Antwoorden Chemie Overal 4 vwo

CHEMIE OVERAL 4 VWO

WWW.CHEMIEOVERAL.NOORDHOFF.NL VIERDE EDITIE AUTEURS Juleke van Rhijn Patrick van Kempen Guus Rus Bertie Spillane Yvonne Veldema ICT Patrick van Kempen Nico Kabel Jack Kauw EXPERIMENTEN Iris Jaspers

Noordhoff Uitgevers

Boek Chemie Overal Uitw 4 vwo.indb 1

17-12-12 16:28


17-12-12 16:28

Inhoud 1 Scheiden en reageren

4

2 Bouwstenen van stoffen

13

3 Moleculaire stoffen

22

4 Zouten en zoutoplossingen

36

5 Reacties van zouten

46

6 Koolstofverbindingen

57

7 Duurzaamheid

70

8 Zuren

83


17-12-12 16:28

1 Scheiden en reageren 1.1 Chemie om je heen B 1 a 1 mengsel 2 mengsel 3 zuivere stof 4 mengsel 5 zuivere stof 6 zuivere stof (vaak is bij de pakken suiker die je in de winkel koopt een kleine hoeveelheid van een stof bijgemengd die ervoor moet zorgen dat de suiker niet gaat plakken) 7 mengsel b Een zuivere stof heeft een smeltpunt en een kookpunt. Een mengsel heeft een smelttraject en een kooktraject. B 2 a De index is het getal dat in een molecuulformule rechts onder elk symbool staat. De index geeft het aantal atomen van elke soort in het molecuul weer. De coëfficiënt geeft het aantal moleculen weer. Dat is hier 1, als er geen getal voor de molecuulformule staat, is dat 1 molecuul. 2 moleculen cafeïne geef je weer als 2 C8H12O2N4. b Een cafeïnemolecuul bestaat uit 26 atomen: 8 atomen koolstof, 12 atomen waterstof, 2 atomen zuurstof en 4 atomen stikstof. B 3 a,b 1 waterstof 2 ammoniak 3 glucose 4 zwaveldioxide B 4 Waterstof, stikstof, zuurstof, fluor, chloor, broom en jood B 5 1 Br2 2 CH4 3 CO2 4 H2SO4

4 Hoofdstuk 1


B 6 1 Alcohol en water zijn in alle verhoudingen mengbaar (beide zijn hydrofiel). Er ontstaat een oplossing. 2 Krijt lost niet op in water: er ontstaat een suspensie. 3 Suiker is hydrofiel en lost op in water: er ontstaat een oplossing. 4 Water is hydrofiel en slaolie is hydrofoob: er ontstaat een emulsie. B 7 1 De stof kan gaan verdampen: dit is een faseverandering, de moleculen zelf veranderen niet, maar krijgen een grotere afstand tot elkaar. 2 Er treedt thermolyse op: de stof ontleedt. Dit is een chemische reactie en daarbij veranderen de moleculen wel. 3 Er treedt een verbrandingsreactie op: de stof is verhit tot boven zijn ontbrandingstemperatuur en wordt met behulp van zuurstof omgezet in oxiden. B 8 a 1 2 AgCl(s) → 2 Ag(s) + Cl2(g) 2 P4(s) + 5 O2(g) → 2 P2O5(s) 3 CuCl2(s) → Cu(s) + Cl2(g) b Reactie 2 is een verbrandingsreactie en reactie 1 en 3 zijn ontledingsreacties. B 9 Voor het verwarmen van het water is warmte nodig: dat is een endotherm proces. Die warmte wordt geleverd door het verbranden van propaangas: dat is een exotherm proces.

1.2 Zuivere stoffen en mengsels A 10 a Nee, berglucht is een mengsel van verschillende gassen, voornamelijk zuurstof en stikstof. b Cola is een mengsel van voornamelijk vier stoffen. Er zitten dus in ieder geval vier verschillende molecuulsoorten in cola: watermoleculen, koolstofdioxidemoleculen, suikermoleculen en fosforzuurmoleculen.

© Noordhoff Uitgevers bv

17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 11

A 17

a Een atoom is een bouwsteen van een molecuul. b Momenteel bestaan er ongeveer 115 verschillende atoomsoorten. c Een molecuul is een bouwsteen (van een moleculaire stof) die bestaat uit twee of meer atomen. d Er bestaan net zoveel molecuulsoorten als er stoffen bestaan: tientallen miljoenen. A 12

a Als een zuivere stof kookt, blijft de temperatuur tijdens het koken constant. b Als een mengsel stolt, daalt de temperatuur tijdens het stollen langzaam. B 18 a Zie figuur 1.2. b Olie mengt niet met water. Olie is dus hydrofoob. c Ether mengt niet met water. Ether is dus hydrofoob.

Een zuivere stof is één stof die bestaat uit dezelfde moleculen. Een mengsel bestaat uit twee of meer stoffen, dus ook uit twee of meer verschillende soorten moleculen. A 13 a Een stof is hydrofiel als hij goed mengt met water. b Een stof is hydrofoob als hij slecht mengt met water. A 14 a In de tekeningen a en c is een zuivere stof weergegeven, omdat er maar één soort moleculen in voorkomt. b Tekening b is een mengsel: er komen twee verschillende soorten moleculen in voor. A 15 Alcohol en suiker lossen allebei op in water. In de reageerbuizen 1 en 3 zal een oplossing ontstaan. Slaolie is een vloeistof die niet oplost in water. In reageerbuis 2 zal een emulsie ontstaan. Zand lost niet op in water. In reageerbuis 4 zal een suspensie ontstaan.

water

1.2

C 19 a Rood goud b 24 karaat goud is 100% goud. 18 karaat goud is 18 × 100% = 75% goud. Het goudpercentage in ___ 24 9 karaat goud is dan ___  9  × 100% = 37,5%. 24 c In 100 g 9 karaat goud zit 37,5 g goud. In 1 g 9 karaat goud zit 0,375 g goud. In de ring, die 7 g weegt, zit dus 7 × 0,375 g = 2,63 g goud.

A 16 Zie figuur 1.1.

temperatuur

ether + olie

1.3 Scheidingsmethoden g g+l condenseren

A 20 l stollen

s+l s

tijd

1.1



a Verschil in oplosbaarheid b Verschil in deeltjesgrootte c Verschil in kookpunt d Verschil in kookpunt e Verschil in oplosbaarheid en aanhechtingsvermogen f Verschil in aanhechtingsvermogen g Verschil in dichtheid

Scheiden en reageren 5

17-12-12 16:28

A 21 a Een membraan is een dunne laag met heel kleine gaatjes. b Die methode heet membraanfiltratie. c Het berust op een verschil in deeltjesgrootte. d Ja, maar dan mag het zoutgehalte niet te hoog zijn. In Israël wordt voor elke liter drinkwater twee liter zeewater opgepompt. Het zoutgehalte stijgt dan van 3,45% naar ongeveer 7%. Dit kan terug naar zee. Bij hogere zoutgehaltes moeten andere maatregelen genomen worden. A 22 a Als je koelwater van de onderkant aanvoert, maak je gebruik van het tegenstroomprincipe. De warme damp stroomt bovenin langs het koelwater dat naar beneden toe steeds kouder wordt. Het oppervlak dat je dan gebruikt om te koelen is maximaal. b In de kolf verdampt de vloeistof. De damp komt via de opzet in de koeler terecht. Daar condenseert de damp weer. c Destillatie berust op het verschil in kookpunt van de stoffen in een mengsel. B 23 a filtreren (bezinken) b destilleren c extraheren d adsorberen e chromatografie f destilleren g indampen h adsorberen B 24 a In een geurvreter bevindt zich een kleine hoeveelheid actieve koolstof, waaraan allerlei stoffen (samen genoemd: zweetvoetenlucht) worden geadsorbeerd. Wanneer die stoffen worden geadsorbeerd, komen zij niet in de omgeving terecht. Je ruikt dus de zweetvoetenlucht niet meer. b Wanneer het oppervlak van de actieve koolstof ‘verzadigd’ is geraakt met moleculen uit de zweetvoetenlucht, kan er ‘niets meer bij’. Het oppervlak is dan maximaal bezet. Op dat moment moeten de geurvreters worden vervangen, omdat zij hun werk niet meer goed doen.

