Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001

Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Eerste zit
Theorie
Geef van alle grootheden de betekenis en de dimensie!!!
1. Chemische thermodynamica
- Geef de definitie en de eenheid van het begrip warmtecapaciteit. Dit mag met behulp van een
formule (mits de nodige uitleg).
- Toon aan dat voor een ideaal gas geldt dat cp = cV + R. Omschrijf kort alle gebruikte formules.
- Hoe berekent/bepaalt men de soortelijke warmte cp van een mengsel waarin er additiviteit is met
betrekking tot de enthalpie? Zelfde vraag als er geen additiviteit is met betrekking tot de enthalpie?
- Bespreek de invloed van de druk op de enthalpie-inhoud van een fase. Maak hierbij indien nodig een
onderscheid tussen verschillende types fasen.
- Formuleer de wet van Hess.
2. Fasenevenwicht
- Geef drie praktische toepassingen van vloeistof-damp-evenwichten met een beknopte uitleg.
- Toon aan dat voor een unair systeem bevattende twee fasen én in evenwicht de Clapeyronvergelijking
H trf
dp
op gaat. Vertrek van de algemene voorwaarde voor het fasenevenwicht.

dT T.Vtrf
Bijkomend is gegeven dat onder de heersende omstandigheden de volgende vergelijking opgaat:
dg = -s.dT + v.dp.
Hierbij staat p voor de druk in Pa, T de temperatuur in K, Htrf en Vtrf resp. de enthalpie- en de
volumeverandering wanneer 1 mol de fasentransformatie ondergaat in J/mol en m 3/mol, g de molaire
vrije enthalpie in J/mol, s de molaire entropie in J/(mol.K) en v het molair volume in m3/mol.
Geef hierbij duidelijk aan welke eigenschappen/onderstellingen/wetten u gebruikt tijdens de
afleiding.
- Toon met behulp van de vergelijking van Clapeyron aan dat de smelttemperatuur minder van de druk
afhankelijk is dan de kooktemperatuur.
Examen Fysicochemie eerste zit 2002-2003
3CH + 2SCH + LVT
p.Th.1
3. Chemisch evenwicht
- Onderstel een reactie in een reële gasfase. Geef een verband tussen een evenwichtsconstante en een
reactie-vrije-enthalpie. Schrijf deze evenwichtsconstante expliciet uit in functie van grootheden die
verband houden met de samenstelling van de gasfase. Specificeer de vermelde reactie-vrije-enthalpie.
- Bespreek de invloed van de druk op de door u ingevoerde evenwichtsconstante.
- Wat is de dimensie van de door u ingevoerde evenwichtsconstante en leg kort uit waarom?
- Wat is de wet van Van't Hoff en Le Châpelier? Geef hiervan een voorbeeld (enkel met woorden).
4. Reactiekinetiek
- Definieer de begrippen conversie en selectiviteit.
- Bespreek : de reactie-orde van een elementaire reactie is gelijk aan zijn moleculariteit.
1
2
Bij een reactiemechanisme van de gedaante i  j  k worden de volgende concentratieprofielen
bekomen (als cj,0 en ck,0 = 0) :






k1
1
.c i,0 . e k1.t  e k 2 .t ; c k  c i,0 .1 
. k1 .e k 2 .t  k 2 .e k1.t 
k 2  k1
 k 2  k1

