak + saltsyra
● Syra: Ämne som kan avge en proton, H+
● Bas: Ämne som kan motta en proton, H+
● Reaktionsmekanism (En modell som förklarar hur en reaktion sker på atom- eller elektronnivå):
● Krökta pilar visar elektronparets rörelse och rörelseriktning.
● Ammoniakens fria elektronpar bildar en ny bindning medan den gamla H-Cl bindningen brister.
● Klor får båda elektronerna från bindningen som brister och blir därför negativt laddad.
Reaktion mellan syra och vatten
Reaktion mellan bas och vatten
● Ex. 1(s.45) Ammoniak + vatten
Neutralisation
syra + bas → vatten + salt
● Protonöverföringsreaktioner kan ske hos organiska föreningar som har:
● Karboxylsyragrupp (= syra)
● Aminogrupp (= bas)
3.4 Substitutions- eller ersättningsreaktioner
● En atom- eller atomgrupp ersätts med en annan atom- eller atomgrupp.
A-B + C-D → A-C + B-D
● Ex.
a) alkaner och cykloalkaner
● Kemiskt passiva, reagerar dåligt
● Reaktionen fodrar hög temperatur eller kraftig UV-strålning
● H ersätts med halogen (F, Cl, Br, I)
Radikalmekanism (kedjereaktion):
1)
2)
3)
b) Bensen
● Bensenringens struktur är mycket stabil p.g.a delokalisering av elektroner.
● H ersätts med en halogen (F, Cl, Br, I)
c) Halogenerade kolväten
● Halogenen ersätts med -OH eller -NH2
● Mekanism:
d) Aminer
● Väteatomerna i aminogruppen ersätts med en kolvätekedja (= alkylering)
Läxa
● Läs s. 43-54 i boken
● s. 76 uppg. Uppg.39, 44
3.5 Additionsreaktioner
● TVÅ utgångsämnen reagerar (adderas) och bildar EN produkt.
A + B → C
● T.ex. Addition till en karbonylgrupp
a) Reaktion mellan karbonylgrupp och natriumborhydrid
● Klassificeras som både additionsreaktion (väte adderas) och reduktionsreaktion (= antalet väteatomer i föreningen ökar).
● Aldehyd → primär alkohol
b) Addition av vatten till karbonylgrupp
● Aldehyd → instabilt hydrat av etanal
c) Reaktion mellan koldioxid och vatten
d) Reaktion mellan karbonylgrupp och metallorganiska föreningar
● Metallorganiska föreningar är föreningar där en metall är bunden till en kolatom med en kovalent bindning.
● Kolatomen får ett fritt elektronpar och kan då angripa andra föreningar.
● Metallorganiska föreningar reagerar mycket häftigt med vatten, t.e.x n-butyllitium.
http://www.youtube.com/watch?v=GGsMZ0DXU8Ahttp://www.youtube.com/watch?v=cCjHtbfcMPo
Läxa
● Läs s. 55-62 (inte blåa rutorna)
● s. 78 uppg. 51
● En dubbelbindning består av två olika kovalenta bindningar:
– sigma (σ)
– pi (π)
● Pi-bindningen är mycket svagare och mear reaktiv än sigmabindningen och öppnar sig därför lätt.
3.6 Addition till en dubbelbindning
Mekanism:
Typiska additionsreaktioner:
Markovnikovs regel
● Väteatomen binds till den kolatom vid dubbelbindningen som redan tidigare innehåller mera väte.
Additionspolymerisation● En kedjereaktion där upp till hundratusentals monomerer med
dubbelbindningar reagerar och bildar långa polymerer .
Elimineringsreaktioner
● Additionens omvända reaktion. En liten molekyl avlägsnas (elimineras) och en dubbelbindning bildas.
● Ett utgångsämne bildar två produkter.
A → B + C
a) Eliminering av vätehalogenid
b) Eliminering av väte (dehydrering)
c) Eliminering av vatten
Kondensationsreaktioner
● Två molekyler sammanfogas och som biprodukt bildas en liten molekyl (ofta vatten).
a) alkohol + alkohol → eter
b) karboxylsyra + karboxylsyra → syraanhydrid
b) alkohol + karboxylsyra → ester
c) karboxylsyra + amin → amid
Hydrolysreaktion
● Den omvända reaktionen till en kondensationsreaktion.
● Ex. Tillverkning av tvål:
NaOH (aq)
3.8 Reduktion
3.8 Oxidation
primär alkohol aldehyd karboxylsyra
sekundär alkohol keton
K2CrO
7
Demonstration
● Oxidation av bensylalkohol till bensaldehyd
Läxa
● Förhör på reaktionsmekanismer:
– Kunna namnge mekanismen rätt (alla namn-alternativ ges färdigt)
– Rita produkterna om utgångsämnena är givna