7.2 Le Chateliers prinsipp | Kjemi 1

Lær hvordan likevekter forskyves når reaksjonsbetingelser endres.

55 min

16 oppgaver

Le Chateliers prinsippKonsentrasjonsendringerTrykkendringerTemperaturendringerLikevektsforskyvning

Din fremgang i kapitlet

0 / 16 oppgaver

Le Chateliers prinsipp

Le Chateliers prinsipp beskriver hvordan en likevekt reagerer på forstyrrelser:

> Hvis et system i likevekt utsettes for en forstyrrelse, vil systemet forskyde seg i retning som motvirker forstyrrelsen.

Tre typer forstyrrelser

1. Konsentrasjonsendring (tilsett/fjern reaktant/produkt)
2. Temperaturendring (øk/senk temperaturen)
3. Trykk/volumendring (kun gassreaksjoner)

Viktig: Katalysatorer endrer IKKE likevektens posisjon, bare hvor raskt likevekt oppnås!

Eksempel: Generell reaksjon

For reaksjonen:

$\text{A} + \text{B} \rightleftharpoons \text{C} + \text{D}$

- Hvis vi tilsetter A, vil likevekten forskyve seg til høyre (lage mer C og D) for å motvirke økningen.
- Hvis vi fjerner C, vil likevekten forskyve seg til høyre (lage mer C og D) for å motvirke nedgangen.

✏️Eksempel 1: Le Chateliers prinsipp

For reaksjonen N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g):

Hva skjer med likevekten hvis vi:
a) Tilsetter mer N₂?
b) Fjerner NH₃?

Løsning:

a) Tilsett N₂:

Vi øker [N₂] → Systemet vil motvirke dette ved å forbruke N₂.

Likevekten forskyves til høyre (fremover) → Mer NH₃ dannes.

b) Fjern NH₃:

Vi senker [NH₃] → Systemet vil motvirke dette ved å lage mer NH₃.

Likevekten forskyves til høyre (fremover) → Mer NH₃ dannes.

Svar:
- a) Likevekt til høyre (mer NH₃)
- b) Likevekt til høyre (mer NH₃)

📝Oppgave 7-16

Le Chateliers prinsipp:

Hva sier Le Chateliers prinsipp?

For A + B ⇌ C: Hva skjer hvis vi tilsetter mer A?

For A + B ⇌ C: Hva skjer hvis vi fjerner C?

Endring av konsentrasjon

Tilsett reaktant eller produkt

For reaksjonen A + B ⇌ C + D:

Forstyrrelse	Likevektens respons	Retning
Tilsett A eller B	Forbruk A/B → Lag mer C/D	Høyre
Fjern A eller B	Lag mer A/B → Forbruk C/D	Venstre
Tilsett C eller D	Forbruk C/D → Lag mer A/B	Venstre
Fjern C eller D	Lag mer C/D → Forbruk A/B	Høyre

Husk regelen:

- Tilsett reaktant eller fjern produkt → Likevekt til høyre
- Fjern reaktant eller tilsett produkt → Likevekt til venstre

Eksempel: Ammoniakksyntese

\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)

- Tilsett H₂ → Likevekt til høyre (mer NH₃)

- Fjern NH₃ → Likevekt til høyre (mer NH₃ dannes)
- Tilsett NH₃ → Likevekt til venstre (NH₃ dekomponeres)

✏️Eksempel 2: Konsentrasjonsendring

For reaksjonen H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g):

Hva skjer med likevekten hvis vi:
a) Tilsetter I₂?
b) Tilsetter HI?
c) Fjerner H₂?

Løsning:

a) Tilsett I₂:

[I₂] øker → Systemet forbruker I₂

Likevekt til høyre → Mer HI dannes

b) Tilsett HI:

[HI] øker → Systemet forbruker HI

Likevekt til venstre → HI dekomponeres til H₂ og I₂

c) Fjern H₂:

[H₂] synker → Systemet lager mer H₂

Likevekt til venstre → HI dekomponeres

Svar:
- a) Høyre (mer HI)
- b) Venstre (mindre HI)
- c) Venstre (mer H₂)

📝Oppgave 7-17

For reaksjonen 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g):

Hva skjer hvis vi tilsetter SO₂?