De concentraties ci,0, cj,0 en ck,0 staan hierbij voor de concentraties op t = 0 ; t voor de tijd. k1 en k2
c i  c i,0 .e k1.t ; c j 
staan voor de reactiesnelheidsconstanten van de twee elementaire eerste-orde-reacties.
- Illustreer met behulp van deze concentratieprofielen het principe van de snelheidsbepalende stap.
(Eén van de twee limietsituaties uit de cursus volstaat).
- Teken het concentratieprofiel van de drie componenten onder de omstandigheden die u bij de
voorgaande deelvraag hebt behandeld. Vermeld betekenis abscis en ordinaat en de drie profielen.
6. Ja/Nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Een exotherm proces met een negatieve proces-entropie gaat irreversibel door als de
temperatuur voldoende hoog is.
Voor een binair mengsel in één enkele fase én in evenwicht geldt dat het systeem
volledig gekarakteriseerd is wanneer men de twee toestandsvariabelen druk en
temperatuur vastlegt.
Onafhankelijk van de beginsituatie in een systeem gaan steeds die processen door die
het systeem laten evolueren in de richting van het evenwicht.
Een katalysator beïnvloedt de evenwichtsligging van een reactie.
Een vluchtige component is een component die zich bij voorkeur in de vloeistoffase
bevindt.
Examen Fysicochemie eerste zit 2002-2003
3CH + 2SCH + LVT
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Eerste zit
Oefeningen
Thermodynamische grootheden mogen enkel uit Appendix A en de opgaven gehaald worden!
1. Chemische Thermodynamica/Fasenevenwicht
De volgende gegevens zijn voorhanden:
- de dichtheid van waterige oplossingen van kopersulfaat bij 20 °C.
Gew% CuSO4
Dichtheid (g/cm3)
- bij 25 °C :
5
1,051
10
1,107
15
1,167
M
s°298
U°f
H°f
g/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
kJ/mol
CuSO4(v)
159,6
-769,9
113,4
- cp-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Stof
µstandaard
kJ/mol
-661,9
20
1,230
cp
J/(mol.K)
100,8
a) Bereken de molaire enthalpie, de molaire entropie en de molaire vrije enthalpie van zuiver vast
kopersulfaat bij 0 °C.
b) Bij 0 °C lost er onder evenwichtsomstandigheden maximaal 143 g/ CuSO4 in water op. Bij deze
temperatuur wordt 200 g kopersulfaat in 1 liter water gebracht en men wacht totdat er een
evenwichtssituatie optreedt. Bereken de chemische potentiaal van CuSO4 in de standaardtoestand '1
molaire oplossing in water' µ*(c) bij 0 °C. (Als u de oplossing van deelvraag a niet hebt gevonden
moogt u gegevens op 25 °C gebruiken in plaats van op 0 °C). De vloeistoffase mag hierbij ideaal
ondersteld worden.
c) Bepaal het volume van de oplossing wanneer men bij 20 °C aan 1 liter water (water = 1000 kg/m3)
125 g kopersulfaat toevoegt.
2. Fasenevenwicht
Aan 200 kg van een mengsel bevattende 40 gew% methylcyclohexaan en 60 gew% n-heptaan wordt
100 kg zuiver aniline toegevoegd. Na instellen van het evenwicht worden de twee fasen van elkaar
gescheiden. Verder is Figuur 2 gegeven.
- Wat is de samenstelling van de twee bekomen fasen?
- Hoeveel kg is er van elke fase aanwezig?
- Hoeveel kg aniline zou men initieel moeten toevoegen om na extractie uiteindelijk een fase te
bekomen die 70 gew% n-heptaan bevat?
Examen Fysicochemie eerste zit 2002-2003
3CH + 2SCH + LVT
p.Oef.1
3. Chemisch evenwicht
Op Sidmar wenst men het gehalte aan SO3 te meten in een rookgas. Dit rookgas stroomt doorheen een
schoorsteen. Met behulp van een sonde wordt een (klein) deel van het rookgas afgetapt en via een
leiding naar het analysetoestel gebracht. Aan de inlaat van de sonde bedraagt de temperatuur van het
rookgas 200 °C. Aangezien het rookgas ook waterdamp bevat vreest men dat tijdens het transport van
het rookgas naar het analysetoestel de volgende reactie zal doorgaan:
SO3(g) + H2O(g)  H2SO4(vl)
Om dit te vermijden wordt de transportleiding met weerstandsdraad op temperatuur gebracht. De druk
is overal 1 atm. Onderstel dat de H*- en de S*-waarde van deze reactie onafhankelijk van de
temperatuur is. Onderstel dat het rookgas 50 ppmv SO3 (dit is 50.10-6 atm) en 10 vol% waterdamp
bevat. De totaaldruk is 1 atm.
- Bereken de evenwichtsconstante van deze reactie bij 25 °C.
- Hoeveel ppmv SO3 blijft er onder evenwichtsomstandigheden achter in de gasfase als de temperatuur
in de gasfase gedaald is tot 100 °C? Ter vereenvoudiging mag ondersteld worden dat het
watergehalte niet verandert door reactie.
- Bepaal de minimale temperatuur van de transportleiding om de vorming van H2SO4(vl) te vermijden
(bij 10 vol% waterdamp en 50 ppmv SO3).
4. Reactiekinetiek
Enzymatisch gekatalyseerde reacties kunnen geïnhibeerd worden. Eén type inhibitie gaat als volgt:
1
E  S  ES
1
2
ES  E  P
3
ES  I  ESI
3
Hierbij is E het enzym, S het substraat, P het product en I de inhibitor.
- Stel de globale reactiesnelheidsuitdrukking wanneer er een pseudo-stationaire toestand opgaat voor
de complexen ES en ESI (Deze uitdrukking mag ook de concentratie aan vrije inhibitor cI bevatten).
- Stel de globale reactiesnelheidsuitdrukking op in de onderstelling dat reactie 2 de snelheidsbepalende
stap is (Deze uitdrukking mag ook de concentratie aan vrije inhibitor cI bevatten).
- Geef aan hoe u dit laatste geval verder zou uitwerken indien de globale reactiesnelheidsuitdrukking
niet cI maar wel de totale concentratie aan inhibitor mag bevatten. Het oplossen van dit geval wordt
niet gevraagd, maar zorg er wel voor dat het duidelijk is hoe u dit oplost.
Examen Fysicochemie eerste zit 2002-2003
3CH + 2SCH + LVT
p.Oef.2
n-heptaan
aniline
methylcyclohexaan
Figuur 2 : ternair diagram (in gew%) van het systeem aniline/methylcyclohexaan/n-heptaan bij 1 atm
en 25 °C
Examen Fysicochemie eerste zit 2002-2003
3CH + 2SCH + LVT
p.Oef.3
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Eerste zit
Theorie
Geef van alle grootheden de betekenis en de dimensie!!!
1. Chemische Thermodynamica
- Leid, vertrekkende van de eerste en de tweede hoofdwet van de thermodynamica en de
definitieformule van de vrije enthalpie, de volgende eigenschappen voor de vrije enthalpie af:
 G 
 G 