6 Hoofdstuk 1


B 25 a Een mengsel van vloeistoffen scheid je door middel van destillatie. De kookpunten moeten wel voldoende uit elkaar liggen. b De stof met het laagste kookpunt komt als eerste en de stof met het hoogste kookpunt als laatste. De volgorde is methanol, alcohol, water. B 26 Onder de loopsnelheid van een stof verstaan we de snelheid waarmee een (kleur)stof over het chromatografiepapier naar boven ‘loopt’. B 27 a Stof A komt hoger in het chromatogram. Deze stof lost goed op en hecht minder, dus wordt beter meegevoerd door de loopvloeistof. b De Rf-waarde is de afstand van start tot centrum van de vlek gedeeld door de afstand van de start tot het vloeistoffront. c Dit is altijd een waarde die ligt tussen 0 en 1. C 28 Alcohol toevoegen, het jood lost op en het zand en zwavel niet. De suspensie filtreren en het filtraat indampen. Er blijft jood achter in het indampschaaltje. Het residu (zand en zwavel) mengen met koolstofdisulfide, zwavel lost op en zand niet. Weer filtreren. Het residu is zand en na indampen van het filtraat blijft er zwavel achter. C 29 a Maak bijvoorbeeld een verhoudingstabel zoals onderstaand. hoeveelheid oplossing (g)

435

100

hoeveelheid zout (g)

8,0

x

100 g × 8,0 g x = ____________       = 1,8 g 435 g In 100 g oplossing zit 1,8 g opgelost zout. b Het massapercentage zout in de oplossing = 1,8%. c In 100 g oplossing zit 1,8 g zout. In 75 g oplossing zit dus 1,4 g zout. Dat blijft na indampen over in het schaaltje. C 30 Je kunt papierchromatografie ook gebruiken voor mengsels van niet-gekleurde stoffen. Je moet dan wel een manier kunnen bedenken om de vlekken op het chromatogram zichtbaar te maken. Je kunt het bijvoorbeeld verhitten, besproeien met een reagens, of het bij uv-licht bekijken.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

C 31 a Het kookpunt van methanol is 338 K en dat van ethanol 351 K. b De stof met het laagste kookpunt zal bij destillatie het eerst worden opgevangen, dus methanol. c Nee. Om twee vloeistoffen met behulp van destillatie van elkaar te kunnen scheiden moeten de kookpunten voldoende van elkaar verschillen. Hier is dat verschil maar 13 K en dat is heel weinig. C 32 a Extractie is alleen mogelijk als er een extractiemiddel is te vinden waarin één van beide stoffen oplost en de andere niet. Robert kent geen extractiemiddel dat voor dit mengsel geschikt is. b Door gebruik te maken van een magneet kan Robert het ijzer uit het mengsel halen. De koolstof blijft dan vanzelf over. C 33 a Ze verschillen in dichtheid: water 0,998∙103 kg m−3, olijfolie 0,92∙103 kg m−3 en alcohol 0,80∙103 kg m−3. b Nee. Water en alcohol zullen goed met elkaar kunnen mengen omdat ze beide hydrofiel zijn. Olijfolie is hydrofoob en zal een tweede laag in de reageerbuis vormen. Van de onderlinge verhouding van de hoeveelheden alcohol en water hangt af hoe groot de dichtheid van dit mengsel is. Is de dichtheid groter dan die van olijfolie, dan vormen water en alcohol de onderste laag. Is de dichtheid kleiner dan die van olijfolie, dan vormen water en alcohol de bovenste laag. C 34 Indampen, adsorberen en destilleren

4 Een chemische reactie verloopt pas als de temperatuur even hoog als, of hoger is dan de reactietemperatuur. 5 Bij elke chemische reactie treedt een energie-effect op. A 36 Ja, er is een chemische reactie opgetreden. De stof die bij 335 °C vast wordt, heeft andere stofeigenschappen dan de stof waar je mee bent begonnen. Die stof stolt (en smelt) bij 440 °C. (Er is dus een stofeigenschap veranderd, namelijk het smeltpunt = stolpunt.) A 37 a Bij het verdampen van water veranderen de mole culen niet. Waterdamp kan weer condenseren. De eigenschappen van de stof zijn niet veranderd. Het oplossen van zout is ook geen chemische reactie. Bij indampen blijft het zout weer over. De eigenschappen van zout (ook de smaak) blijven hetzelfde. b Bij het verbranden van een kaars is er wel sprake van een chemische reactie. Er komt energie vrij in de vorm van warmte en licht. Het kaarsvet verdwijnt en ervoor in de plaats komen verbrandingsproducten. A 38 a Bij een exotherme reactie komt energie vrij: de reagerende stoffen raken die energie kwijt, de omgeving krijgt er energie bij. b Bij een endotherme reactie is energie nodig. De reagerende stoffen krijgen die energie erbij en de omgeving raakt energie kwijt. c De vormen van energie die je regelmatig tegenkomt zijn warmte, elektriciteit en licht. A 39

1.4 Chemische reacties

Activeringsenergie is de energie die nodig is om een reactie op gang te brengen. A 40

A 35 1 Een chemische reactie kun je herkennen aan het veranderen van stofeigenschappen. Tijdens een chemische reactie veranderen de beginstoffen in reactieproducten. 2 Voor elke chemische reactie geldt de wet van massabehoud. 3 Stoffen reageren en ontstaan in een vaste massaverhouding.



a Op de verticale as staat de energie uitgezet. b Het eerste niveau geeft de energie van de beginstoffen aan, het tweede niveau de energie van de geactiveerde toestand en het derde niveau de energie van de reactieproducten.


17-12-12 16:28

B 41

C 46

a Voor het smelten van kaarsvet is energie (in de vorm van warmte) nodig. Het is dus een endotherm proces. b Deze faseverandering heet stollen. c Stollen is het omgekeerde van smelten. Als voor smelten warmte nodig is, zal bij stollen warmte vrijkomen. Stollen is dus een exotherm proces. d De warmte wordt overgedragen van het kaarsvet aan de omgeving. De omgeving zal dus warmer worden. B 42 Aardgas moet je verwarmen, witte fosfor niet. Het kost dus meer energie om de verbranding van methaan op gang te brengen dan de verbranding van witte fosfor. De activeringsenergie voor de verbranding van methaan is dus het grootst. B 43 Zie voor een voorbeeld van een energiediagram voor de verbranding van aargas figuur 1.22a in het leerboek.

a Als je het staafje buigt, treedt er een reactie op waarbij licht wordt uitgezonden. Licht is een vorm van energie. Er komt dus energie vrij: de reactie is exotherm. b De reactie verloopt al bij kamertemperatuur. Het kost dus niet veel energie om de reactie op gang te brengen. De activeringsenergie is niet zo groot. C 47 a De reactieproducten b Zie figuur 1.3. c Er zal net zoveel water worden gevormd als waarmee je begon: 10 g water. d Als je figuur 1.3 van rechts naar links leest, heb je het energiediagram voor de verbranding van waterstof. Het verschil tussen het energieniveau van water en dat van waterstof en zuurstof is de reactiewarmte (reactie-energie). Bij de verbranding van waterstof komt dus evenveel energie vrij als er nodig is voor de ontleding van water. geactiveerde toestand