Hva skjer hvis vi fjerner SO₃?

Hva skjer hvis vi tilsetter SO₃?

Hva skjer hvis vi fjerner O₂?

Endring av temperatur

Temperaturendring påvirker likevekten forskjellig avhengig av om reaksjonen er eksoterm eller endoterm.

Eksoterm reaksjon (ΔH < 0)

Reaksjonen frigjør varme:

$\text{Reaktanter} \rightleftharpoons \text{Produkter} + \text{Varme}$

Forstyrrelse	Likevektens respons	Retning	K endres
Øk T	Forbruk varme (bakover)	Venstre	K synker
Senk T	Frigjør varme (fremover)	Høyre	K øker

Husk: Varme er som et "produkt" i eksoterme reaksjoner.

Endoterm reaksjon (ΔH > 0)

Reaksjonen absorberer varme:

$\text{Reaktanter} + \text{Varme} \rightleftharpoons \text{Produkter}$

Forstyrrelse	Likevektens respons	Retning	K endres
Øk T	Forbruk varme (fremover)	Høyre	K øker
Senk T	Frigjør varme (bakover)	Venstre	K synker

Husk: Varme er som en "reaktant" i endoterme reaksjoner.

Viktig

Temperaturendring er den ENESTE forstyrrelsen som endrer K-verdien!

✏️Eksempel 3: Temperaturendring

For reaksjonen N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), ΔH = −92 kJ/mol (eksoterm):

a) Hva skjer med likevekten hvis T økes?
b) Hva skjer med K hvis T økes?

Løsning:

Reaksjonen er eksoterm (frigjør varme):

$\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3 + \text{Varme}$

a) Øk T:

Tilsett varme → Systemet forbruker varme ved å gå bakover

Likevekt til venstre → Mindre NH₃

b) Endring i K:

Likevekt til venstre → Mer reaktanter, mindre produkter → K synker

Svar:
- a) Likevekt til venstre (mindre NH₃)
- b) K synker

📝Oppgave 7-18

For reaksjonen 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), ΔH = −198 kJ/mol:

Er reaksjonen eksoterm eller endoterm?

Hva skjer med likevekten hvis T økes?

Hva skjer med K hvis T senkes?

📝Oppgave 7-19

For reaksjonen N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), ΔH = +57 kJ/mol:

Er reaksjonen eksoterm eller endoterm?

Hva skjer med likevekten hvis T økes?

Hva skjer med K hvis T senkes?

Endring av trykk og volum

For gassreaksjoner påvirker trykk/volumendring likevekten.

Øk trykk (senk volum)

Systemet forskyver seg mot færre gassmolekyler for å motvirke trykkøkningen.

Senk trykk (øk volum)

Systemet forskyver seg mot flere gassmolekyler for å motvirke trykkreduksjonen.

Telle gassmolekyler

For reaksjonen:

$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$

- Venstre side: 1 + 3 = 4 mol gass
- Høyre side: 2 mol gass

Hvis trykket økes → Likevekt til høyre (færre gassmolekyler)
Hvis trykket senkes → Likevekt til venstre (flere gassmolekyler)

Når endres IKKE likevekten?

Hvis like mange gassmolekyler på hver side, påvirkes IKKE likevekten av trykkendring.

Eksempel: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g)
- Venstre: 2 mol gass
- Høyre: 2 mol gass
- Ingen endring ved trykkendring!

✏️Eksempel 4: Trykkendring

For reaksjonen PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g):

a) Hvor mange gassmolekyler på hver side?
b) Hva skjer hvis trykket økes?

Løsning:

a) Tell gassmolekyler:

Venstre: 1 mol PCl₅
Høyre: 1 mol PCl₃ + 1 mol Cl₂ = 2 mol gass

b) Øk trykk:

Systemet forskyver seg mot færre gassmolekyler.

Venstre har 1 mol, høyre har 2 mol → Likevekt til venstre

Svar:
- a) Venstre: 1 mol, Høyre: 2 mol
- b) Likevekt til venstre (mer PCl₅)

📝Oppgave 7-20

For reaksjonen 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g):

Hvor mange mol gass på venstre side?