S-
 en V  

p
 T  p

T
met S : entropie : G : vrije enthalpie ; T : temperatuur : P : druk ; V : volume.
Vermeld hierbij duidelijk alle gemaakte onderstellingen en omstandigheden.
- Leid een formule af waarmee men in praktijk meestal de verandering van de vrije enthalpie ten
gevolge van een temperatuursverandering berekent.
- Bespreek de invloed van de druk op de vrije enthalpie.
2. Fasenevenwicht
- Geef de definitieformule van de wet van Henry.
- Verklaar de wet van Henry fysisch (door te kijken naar interacties tussen vloeistofmoleculen).
- Welke standaardtoestand gebruikt men voor de opgeloste stof wanneer de wet van Henry opgaat?
Leid een verband af tussen deze standaardtoestand en de standaardtoestand 'ideaal gas bij 1 atm'.
- Teken het kookpuntsdiagram van een binair mengsel dat een azeotroop vertoont met maximaal
kookpunt. Geef duidelijk aan: betekenis abscis en ordinaat, kooklijn, condensatielijn, azeotropische
samenstelling, de verschillende gebieden.
3. Chemisch evenwicht
- Wat is de wet van Van't Hoff en Le Chatelier?
Beschouw een reactie in een ideale gasfase.
- Bespreek de invloed van de druk op de waarde van de evenwichtsconstante én op de samenstelling
onder evenwichtsomstandigheden (dit mag met behulp van een voorbeeldreactie).
- Leid de Van't Hoff-vergelijking af betreffende de invloed van de temperatuur op de
evenwichtsconstante.
- Pas de wet van Van't Hoff en Le Chatelier toe om de invloed van de temperatuur op de
evenwichtssamenstelling bij een exo- en endotherme reactie te bespreken.
Inhaalexamen Fysicochemie eerste zit 2002-2003 (3CH + 2SCH + LVT)
p.Th.1
4. Reactiekinetiek
- Definieer de begrippen mechanisme en globale reactiesnelheid.
- Beschouw een complex reactiemechanisme. Leg uit hoe men het rekenwerk gevoelig kan verlichten
als men op voorhand weet welke stap de snelheidsbepalende stap is.
1
2
Bij een reactiemechanisme van de gedaante i  j  k worden de volgende concentratieprofielen
bekomen (als cj,0 en ck,0 = 0) :






k1
1
.c i,0 . e k1.t  e k 2 .t ; c k  c i,0 .1 
. k1 .e k 2 .t  k 2 .e k1.t 
k 2  k1
 k 2  k1