De eerste oorzaak is dat één van de beginstoffen op is. De tweede oorzaak is dat de temperatuur daalt tot onder de reactietemperatuur.

energie

B 44

activeringsenergie

C 45 a,b Je kunt bij deze berekening gebruikmaken van een rekenschema zoals onderstaand. methaan

zuurstof

koolstof

waterstof en zuurstof reactie-energie water

water

dioxide massa

16,04

64,00

44,01

36,03

1,0

x

z

y

verhouding hoeveelheid

1.3

stof (g)

1,0 g × 64,00 x = ____________       = 4,0 g zuurstof 16,04 1,0 g × 36,03       = 2,3 g water y = ____________ 16,04 c De massa van de beginstoffen methaan en zuurstof = 1,0 g + 4,0 g = 5,0 g. De massa van de reactieproducten = 2,3 g + z g. Massa beginstoffen = massa reactieproducten 5,0 g = 2,3 g + z g z = 5,0 - 2,3 = 2,7 g koolstofdioxide

8 Hoofdstuk 1


1.5 De snelheid van een reactie A 48 a De tijd die verstrijkt tussen het begin en het einde van een reactie, noemen we reactietijd. Een maat voor de reactiesnelheid is de hoeveelheid stof die per seconde en per liter reactiemengsel ontstaat of verdwijnt. b Naarmate de reactietijd korter is, verloopt een reactie sneller. Je kunt ook zeggen: de reactietijd en de reactiesnelheid zijn omgekeerd evenredig met elkaar.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 49

B 53

1 de verdelingsgraad van een stof 2 de soort stof 3 de temperatuur 4 de concentratie(s) van de reagerende stof(fen) 5 de katalysator B 50 De verdelingsgraad van poedersuiker is groter dan die van kandijsuiker. 50 g poedersuiker zal daardoor sneller oplossen in 1,0 L water dan 50 g kandijsuiker. B 51 a Zie figuur 1.4. Door de grotere verdelingsgraad is de reactiesnelheid in het begin groter. De reactie is eerder afgelopen. De lijn begint hoger op de verticale as en bereikt eerder het nulpunt op de horizontale as. b Door de kleinere concentratie van waterstofchloride zal de reactiesnelheid in het begin kleiner zijn. De reactie is later afgelopen. De lijn begint nu lager op de verticale as en bereikt later het nulpunt op de horizontale as.

De nieuwe kromme begint met een lagere waarde voor de reactiesnelheid en bereikt later de waarde nul dan de gegeven kromme. Het oppervlak onder de kromme, waarvan de waarde overeenkomt met de hoeveelheid stof die tijdens de totale duur van de reactie per liter ontstaat of verdwijnt, blijft even groot. C 54 a Het duurt nog tien minuten. b 120 °C c Het gaar maken van rundvlees duurt zonder snelkookpan wel drie uur. Met een snelkookpan maar drie kwartier. Dan is de tijdwinst dus veel groter dan bij het koken van aardappels. d Door de lagere luchtdruk is de temperatuur waarbij water kookt lager. Daardoor wordt de reactietijd veel langer. Het is bovendien nog maar de vraag of de reactietemperatuur wel wordt bereikt! e Er zijn acht stapjes van 10 °C. Dat betekent dat de snelheid met een factor 28 is toegenomen. Dat wil dus zeggen 256 keer zo snel!

reactiesnelheid

1.6 Het botsende-deeltjesmodel A 55 Een effectieve botsing tussen twee moleculen leidt tot een chemische reactie, een ineffectieve botsing doet dat niet. A 56

tijd = fijner verdeeld ijzer = meer verdunde waterstofchloride-oplossing

1.4

B 52 Tijdens de reactie wordt de concentratie van de beginstoffen kleiner: ze raken immers op. De reactiesnelheid wordt daardoor ook kleiner. Als de reactie is afgelopen, zijn de beginstoffen op. Er vindt geen reactie meer plaats: de snelheid is nul geworden.



a Dat percentage is vrijwel gelijk aan nul. b Voor het laten verlopen van een chemische reactie is een (minimale) hoeveelheid energie nodig, de activeringsenergie. Wanneer een systeem van reagerende deeltjes deze energie heeft, is de zogenaamde reactietemperatuur bereikt. Er vinden nu (naast de gewone botsingen tussen deeltjes) zo veel effectieve botsingen plaats, dat de reactie gaat verlopen. A 57 Tijdens de reactie wordt de concentratie van de beginstoffen steeds kleiner en uiteindelijk nul. Het aantal botsingen zal afnemen, dus ook het aantal effectieve botsingen. De reactiesnelheid wordt kleiner en uiteindelijk nul.


17-12-12 16:28

B 62

a De invloed van de soort stof en de katalysator b De invloed van de verdelingsgraad, de concentratie en de temperatuur B 59 Vergroting van de concentratie van de beginstoffen verhoogt het aantal botsingen, dus ook het aantal effectieve botsingen. Verhoging van de temperatuur verhoogt ook het aantal botsingen, maar die botsingen zijn ook nog eens heftiger. Daardoor neemt de kans op een effectieve botsing meer toe bij temperatuur verhoging dan bij vergroting van de concentratie van de beginstoffen.

a N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) b Een katalysator wordt tijdens de reactie niet verbruikt. Na afloop is er nog evenveel aanwezig als toen de reactie begon. c Een katalysator verlaagt het niveau van de geactiveerde toestand. Het kost daardoor minder moeite om de reactie op gang te brengen. Zie figuur 1.6. geactiveerde toestand zonder katalysator

energie

A 58

activeringsenergie zonder katalysator

B 60

geactiveerde toestand met katalysator

De reactie laten verlopen bij hoge temperatuur en in aanwezigheid van een katalysator, waarbij de beginstoffen fijn verdeeld zijn en de concentratie ervan groot is.

activeringsenergie met katalysator N2 + 3 H2

B 61 a Als de reactie begint is de reactiesnelheid het grootst, daarna wordt deze kleiner totdat de snelheid nul is. Dat komt doordat de concentratie van de beginstoffen in het begin het grootst is, dan steeds kleiner wordt en tenslotte nul is. Zie figuur 1.5. b Als het volume afneemt, neemt de concentratie van alle reagerende stoffen toe. Bij een gasreactie neemt de druk toe. Hierdoor neemt het aantal botsingen per seconde toe, en dus ook het aantal effectieve botsingen. Daardoor zal de snelheid van de reactie groter worden en is deze eerder afgelopen. c Zie figuur 1.5. = onderdeel a reactiesnelheid

= onderdeel c

t1

reactie-energie

2 NH3

1.6

C 63 a Dan is de maximale hoeveelheid H2 ontstaan en is de reactie afgelopen. b Na t seconden is in proef I het meeste H2 ontstaan. Lijn I heeft dus betrekking op de grootste reactiesnelheid. c De leerlingen I en II krijgen evenveel H2. Leerling III veel minder. Toch hebben ze alle drie evenveel Mg gebruikt. Leerling III zal dus te weinig zoutzuur hebben gebruikt. De leerlingen I en II hebben zoveel zoutzuur gebruikt, dat alle Mg heeft gereageerd. Zij hebben dus een overmaat zoutzuur gebruikt. d Reactie I verloopt sneller dan reactie II. In beide reacties is evenveel Mg gebruikt. Het verschil kan liggen in de concentratie van het gebruikte zoutzuur. Deze is dan in proef II lager dan in proef I. Een andere mogelijkheid is dat de temperatuur tijdens proef II lager was dan tijdens proef I.