Hvor mange mol gass på høyre side?

Hva skjer med likevekten hvis trykket økes?

Hva skjer hvis volumet økes (trykk synker)?

📝Oppgave 7-21

For reaksjonen H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g):

Hvor mange mol gass totalt på hver side?

Hva skjer med likevekten hvis trykket økes?

Industrielle prosesser

Haber-Bosch-prosessen (NH₃-produksjon)

$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g), \quad \Delta H = -92 \text{ kJ/mol}$

Mål: Maksimere NH₃-produksjon

Optimale betingelser:

1. Høyt trykk (200 bar)
- 4 mol gass → 2 mol gass
- Høyt trykk → Likevekt til høyre (mer NH₃)

2. Moderat temperatur (400-500°C)
- Eksoterm → Lav T favoriserer produkter
- MEN: Lav T gir langsom reaksjon
- Kompromiss: Moderat T for god fart + OK utbytte

3. Jern som katalysator
- Øker reaksjonsfarten (raskere likevekt)
- Endrer IKKE likevektens posisjon

4. Fjern NH₃ kontinuerlig
- Fjern produkt → Likevekt til høyre (mer NH₃ dannes)

Kontaktprosessen (SO₃-produksjon for svovelsyre)

$2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g), \quad \Delta H = -198 \text{ kJ/mol}$

Optimale betingelser:

1. Moderat trykk (1-2 bar)
- 3 mol → 2 mol (høyt trykk favoriserer SO₃)
- Men: Økonomisk kostbart med veldig høyt trykk

2. Moderat temperatur (400-450°C)
- Eksoterm → Lav T favoriserer SO₃
- Kompromiss for god reaksjonsfart

3. Vanadium(V)oksid som katalysator
- V₂O₅ katalyserer reaksjonen
- Raskere likevekt, endrer ikke K

✏️Eksempel 5: Haber-Bosch-prosessen

For N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), ΔH = −92 kJ/mol:

a) Hvorfor brukes høyt trykk?
b) Hvorfor brukes ikke veldig lav temperatur (f.eks. 100°C)?
c) Hva er rollen til jern-katalysatoren?

Løsning:

a) Høyt trykk:

4 mol gass (venstre) → 2 mol gass (høyre)

Høyt trykk forskyver likevekten mot færre mol → Høyre (mer NH₃)

b) Lav temperatur:

Eksoterm → Lav T favoriserer produkter (mer NH₃)

MEN: Ved veldig lav T er reaksjonsfarten ekstremt langsom

Kompromiss: Moderat T (400-500°C) gir OK utbytte + akseptabel fart

c) Jern-katalysator:

- Senker Ea → Raskere reaksjon
- Endrer IKKE K eller likevektens posisjon
- Systemet når likevekt raskere

Svar:
- a) Høyt trykk → færre mol → mer NH₃
- b) For langsom reaksjon
- c) Øker reaksjonsfarten

📝Oppgave 7-22

Haber-Bosch-prosessen: N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃, ΔH = −92 kJ/mol

Hvorfor brukes høyt trykk (200 bar)?

Hva skjer hvis vi fjerner NH₃ kontinuerlig?

Er prosessen eksoterm eller endoterm?

📝Oppgave 7-23

Kontaktprosessen: 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃, ΔH = −198 kJ/mol

Hvor mange mol gass på hver side?

Hva skjer hvis trykket økes?

Hva er rollen til V₂O₅-katalysatoren?

📝Oppgave 7-24

For reaksjonen N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), ΔH = +57 kJ/mol:

Hva skjer med [NO₂] hvis vi øker trykket?

Hva skjer med [NO₂] hvis vi øker temperaturen?

Hva skjer med [NO₂] hvis vi tilsetter N₂O₄?

📝Oppgave 7-25

For reaksjonen CO(g) + 2 H₂(g) ⇌ CH₃OH(g), ΔH = −91 kJ/mol:

Hvilken retning favoriseres av høyt trykk?

Hvilken retning favoriseres av lav temperatur?