De concentraties ci,0, cj,0 en ck,0 staan hierbij voor de concentraties op t = 0 ; t voor de tijd. k1 en k2
c i  c i,0 .e k1.t ; c j 
staan voor de reactiesnelheidsconstanten van de twee elementaire eerste-orde-reacties.
- Illustreer het begrip pseudo-stationaire toestand met behulp van deze profielen.
5. Ja/Nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
De entropie-inhoud van stabiele elementaire stoffen bij 298 K en 1 atm is verschillend
van nul.
Bij een fasengrens treden steeds discontinue veranderingen in toestandsvariabelen op.
Afhankelijk van de beginsituatie treden die processen op die het systeem laten
evolueren hetzij in de richting van het evenwicht, hetzij weg van het evenwicht.
De halfwaardetijd bij een eerste-orde-reactie is onafhankelijk van de
reactiesnelheidsconstante.
De waarde van een toestandsvariabele hangt af van de voorgeschiedenis van het
systeem.
Inhaalexamen Fysicochemie eerste zit 2002-2003 (3CH + 2SCH + LVT)
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Eerste zit
Oefeningen
Thermodynamische grootheden mogen enkel uit Appendix A en de opgaven gehaald worden!
1. Chemische Thermodynamica
Beschouw de volgende reactie : Pb(v) + 2 AgCl(v)  2 Ag(v) + PbCl2(v)
Verder zijn gegeven: (bij 25 °C en 1 atm)
s°298
H°f
J/(mol.K)
kJ/mol
Pb(v)
0
64,9
AgCl(v)
-127,0
96,1
Ag(v)
0
0
42,7
cp-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Stof
M
g/mol
U°f
kJ/mol
0
µstandaard
kJ/mol
0
109,7
0
cp
J/(mol.K)
26,8
50,8
25,5
- Bereken de molaire enthalpie, de molaire entropie en de molaire vrije enthalpie van Pb(v) bij 100 °C.
- Toon kwantitatief aan in hoeverre deze reactie spontaan doorgaat bij 25 °C.
- Bij welke temperatuur ligt de grens tussen spontaan en anti-spontaan? Hierbij mag ondersteld worden
dat H- en S-waarden onafhankelijk zijn van de temperatuur.
2. Fasenevenwicht
Tabel 2 bevat evenwichtsgegevens voor het unaire systeem CO2.
CO2(v)  CO2(g)
CO2(vl)  CO2(g)
CO2(v)  CO2(vl)
T (°C)
p (mm Hg)
T (°C)
p (mm Hg)
T (°C)
p (mm Hg)
-140
0,431
-50
5128
-56,6
3884
-100
104,81
-30
10718
-60
3073,1
- Teken het unaire diagram van CO2, bevattende kooklijn, condensatielijn, sublimatielijn en tripelpunt.
Duid aan: betekenis abscis en ordinaat, kooklijn, smeltlijn, sublimatielijn, tripelpunt, de verschillende
gebieden.
Opm : voor één van de drie krommen moet u zelf bijkomende onderstellingen maken.
CO2 wordt o.a. gebruikt voor CO2-aceton-koelbaden. Hierbij wordt een mengsel gemaakt van vast CO2
en een verzadigde oplossing van CO2 in aceton. Dit mengsel wordt in een gesloten vat geplaatst. De
gasfase boven het mengsel (in het vat) bevat onder evenwichtsomstandigheden enkel CO2.
- Op welke temperatuur staat dit koelbad als de druk in het koelvat 2 atm bedraagt en het systeem zich
in evenwicht bevindt? Deze temperatuur mag grafisch afgelezen worden.
- Wat is de chemische potentiaal van CO2(v) onder deze omstandigheden? Als u het antwoord op de
tweede vraag niet hebt gevonden moogt u deze vraag oplossen voor een willekeurige temperatuur. c pwaarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Inhaalexamen Fysicochemie eerste zit 2002-2003 (3CH + 2SCH + LVT)
p.Oef.1
3. Chemisch evenwicht
Eén van de reactiestappen bij de productie van zwavelzuur is de oxidatie van SO2 naar SO3 met behulp
van zuurstofgas:
2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g)
Dit proces gebeurt in praktijk met behulp van een heterogene katalysator. Een (ideale) gasfase,
bevattende 6 vol% SO2, geen SO3 en 15 vol% O2 (rest van de gasfase is stikstof), wordt aan een
reactor gevoed.
H- en S-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld. De totaaldruk is 1 atm.
- Bereken de G- (bij de initiële samenstelling) en G°-waarde van deze reactie bij 25 °C.