tijd

1.5

10 Hoofdstuk 1



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

1.7 Afsluiting 1 a Beginstof(fen): koolwaterstof(fen) Reactieproduct(en): bruine stof(fen) b Het enzym werkt als een katalysator. Het versnelt de reactie, maar wordt bij de reactie niet verbruikt. c Voorbeelden van een juist antwoord zijn: − Het enzym ontleedt bij hoge temperatuur. − Het enzym gaat kapot bij hoge temperatuur. − Het enzym wordt onwerkzaam bij hoge temperatuur. d Een voorbeeld van een juist antwoord is: ‘Ja, want azijn(zuur) is ook zuur, dus het houdt de bruinings reactie tegen.’ 2 a Zilver en chloor bezitten meer chemische energie dan zilverchloride. Er moet dus energie worden toegevoerd. De ontleding van zilverchloride is dus een endotherm proces. b,c Zie figuur 1.7.

c Lijn A hoort bij proef 3, grootste reactiesnelheid, dus kortste reactietijd. Lijn C hoort bij proef 1, kleinste reactiesnelheid, dus grootste reactietijd. Lijn B hoort bij proef 2. 4 a 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 b S + O2 → SO2 Er ontstaat de stof zwaveldioxide. c Zie de tabel van figuur 1.8. d Voorbeelden van een juist antwoord zijn: − Als het binnenste gedeelte van de lucifer (ook) brandt, kunnen er stukken afbreken, waardoor brand / schade kan ontstaan. − Wanneer de lucifer doorbrandt, kan een brandend stuk lucifer op de grond / kleren / vingers komen. e De luciferkop bevat naast paraffine nog meer stoffen. Lucy haalt met de wasbenzine alleen de paraffine uit de luciferkoppen. Deze scheidingsmethode heet extraheren. f Antwoord B is juist. g 25 luciferkoppen bevatten 214 mg. Dan bevat 214 mg 1 luciferkop _______      = 8,56 mg paraffine. 25

geactiveerde toestand energie

Een doosje lucifers bevat 45 lucifers, dus 45 × 8,56 = 385 mg paraffine. verbrandings activeringsenergie

1 brandstof 2 zuurstof 3 ontbrandings temperatuur

3 a Eén tablet, in welke vorm dan ook, levert dezelfde hoeveelheid gas. b Bij proef 3 is de reactiesnelheid het grootst, want het contactoppervlak is bij de tablet in poedervorm maximaal. Dus de curve loopt heel steil. Bij proef 1 is de reactiesnelheid het kleinst, want het contact oppervlak is hier minimaal. Dus de curve loopt hier het minst steil. De reactiesnelheid van proef 2 zit daartussen.



kaliumchloraat / KClO3 levert de zuurstof

zilverchloride

1.7 Energiediagram van de ontleding van zilverchloride

(aanwezigheid van) een brandbare stof, bijvoorbeeld zwavel

zilver + chloor reactie-energie

wordt aan voldaan door:

voorwaarde:

afstrijken (met de ruwmakende stof op het strijkvlak) / wrijvingswarmte

1.8

5 5,4 a Rf = ___   = 0,65 8,3 b De gele stof wordt minder ver meegevoerd door de loopvloeistof, dus de oplosbaarheid is kleiner. De roodbruine stof wordt verder meegevoerd, de oplosbaarheid is groter. c Alle vlekken komen hoger uit. De loopafstand gedeeld door de afstand van het vloeistoffront (= Rf-waarde) wordt dan groter.


17-12-12 16:28

d Als de stoffen beter worden vastgehouden door het papieroppervlak, komen de vlekken minder hoog uit. Hierdoor wordt de Rf-waarde kleiner. e De gevonden Rf-waarde lijkt het meest op die van luteïne (zie figuur 1.38 in je leerboek: namelijk 0,69). f Gebruik een andere samenstelling van de loopvloeistof en breng de bekende en de onbekende stof op. Als er op gelijke hoogte vlekken ontstaan, was het inderdaad luteïne. 6 a Hexaan wordt gedestilleerd en cafeïne is daarbij het residu. b Het bespaart grondstofkosten.

12 Hoofdstuk 1



17-12-12 16:28

2 Bouwstenen van stoffen 2.1 Modellen

2.2 De bouw van een atoom

B 1 In modelvoorstelling d is een mengsel van NO en O2 weergegeven. In modelvoorstelling c is de verbinding NO2 afgebeeld. B 2 a Het model is hier een sterk vergrote en vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. b Modelvoorstelling a stelt een mengsel voor, want dit bestaat uit verschillende soorten deeltjes. Modelvoorstellingen b en c stellen een zuivere stof voor. Deze bestaan maar uit een soort deeltjes. c Model b stelt een element voor, want de deeltjes bestaan maar uit één soort atomen. Model c stelt een verbinding voor. De deeltjes zijn samengesteld uit twee soorten atomen. d Voorstelling b: elk molecuul bestaat uit twee waterstofatomen (wit) en twee zuurstofatomen (rood). e Vergelijking 3 geeft de reactie het best weer. Niet alleen reageren losse atomen A met moleculen B2, maar de verhouding waarin dit verloopt, moet je vereenvoudigen tot 2 : 1. B 3 Tekening 2.6d voldoet omdat er evenveel atomen van elke soort staan als in tekening a. De tekening zou de reactie van zwavel (geel) met zuurstof (rood) voor kunnen stellen. De zwavel is in dit voorbeeld in overmaat aanwezig en blijft na de reactie voor een deel onveranderd over. B 4 C9H13NO3 C 5 Deze opdracht is ter beoordeling van de docent.

A 6 Een atoom is opgebouwd uit een kern met protonen en neutronen. Eromheen zitten de elektronen in een elektronenwolk. A 7 De lading van een elektron is heel klein ten opzichte van de SI-eenheid voor lading (die is 1 coulomb). De lading van een elektron, uitgedrukt in coulomb is: 1,6∙10−19 C. Dit is een zeer klein getal. Het is in de praktijk veel handiger om de lading van een elektron als standaardlading te nemen. Die standaardlading noem je de elementaire ladingseenheid (e). A 8 Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen in de kern. Het massagetal is gelijk aan de som van het aantal protonen en het aantal neutronen in de kern. A 9 a koolstof, C b argon, Ar c vanadium, V A 10 Een proton heeft een lading van +1e. Een elektron heeft een even grote, maar tegengestelde lading: -1e. Een neutron heeft geen lading. Het aantal elektronen in de elektronenwolk is gelijk aan het aantal protonen in de atoomkern. De totale lading van een atoom is dus nul: het atoom is elektrisch neutraal. A 11 Atomen van dezelfde atoomsoort die verschillende aantallen neutronen hebben heten isotopen. A 12 a 220  R   n 86 210 b 84 P   o c 197    Au 79



Bouwstenen van stoffen 13

17-12-12 16:28

A 13

B 17

34 p, 34 e en 75 − 34 = 41 n

a Het atoommodel van Bohr is gedetailleerder: in de elektronenwolk bevinden de elektronen zich in banen. De beschrijving van de kern (protonen en neutronen) is voor beide modellen hetzelfde. b Zie figuur 2.1.