Hva kan gjøres for å øke utbyttet av CH₃OH?

📝Oppgave 7-26

Sant eller usant?

Katalysatorer endrer likevektens posisjon.

Temperaturendring er den eneste forstyrrelsen som endrer K.

For eksoterme reaksjoner øker K når T øker.

Trykkendring påvirker bare gassreaksjoner.

📝Oppgave 7-27

Le Chateliers prinsipp - oppsummering:

Hva skjer med likevekten hvis vi tilsetter en reaktant?

Hva skjer med likevekten hvis vi fjerner et produkt?

Hva skjer med eksoterme reaksjoner hvis T økes?

Hva skjer hvis trykket økes (for 3 mol → 2 mol)?

📝Oppgave 7-28

For reaksjonen 2 NO(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO₂(g), ΔH = −114 kJ/mol:

Beskriv effekten av å øke [NO].

Beskriv effekten av å senke temperaturen.

Beskriv effekten av å øke trykket.

Hva er den beste kombinasjonen for å maksimere NO₂-produksjon?

📝Oppgave 7-29

Sammenlign Haber-Bosch og kontaktprosessen:

Hva har de til felles?

Hva favoriseres av høyt trykk i begge?

Hvorfor brukes moderat temperatur i begge?

📝Oppgave 7-30

For reaksjonen H₂(g) + CO₂(g) ⇌ H₂O(g) + CO(g), ΔH = +41 kJ/mol:

Er reaksjonen endoterm eller eksoterm?

Hva skjer med likevekten hvis T økes?

Hva skjer med likevekten hvis trykket økes?

Hva kan gjøres for å øke produksjonen av CO?

📝Oppgave 7-31

Avsluttende spørsmål:

Hvilke forstyrrelser endrer K-verdien?

Hva gjør en katalysator med likevekten?

Hva sier Le Chateliers prinsipp?

Forstyrrelse

Likevektens respons

Retning

Tilsett A eller B

Forbruk A/B → Lag mer C/D

Høyre

Fjern A eller B

Lag mer A/B → Forbruk C/D

Venstre

Tilsett C eller D

Forbruk C/D → Lag mer A/B

Venstre

Fjern C eller D

Lag mer C/D → Forbruk A/B

Høyre

Forstyrrelse

Likevektens respons

Retning

K endres

Øk T

Forbruk varme (bakover)

Venstre

K synker

Senk T

Frigjør varme (fremover)

Høyre

K øker

Forstyrrelse

Likevektens respons

Retning

K endres

Øk T

Forbruk varme (fremover)

Høyre

K øker

Senk T

Frigjør varme (bakover)

Venstre

K synker

Industrielle prosesser

Haber-Bosch-prosessen (NH₃-produksjon)

$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g), \quad \Delta H = -92 \text{ kJ/mol}$

Mål: Maksimere NH₃-produksjon

Optimale betingelser:

1. Høyt trykk (200 bar)
- 4 mol gass → 2 mol gass
- Høyt trykk → Likevekt til høyre (mer NH₃)

2. Moderat temperatur (400-500°C)
- Eksoterm → Lav T favoriserer produkter
- MEN: Lav T gir langsom reaksjon
- Kompromiss: Moderat T for god fart + OK utbytte

3. Jern som katalysator
- Øker reaksjonsfarten (raskere likevekt)
- Endrer IKKE likevektens posisjon

4. Fjern NH₃ kontinuerlig
- Fjern produkt → Likevekt til høyre (mer NH₃ dannes)

Kontaktprosessen (SO₃-produksjon for svovelsyre)

$2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g), \quad \Delta H = -198 \text{ kJ/mol}$

Optimale betingelser:

1. Moderat trykk (1-2 bar)
- 3 mol → 2 mol (høyt trykk favoriserer SO₃)
- Men: Økonomisk kostbart med veldig høyt trykk

2. Moderat temperatur (400-450°C)
- Eksoterm → Lav T favoriserer SO₃
- Kompromiss for god reaksjonsfart

3. Vanadium(V)oksid som katalysator
- V₂O₅ katalyserer reaksjonen
- Raskere likevekt, endrer ikke K