- Op welke temperatuur moet de reactor staan om onder evenwichtsvoorwaarden een conversie van
99% te halen?
- In een poging om het gasdebiet doorheen de installatie te verminderen beslist men om minder lucht te
voeden aan de installatie. Daardoor verandert de samenstelling van de gasfase voor de reactor naar
8 vol% SO2 en 14 vol% O2 (rest stikstof). Wat wordt nu de evenwichtsconversie bij dezelfde
temperatuur als bij de eerste vraag?
Opm : - als u het antwoord op de tweede vraag niet hebt gevonden, moogt u een willekeurige
temperatuur uitkiezen en daarvoor de berekeningen uitvoeren
- het volstaat bij deze deelvraag een derdegraadsvergelijking in de conversie te bekomen. De
oplossing van deze vergelijking wordt niet gevraagd.
4. Reactiekinetiek
De oxidatie van NO in een overmaat O2 (2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)) wordt uitgevoerd bij een
beginconcentratie van NO van 5.10-3 mol/. De NO-concentratie na 5, 10 en 15 minuten is resp.
teruggevallen op 2,60.10-3 M, 1,70.10-3 M en 1,30.10-3 M.
- Toon aan dat deze reactie zich gedraagt als een tweede orde reactie in NO.
- Bepaal de reactiesnelheidsconstante en de halfwaardetijd van deze tweede-orde-reactie.
Inhaalexamen Fysicochemie eerste zit 2002-2003 (3CH + 2SCH + LVT)
p.Oef.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Tweede zit
Theorie
Geef van alle grootheden de betekenis en de dimensie!!!
1. Chemische Thermodynamica
- Wanneer is er additiviteit met betrekking tot de toestandsvariabele entropie?
- Bespreek de invloed van de temperatuur op de entropie. Maak een onderscheid tussen de situatie in
een gesloten isochoor systeem en een gesloten isobaar systeem in drukevenwicht.
- Leg een verband tussen de entropie- en de enthalpieverandering ten gevolge van een reversibel
proces in een gesloten isobaar isotherm systeem in drukevenwicht als er additiviteit heerst.
- Definieer het begrip transformatietemperatuur.
- Hoe berekent men de entropieverandering van het proces
ijs op 5 °C en 1 atm  water op 5°C en 1 atm
?
2. Fasenevenwichten
- Definieer de begrippen fase en vluchtige component.
- Toon aan dat onder evenwichtsomstandigheden voor de meest vluchtige component i in een binair
mengsel geldt dat xvl,i < xg,i (x = molfractie ; vl = vloeistof ; g = gas)
- Definieer de begrippen positieve afwijking ten opzichte van de idealiteit en azeotroop in een (reële)
vloeistoffase.
3. Chemische evenwichten
- Wat is en illustreer met behulp van een voorbeeld de wet van Van’t Hoff en Le Chatelier.
Beschouw een reactie in een ideale gasfase.
- Leid de Van’t Hoff-vergelijking af betreffende de invloed van de temperatuur op de
evenwichtsconstante. Geef alle gemaakte onderstellingen.
- Leid het verband af tussen de evenwichtsconstanten Kn (bevat dimensieloze aantallen mol) en Kp
(bevat dimensieloze partieeldrukken).
- Bespreek de invloed van het verdunnen met een inert gas op het evenwicht. Onderscheid twee
gevallen.
Examen Fysicochemie tweede zit 2002-2003
2SCH + LVT
p.Th.1
4. Reactiekinetiek
- Definieer het begrip halveringstijd.
- Bespreek de dimensie van een reactiesnelheidsconstante.
Beschouw een eerste orde aflopende reactie i  j onder isotherme omstandigheden.
- Leid het concentratieprofiel van i én j af in functie van de tijd.
- Teken deze profielen. Geef duidelijk aan : betekenis abscis en ordinaat, de twee profielen,
halveringstijd.
5. Ja/Nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Een ideale vloeistof is een vloeistof waarbij de grootte van de interacties een functie is
van de aard der interagerende moleculen.
Een bijkomende conventie betreffende het absolute niveau van een vrije enthalpie van
een elementaire stof was strikt gezien niet nodig.
Noden in een ternair diagram kunnen elkaar snijden.
Het aantal componenten in een systeem definieert men als het aantal chemische