A 14 a 7 p, 7 e en 8 n b 27 p, 27 e en 33 n c 53 p, 53 e en 78 n d 58 p, 58 e en 84 n

B 18

B 15 a Zuurstof heeft atoomnummer 8. Dat betekent dat een zuurstofatoom 8 protonen heeft en ook 8 elektronen. Het massagetal is 16 en dus is het aantal neutronen in de kern: 16 − 8 = 8 neutronen. b Neon heeft atoomnummer 10. Dus 10 protonen in de kern en 10 elektronen in de elektronenwolk. Een neonatoom met massagetal 22 bezit: 22 − 10 = 12 neutronen. c Aluminium heeft atoomnummer 13. Dus 13 protonen in de kern en 13 elektronen in de elektronenwolk. Een aluminiumatoom met massagetal 27 bezit: 27 − 13 = 14 neutronen in de kern. d Waterstof heeft atoomnummer 1. Dus 1 proton als kern en 1 elektron in de elektronenwolk. Een waterstofatoom met massagetal 1 bezit: 1 − 1 = 0 neutronen in de kern. B 16

  g, magnesium M a 24 12 b 58   i, nikkel N 28 c 104    Pd, paladium 46 d 183    W, wolfraam 74

B 19 De index bij de notatie van een isotoop geeft het atoomnummer aan. Omdat het symbool van het element gegeven is, kun je het atoomnummer gemakkelijk opzoeken (bijvoorbeeld in Binas).

2.3 Het periodiek systeem A 20 De rijen heten perioden en de kolommen heten groepen. A 21

Zie de onderstaande tabel. symbool

N

Li

Zn

Cl

P

atoomnummer

7

3

30

17

15

aantal protonen

7

3

30

17

15

aantal elektronen

7

3

30

17

15

aantal neutronen

7

4

36

20

16

massagetal

14

7

66

37

31

a Minstens 115 elementen zijn bekend. Van een aantal elementen is bijna bewezen dat ze bestaan, maar die claims zijn nog niet goedgekeurd door de IUPAC (internationale groep chemici). b Ongeveer 90 elementen komen in de natuur voor. A 22 a Fluor, chloor, broom, jood en astaat b Lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium en francium c Helium, neon, argon, krypton, xenon en radon A 23

11+

a Gd b Ge c Tc d As A 24

2.1

14 Hoofdstuk 2


a telluur b rhenium c beryllium d argon e plutonium


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 25 Cl-35 en Cl-37 staan op dezelfde plaats in het periodiek systeem, namelijk in de derde periode en in de zeventiende groep op nummer 17. Cl-35 en Cl-37 zijn isotopen, ze hebben hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen. 14+

A 26 De elementen die chemisch gezien enigszins op magnesium lijken, staan in dezelfde groep als magnesium. Het zijn: beryllium (Be), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) en radium (Ra). B 27 Nee, bij de elementen uit groep veertien treedt van boven naar beneden een geleidelijke overgang op van niet-metaalkarakter naar metaalkarakter. Zo behoren C en Si tot de niet-metalen, terwijl Sn en Pb tot de metalen behoren. Germanium zit daar met zijn eigenschappen een beetje ‘tussenin’. (Dat blijkt wel uit het feit dat germanium werd toegepast in halfgeleiders.) B 28 110 Darmstadtium Ds; 111 Roentgenium Rg; 112 Copernicium Cn; 113 Ununtrium Uut; 114 Ununquadium Uuq; 115 Ununpentium Uup; 116 Ununhexium Uuh; 117 Ununseptium Uus; 118 Ununoctium Uuo. Element 116 is inmiddels erkend en krijgt binnenkort een eigen naam (in plaats van een telwoord).

2.2

C 30 a Het element met atoomnummer 116 zou je moeten plaatsen in de zevende periode en in de zestiende groep. b Het element met atoomnummer 124 zou terecht komen in de achtste periode. c Element 124 zou links onder in het periodiek systeem komen te staan, dat wil zeggen midden tussen de metalen. Het zal dus waarschijnlijk een metaal zijn. d Hoe hoger het atoomnummer, des te groter wordt ook de atoomkern. Daarmee neemt ook het aantal protonen in de kern toe. Deze positief geladen deeltjes stoten elkaar af. Blijkbaar is er een punt, waarop de atoomkern niet langer stabiel is: door afstotende kernkrachten valt het atoom uiteen.

B 29 a Silicium heeft atoomnummer 14. Silicium staat in de derde periode en dus verdelen de elektronen zich over drie schillen. In de K-schil kunnen twee elektronen en in de L-schil acht. Voor de derde schil blijven er dan vier elektronen over. De elektronenconfiguratie is: 2, 8, 4. b Calcium heeft atoomnummer 20. Calcium staat in groep 2, dus in de buitenste schil zitten twee elektronen. Omdat calcium in de vierde periode staat, verdelen de elektronen zich over vier schillen. In de K-schil kunnen twee elektronen en in de L-schil acht. Voor de derde schil blijven er dan acht elektronen over. De elektronenconfiguratie is: 2, 8, 8, 2. c Zie figuur 2.2.

2.4 Ionen, deeltjes met een lading A 31 a Een ion b Er is meer negatieve lading in de elektronenwolk dan positieve lading in de kern, dus het ion is negatief geladen. c Er is meer positieve lading in de kern dan negatieve lading in de elektronenwolk, dus het ion is positief geladen. A 32 Figuur b stelt een Na-atoom voor. Figuur c stelt een Ca2+-ion voor. Figuur a stelt een F-ion voor.




17-12-12 16:28

A 33

A 37

a 4 p en 2 e b 37 p en 36 e c 34 p en 36 e d 79 p en 76 e 

A 34 Zie voor een uitwerking van deze opgave de tabel in figuur 2.3. ionsoort

ionsoort

afgeleid

atoom

aantal

(naam)

(formule)

van het

num

elektronen

atoom

mer

kaliumion

K+

kalium

19

19 − 1 = 18

sulfide-ion

S2−

zwavel

16

16 + 2 = 18

chroomion

Cr

chroom

24

24 − 3 = 21

jodide-ion

I

jood

53

53 + 1 = 54

3+



2.3

A 35 a De elementen uit groep twee behoren alle tot de metalen, dus vormen ze positieve ionen. b De elementen uit groep zeventien behoren alle tot de niet-metalen, dus vormen ze negatieve ionen. c IJzer en koper zijn metalen en vormen dus positieve ionen. Zwavel is een niet-metaal en vormt dus negatieve ionen. A 36 a C-35 heeft atoomnummer 17, dus 17 protonen en elektronen. Het aantal neutronen is 35 − 17 = 18. De elektronenconfiguratie is 2, 8, 7. Om in de buitenste schil een octet te kunnen krijgen, neemt Cl één elektron op. b Na-23 heeft atoomnummer 11, dus 11 protonen en elektronen. Het aantal neutronen is 23 − 11 = 12. De elektronenconfiguratie is 2, 8, 1. Om in de buitenste schil een octet te kunnen krijgen, staat Na één elektron af. c Ne-20 heeft atoomnummer 10, dus 10 protonen en elektronen. Het aantal neutronen is 20 − 10 = 10. De elektronenconfiguratie is 2, 8. Neon heeft al 8 elektronen in de buitenste schil, het is een edelgas en is weinig reactief.

16 Hoofdstuk 2


a Een elektronenverdeling die lijkt op die van een edelgas, dus acht elektronen in de buitenste schil (behalve He, dat heeft maar 2 elektronen en daarmee is de ‘buitenste schil’ vol). b Atomen staan elektronen af, nemen elektronen op of delen elektronen zodat er uiteindelijk acht elektronen in de buitenste schil zijn: een octet. Dit streven wordt de octetregel genoemd. B 38 a 40Ca b Er is onvoldoende informatie: verschillende isotopen kunnen 63 neutronen hebben. c 56Fe3+ d Se2 B 39 Zie voor een uitwerking van deze opgave de tabel in figuur 2.4. atoom p

e

ion

p

e

edelgas

O

8

8

8

10

Ne

Fe

26

26

Fe3+

26

23

geen

Se

34

34

Se

34

36

Kr

C

6

6

C

6

2

He

Ra

88

88

88

86

Rn

O

2−

2

4+

Ra2+

2.4

B 40 a Fr+ b Al3+ c S2− d Te2− C 41 De elektronen in de buitenste schil van de elektronenwolk zijn betrokken bij het verbreken en vormen van atoombindingen. Bij het vormen van nieuwe atoombindingen ontstaan er ook nieuwe stoffen (met nieuwe stofeigenschappen). Een scheikundige houdt zich nu juist bezig met het maken en bestuderen van nieuwe stoffen en is dus meer geïnteresseerd in de elektronenwolk dan in de atoomkern.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

2.5 Massa van atomen, moleculen en ionen A 42 a De massa van een atoom is erg klein ten opzichte van de SI-eenheid van massa: de kilogram. Men heeft de atomaire massa-eenheid (u) ingevoerd om het werken met heel kleine getallen te vermijden. b Het massagetal is niets anders dan de som van het aantal protonen en neutronen: dat wil zeggen altijd een telwaarde. De atoommassa is de gemiddelde massa van een atoom van een bepaalde atoomsoort uitgedrukt in u. A 43 massa van een proton _______________ 1,007276 u a  ______________________        =        = massa van een elektron 5,485799∙104 u 1,836∙103 Een proton is dus afgerond 1,836∙103 keer zo zwaar als een elektron. Dit getal is afgerond op vier cijfers en genoteerd in een macht van 10. (Op de display van je rekenmachine heb je waarschijnlijk gevonden: 1836,151853.) b De atoomkern bestaat uit protonen en neutronen. Beide deeltjes hebben afgerond een massa van 1,01 u. De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein ten opzichte van de massa van een proton of neutron. Bovendien bevindt een elektron zich in een wolk rondom de atoomkern. De massa van een atoom is dus vrijwel geheel geconcentreerd in de atoomkern. A 44 a 1,6735∙1024 g × 6,022∙1023 = 1,008 g en dat is in getalwaarde gelijk aan de atoommassa van waterstof. b 26,568∙1024 g × 6,022∙1023 =16,00 g en dat is in getalwaarde gelijk aan de atoommassa van zuurstof. A 45 Atoommassa’s zijn gemeten waarden, massagetallen zijn telwaarden (massagetal = aantal protonen + aantal neutronen in de atoomkern). A 46 a 87,6 = 8,76∙101 b 5526 = 5,526∙103 c 0,0016 = 1,6∙10−3



A 47 a De molecuulmassa van NH3 = 14,01 + (3 × 1,008) = 17,03 u. b De molecuulmassa van H2SO4 = (2 × 1,008) + 32,06 + (4 × 16,00) = 98,08 u. c De molecuulmassa van Br2 = 2 × 79,90 = 159,8 u. d De molecuulmassa van C8H10N4O2 = (8 × 12,01) + (10 × 1,008) + (4 × 14,01) + (2 × 16,00) = 194,2 u. A 48 a H2O: Mr = 16,00 + (2 × 1,008) = 18,02 u b OH: Mr = 16,00 + 1,008 = 17,01 u c CaSO4: Mr = 40,08 + 32,06 + (4 × 16,00) = 136,14 u d Fe(H2O)63+: Mr = 55,85 + (6 × 2 × 1,008) + (6 × 16,00) = 163,95 u B 49 a Die hoeveelheid ammoniak bevat: 3,63∙1024 ________      = 1,21∙1024 N-atomen. 3 b 1,21∙1024 N-atomen hebben een massa van: 1,21∙1024 × 14,01 u = 1,70∙1025 u. c 1,70∙1025 u × 1,66054∙10−24 g u−1 = 28,2 g (eventueel: 2,82∙101 g of 28,1 g, wanneer je verder hebt gerekend met het niet-afgeronde antwoord van vraag b). B 50 a De molecuulmassa van H2O = (2 × 1,008) + 16,00 = 18,02 u. De molecuulmassa van D2O = (2 × 2,014102) + 16,00 = 20,03 u. massa molecuul D2O _______ 20,03 u b  ___________________   =   = 1,112 massa molecuul H2O 18,02 u Een molecuul D2O is dus 1,112 maal zo zwaar als een molecuul H2O. c De elektronenwolk bepaalt de omvang van een atoom. De omvang van een D-atoom is even groot als de omvang van een H-atoom. Het verschil zit hem alleen in de samenstelling van de atoomkern. We kunnen concluderen dat een molecuul D2O even groot is als een molecuul H2O. d 1,000 dm3 zuiver D2O bestaat uit hetzelfde aantal moleculen als 1,000 dm3 zuiver H2O. De dichtheid van zuiver D2O is dus: 1,112 × 0,998 kg dm−3 = 1,11 kg dm3. e Zuiver D2O wordt zwaar water genoemd, omdat het een grotere dichtheid heeft dan zuiver H2O.


17-12-12 16:28

B 51 a Boor heeft atoomnummer 5. In de natuur komen voor: B-10 en B-11 (zie Binas tabel 25). b Hun massagetallen zijn respectievelijk 10 en 11. c Beide boorisotopen bezitten 5 protonen in de kern en 5 elektronen in de elektronenwolk. d B-10 bevat 10 − 5 = 5 neutronen in de kern, terwijl B-11: 11 − 5 = 6 neutronen in de kern bevat. e Stel je gaat uit van 1000 booratomen. Dan hebben 198 booratomen (= 19,8% van 1000) een massa van 10,012938 u en 802 booratomen (= 80,2% van 1000) hebben een massa van 11,009305 u. De totale massa van deze 1000 booratomen is: (198 × 10,012938) + (802 × 11,009305) = 10 812,1 u. De gemiddelde massa van een booratoom wordt dan: 10 812,1 u __________      = 10,8121 u = 10,8 u. 1000

e Dit antwoord komt vrijwel overeen met de waarde in Binas (69,1%).

2.6 Een nieuwe eenheid: de mol A 55 abc Zie voor een uitwerking van deze opgave de tabel in figuur 2.5. d Sinds oktober 1983 is de meter in het SI gedefinieerd als de lengte van de weg die het licht in vacu1   seconde. üm aflegt in een tijd van ____________   299 792 458 grootheid of

Deze waarde komt overeen met die uit Binas.

symbool

eenheid?