species, verminderd met het aantal voorwaarden tussen deze species.
Bij twee consecutieve aflopende elementaire reacties treedt er een inductieperiode op
voor de vorming van het finale reactieproduct.
Examen Fysicochemie tweede zit 2002-2003
2SCH + LVT
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2002-2003 - Tweede zit
Oefeningen
1. Chemische Thermodynamica
De reactie van CaO met water levert Ca(OH)2 op :
CaO(v) + H2O(vl)  Ca(OH)2(v)
Alle fasen komen voor als zuivere fasen.
- Bereken de reactie-enthalpie van deze reactie bij 25 en 100 °C.
- Hoeveel reactiewarmte komt er vrij per gram CaO bij 25 °C?
- Hoeveel CaO(v) moet men toevoegen aan 100 g H2O(vl) opdat in een geïsoleerd systeem de
temperatuur zou oplopen tot 100 °C? Initieel staan de reagentia op 25 °C.
Verder is gegeven :
M
s°298
U°f
H°f
g/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
kJ/mol
Ca(OH)2(v)
74,1
-986,6
76,2
cp-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Stof
µstandaard
kJ/mol
-896,8
cp
J/(mol.K)
84,5
4 .Fasenevenwichten
In onderstaande tabel wordt de constante van Henry gegeven voor CO2 in water en dit bij verschillende
temperaturen.
273,2
283,2
293,2
303,2
313,2
T (K)
0,0728
0,104
0,142
0,186
0,233
H (atm)
Ter vereenvoudiging mag ondersteld worden dat 1  water steeds 55,56 mol water bevat, en dit
ongeacht de concentratie aan CO2.
- Bij 303,2 K bedraagt de concentratie aan CO2 in een water 0,9.10-4 kg CO2/( water).Welke
partieeldruk moet men aanhouden in de gasfase boven dit water opdat de concentratie aan CO2 in het
water niet zou veranderen?
- Omgevingslucht bevat circa 0,033 vol% CO2. Hoeveel CO2 komt er vrij uit 1  water (niet hetzelfde
water als bij de vorige deelvraag!) als de temperatuur isobaar stijgt van 273,2 naar 303,2 K en er bij
beide temperaturen evenwicht heerst tussen de omgevingslucht en het water. De totaaldruk bedraagt
1 atm.
- Bereken de waarde van µ*(H) voor CO2 in water bij 25 °C.
Examen Fysicochemie tweede zit 2002-2003
2SCH + LVT
p.Oef.1
5. Chemisch evenwicht
De laatste stap in het Solvay-proces voor de productie van Na2CO3 bestaat uit het verhitten van
NaHCO3. De volgende reactie treedt op:
2 NaHCO3(v)  Na2CO3(v) + CO2(g) + H2O(g)
Gevraagd:
- Bereken de evenwichtsconstante bij 100 °C van deze reactie. Onderstel dat H- en S-waarden
onafhankelijk zijn van de temperatuur.
- Men brengt een overmaat NaHCO3(v) in een gesloten vat dat initieel geen gassen bevat. Wat is de
druk onder evenwichtsomstandigheden na opwarmen tot 100 °C?
- In een vat van 25  wordt bij 100 °C 2 mol NaHCO3(v), 1 mol Na2CO3(v), CO2 tot een partieeldruk
van 2,10 atm en waterdamp tot een partieeldruk van 715 mm Hg gebracht. Hoeveel mol Na2CO3 en
hoeveel mol NaHCO3 zijn er onder evenwichtsomstandigheden aanwezig? De reactie verloopt
isotherm.
8. Reactiekinetiek
De heterogeen gekatalyseerde hydrogenatie van butyraldehyde (BAL) naar butanol (BOH) heeft de
volgende globale reactievergelijking:
H2 + C3H7CHO  C3H7CH2OH
Als mechanisme wordt vooropgesteld:
H2 +   H2
k1,k-1 (1)
BAL +   BAL
k2,k-2 (2)
H2 + BAL  BOH + 
k3,k-3 (3)
BOH  BOH + 
k4,k-4 (4)
 staat hierbij voor een adsorptieplaats. Uit experimenten blijkt dat de globale reactiesnelheid kan
geschreven worden als
r
c


k. c H 2 .c BAL  BOH 
K 

1  K1.c H2  K 2 .c BAL  K 4 .c BOH 2
- Toon aan dat deze globale reactiesnelheidsuitdrukking overeenstemt met het vooropgestelde
mechanisme als de oppervlaktereactie (3) de snelheidsbepalende stap is. Specificeer de uitdrukkingen
voor k, K1, K2 en K4 in functie van dit mechanisme.
- Toon aan dat r1-r-1 = r2-r-2 = r3-r-3 = r4-r-4 indien er ondersteld wordt dat alle geadsorbeerde species
reactieve intermediairen zijn.
Examen Fysicochemie tweede zit 2002-2003
2SCH + LVT
p.Oef.2