B 52 a 2 H: massa = 2 × 1,008 = 2,016 u. 4 O: massa = 4 × 16,00 = 64,00 u. Totale massa van 2 H + 4 O = 2,016 u + 64,00 u = 66,02 u. De atoomsoort X heeft dus een massa van: 145,0 − 66,02 = 79,0 u. b X = seleen (atoomnummer 34, atoommassa 78,96 u) C 53 C17H18F3NO (17 × 12,01) + (18 × 1,008) + (3 × 19,00) + 14,01 + 16,00 = 309,3 u C 54 a Koper heeft atoomnummer 29. De nauwkeurige massa van de beide koperisotopen is voor Cu-63: 62,92960 u en voor Cu-65: 64,92779 u. b De totale massa van die 1000 koperatomen is: (62,92960 × x) + 64,92779 × (1000 − x). c Je vult in wat je weet: (62,92960 × x) + 64,92779 × (1000 − x) 63,55 = __________________________________           1000 of: 63,55 × 1000 = (62,92960 × x) + (64927,79 − 64,92779 × x) vereenvoudigd: 1,99819 × x = 1377,79 of: x = 689,5 d Je kunt concluderen dat 689,5 van de 1000 atomen Cu-63 isotopen zijn (zo was x immers gedefinieerd!). Het percentage Cu-63 in natuurlijk koper is dan:

wel of geen SI-eenheid?

kilogram

eenheid

kg

wel

energie

grootheid

E of U



tijd

grootheid

t



meter

eenheid

m

wel

kelvin

eenheid

K

wel

dichtheid

grootheid

ρ



ton

eenheid

t

niet

lichtjaar

eenheid



niet

volume

grootheid

V



2.5

A 56 a microgram b decimeter c picoseconde d kilo-ampère e millimol A 57 cL = centiliter = 102 L A 58 a 41,1 km = 41,1 × 103 m = 4,11∙104 m b 0,0535 ML = 0,0535 × 106 L = 5,35∙104 L c 6,38∙103 mg = 6,38∙103 × 10−6 kg = 6,38∙10−3 kg

689,5 ______   × 100% = 69,0% Cu-63 afgerond (en uiteraard 1000 31,0% Cu-65). 18 Hoofdstuk 2



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 59

d

a 4,3 g = 4,3∙103 kg b 2∙103 m = 2 km c 4∙106 kg = 4∙1012 mg d 5,7∙103 g = 5,7 kg e 1,12 cm = 11,2 mm f 4,9 mL = 4,9∙10−3 L g 7,1∙10−3 L = 7,1 mL

h 6,1∙10−9 g = 6,1∙10−3 µg i 4,5 cm3 = 4,5 mL j 123 cm = 1,23 m k 89 µg = 8,9∙10−5 g l 125 mL = 1,25∙10−1 L of 0,125 L

A 60

mol

1,00

x

gram

39,95

1,2∙10−6

1,2∙10−6 g × 1,00 mol x = ___________________       = 3,0∙10−8 mol Ar   39,95 g A 62 6,022∙1023 × 45 g = 2,7∙1025 g B 63

a gram

32,00

x

mol

1,00

2,7

2,7 mol × 32,00 g x = ________________       = 86 g O2   1,00 mol b gram

58,12

x

mol

1,00

2,7

2,7 mol × 58,12 g x = ________________       = 156,9 g = 1,6∙102 g C4H10   1,00 mol c gram

253,8

x

mol

1,00

1,22∙10−3

1,22∙10−3 mol × 253,8 g x = _____________________        = 3,10∙10−1 g I2   1,00 mol d gram

17,03

x

mol

1,00

3,05∙10−4

3,05∙10−4 mol × 17,03 g x = _____________________        = 5,19∙10−3 g NH3   1,00 mol A 61

De lengte van de rij atomen is dan 1,5∙10−10 × 1019 m = 1 500 000 000 m = 1 500 000 km. 500 000 Dat gaat 1 _________      = 37 keer rond de aarde. 40 075 B 64 a 2000 mg L−1 (mg/L) b 2000 µg mL−1 (µg/mL) c 2 g L−1 (g/L) d 2000 ng µL−1 (ng/µL) e 2 g L−1 (g/L), dus in 5,0 liter: 10 g B 65 a 5,0 mol H2O2 = 5,0 × 2 mol = 10 mol O-atomen b

1,00

x

gram

28,02

4,6∙102

4,6∙102 g × 1,00 mol x = __________________       = 16,417 = 16 mol N2   28,02 g b mol

1,00

x

gram

44,02

8,12

8,12 g × 1,00 mol x = ________________       = 0,18446 = 0,184 mol N2O   44,02 g c mol

1,00

x

gram

342,3

1,0∙10−2

1,0∙10 g × 1,00 mol x = ___________________       = 2,9∙10−5 mol C12H22O11   342,3 g −2

1,00

x

gram

32,00

20

20 g × 1,00 mol x = ______________       = 0,625 mol O2 =   32,00 g 0,625 × 2 mol O = 1,3 mol O-atomen c

a mol

mol

mol

1,00

x

gram

48,00

20

20 g × 1,00 mol x = ______________       = 0,417 mol O3 = 0,417 × 3 =   48,00 g 1,3 mol O-atomen d mol

1,00

x

gram

46,07

20

20 g × 1,00 mol x = ______________       = 0,43 mol C2H6O.   46,07 g Dit bevat eveneens 0,43 mol O-atomen. B 66 a aantal deeltjes

6,022∙1023

x

mol

1,00

4,2

4,2 mol × 6,022∙1023 x = __________________       = 2,5∙1024 moleculen CO2   1,00 mol




17-12-12 16:28

b

b aantal deeltjes

6,022∙1023

x

€

x

257 000

mol

1,00

4,2

kg

1,00

12,4414

4,2 mol × 6,022∙1023 x = __________________       = 2,5∙1024 moleculen C7H16   1,00 mol (4,2 mol van iedere stof bevat 2,5∙1024 moleculen.) c mol

1,00

x

gram

4 × 30,97

4,2

aantal deeltjes

6,022∙1023

x

mol

1,00

3,39∙10−2

3,39∙10−2 mol × 6,022∙1023 x = ________________________        = 2,0∙1022 moleculen P4   1,00 mol d 1,00

x

gram

34,08

1,4∙10−3

€ 257 000 × 1,00 kg __________________        = € 20 657. 12,4414 kg

C 69

4,2 g × 1,00 mol x = _______________        = 3,39∙10−2 mol P4 4 × 30,97 g

mol

1 kg goud heeft dan een waarde van

1,4∙10 g × 1,00 mol x = ___________________       = 4,11∙10−5 mol H2S  

a De formule van coffeïne is C8H10N4O2. b M = (8 × 12,01) + (10 × 1,008) + (4 × 14,01) + (2 × 16,00) = 194,2 g mol1

aantal deeltjes

6,022∙1023

x

mol

1,00

4,11∙10−5

4,11∙10−5 mol × 6,022∙1023 x = ________________________        = 2,5∙1019 moleculen   1,00 mol H2S B 67

1,00

x

gram

194,2

0,125

0,125 g × 1,00 mol x = _________________       = 6,44∙104 mol   194,2 g c

−3

34,08 g

mol

aantal deeltjes

6,022∙1023

x

mol

1,00

6,44∙104

6,44∙104 mol × 6,022∙1023 Dat komt overeen met _______________________        =   1,00 mol 3,88∙1020 moleculen coffeïne.

2.7 Afsluiting 1

gram

3,28

x

mol

0,0275

1,00

De molaire massa van chloroform is: 3,28 g × 1,00 mol        = 119 g. x = ________________ 0,0275 mol De molecuulmassa is dan 119 u. B 68 a gram

31,1035

x

troy ounce

1,00

400

400 troy ounce × 31,1035 g 400 troy ounce = _________________________         = 1,00 troy ounce 12 441,4 g = 12,4414 kg

20 Hoofdstuk 2


a Tin staat in groep 14. b Voorbeelden van een juist antwoord zijn: − Het smeltpunt van tin is veel lager dan van koper (waardoor tin gemakkelijker is om te smelten). − Het smeltpunt van tin is 505 K en dat van koper 1356 K (dus om koper om te smelten is een (te) hoge temperatuur nodig en dat is moeilijk). c Antwoord B is juist. d Antwoord C is juist. e Antwoord C is juist. 2 a 12,01 + 2 × 16,00 = 12,01 + 32,00 = 44,01 u b (0,20 × 2 × 16,00) + (0,80 × 2 × 14,01) = 6,400 + 22,42 = 29 u c De moleculen bewegen in een gas op grote afstand van elkaar. CO2-, N2- en O2-moleculen zijn kleine moleculen, dus waarschijnlijk zitten er per liter evenveel moleculen in een liter CO2 als in een liter lucht.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

d De CO2-moleculen hebben een grotere massa, dus de dichtheid van CO2(g) zal groter zijn. e Bij het vrijkomen van 80 miljoen m3 CO2 is het gas over de kraterwand langs de hellingen naar beneden gezakt en omdat het zwaarder is dan lucht is het dicht bij de grond gebleven. Hierdoor zijn mensen en dieren gestikt. f Het meer is 200 m diep waardoor een enorme druk wordt uitgeoefend op de onderste waterlagen. Bij deze druk is CO2 vloeibaar en vloeibaar CO2 is zwaarder dan water. g Om er voor te zorgen dat het vloeibare CO2 naar boven komt, moet je het voorzichtig oppompen. h Onder Barendrecht ligt geen oude vulkaankrater. Hoewel de Nederlandse bodem er heel ‘soft’ uitziet, betreft dat alleen maar het oppervlak. Ver daaronder liggen ondoordringbare lagen zout, klei en steen. Ze zijn zó ondoordringbaar dat ze al miljoenen jaren lang een grote bel aardgas op zijn plaats hebben weten te houden, in de zandsteenlagen eronder. Je mag veronderstellen dat deze lagen ook in staat zijn om CO2 tegen te houden. 3 a Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: − Er gaan elektronen (spontaan van nikkel) naar het koperplaatje, dus het koperplaatje wordt negatief geladen. − Het koperplaatje wordt negatief geladen, want elektronen / bètadeeltjes zijn negatief. b Aantal protonen: 28 Aantal neutronen: 35 c Een atoom van het element dat is ontstaan, heeft (een neutron minder en) een proton meer dan een atoom nikkel(-63) / heeft 29 protonen, dus is het element koper(-63) ontstaan. 4

6 a De formule van aspirine is C9H8O4. b M = (9 × 12,01) + (8 × 1,008) + (4 × 16,00) = 180,1 g mol−1 gram

180,1

0,500

mol

1,00

x

0,500 g × 1,00 mol x = __________________       = 2,78∙103 mol   180,1 g c Dat zijn: 2,78∙103 × 6,022∙1023 = 1,67∙1021 moleculen. 7 gram mol

1,0∙103

18,02

x

1,00

1,0∙10 g × 1,00 mol x = ___________________       = 55,49 mol water   18,02 g 3

mol

1,00

55,49

aantal deeltjes

6,022∙10

x

23

55,49 mol × 6,022∙1023 deeltjes x = ____________________________        =   1,00 mol 25 3,3∙10 moleculen water gram

1,0∙103

46,07

mol

x

1,00

1,0∙103 g × 1,00 mol x = ___________________       = 21,71 mol alcohol   46,07 g mol

1,00

21,71

aantal deeltjes

6,022∙10

x

23

21,71 mol × 6,022∙1023 deeltjes x = ____________________________        =   1,00 mol 25 1,3∙10 moleculen alcohol 8 gram

221,6

x

mol

0,5731

1,00

Neem 100 atomen silicium: (92,23 × 27,97693) + (4,67 × 28,97650) + (3,10 × x) _____________________________________________           =   100 28,08551 u x = 29,97377 u voor de derde siliciumisotoop.

De molaire massa van cholesterol is: 221,6 g × 1,00 mol        = 387 g x = _________________ 0,5731 mol De molecuulmassa is dan 387 u.

5 a X = Sr b X = Br




17-12-12 16:28

3 Moleculaire stoffen 3.1 Stoffen en hun eigenschappen B 1 a Een zuivere stof, in gedestilleerd water bevindt zich maar één soort stof. b Ja, gedestilleerd water is een zuivere stof, dus alle moleculen waaruit deze stof is opgebouwd zijn gelijk. c Stoffen die goed oplossen in water worden hydrofiel genoemd. d Stoffen die niet goed oplossen in water worden hydrofoob genoemd. e Aangezien ethanol hydrofiel is en wasbenzine hydrofoob, verwacht je dat deze stoffen niet in elkaar oplossen. De regel is: hydrofiele stoffen lossen op in andere hydrofiele stoffen. Hydrofobe stoffen lossen op in andere hydrofobe stoffen. Hydrofiele stoffen lossen niet op in hydrofobe stoffen. f De dichtheid is 0,998∙103 kg m3. Dus 998 g L1. Er is 200 mL, dus 0,200 L. liter

1,00

0,200

gram

998

x

998 g × 0,200 L x = ______________       = 2,00∙102 g water 1,00 L g De molaire massa van water is 18,02 g mol1. gram

18,02

2,00∙102

mol

1,00

x

k Voeg bij het mengsel wat water. Het zout lost op, het zand niet. Dit heet extraheren, water is het extractiemiddel. Vervolgens ga je filtreren. Het zand is het residu, het zout is (opgelost in water) het filtraat. Vervolgens ga je het filtraat indampen, het water verdampt en het zout blijft achter. l Bij extraheren maak je gebruik van het verschil in oplosbaarheid. Bij filtreren maak je gebruik van het verschil in deeltjesgrootte. Bij indampen maak je gebruik van het verschil in kookpunt.

6+

3.1

3.2 De bouw van stoffen A 2 Zie de tabel in figuur 3.2.

2,00∙102 g × 1,00 mol x = ___________________       = 11,1 mol water   18,02 g h

formule

groep

geleiding in

geleiding in

vaste fase

vloeibare fase

K

metalen

+

+

mol

1,00

11,1

Hg

metalen

+

+

aantal deeltjes

6,022∙1023

x

KF

zouten

–

+

C12H22O11

moleculaire

–

–

–

–

–

–

11,1 mol × 6,022∙10 x = ___________________       = 6,68∙1024 watermoleculen   1,00 mol i Zie figuur 3.1. j Een koolstofatoom heeft vier elektronen in de buitenste schil. Volgens de octetregel streeft het atoom naar acht elektronen in deze schil. Een koolstofatoom komt dus nog vier elektronen te kort. 23

stoffen S8

moleculaire stoffen

C18H36O2

moleculaire stoffen

3.2

22 Hoofdstuk 3



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 3 Koper is een metaal en is daarom goed in staat elektrische stroom te geleiden. Pvc is een moleculaire stof en geleidt dus niet. Daarom kun je het pvc-omhulsel om de koperen bedrading aanraken zonder gevaar te lopen een elektrische schok te krijgen. De stroom kan immers niet door het pvc-omhulsel heen. Ook porselein en glas zijn moleculaire stoffen en kunnen dus goed als isolator worden gebruikt.

13+

A 4

A 5 a Een stof geleidt stroom als geladen deeltjes vrij kunnen bewegen. In een vast zout hebben de ionen geen bewegingsvrijheid. In een vast metaal hebben de positieve ionen weliswaar geen bewegingsvrijheid, maar de vrije elektronen wel. Zij zorgen dan ook voor het ladingstransport, waardoor een metaal in de vaste fase wel elektrische stroom geleidt en een zout niet. b In een vloeibaar zout verliezen de ionen de vaste plek in het rooster en kunnen ze bewegen. Hierdoor zijn er nu wel geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen. Er is dus ook geleiding van elektrische stroom. c Elektrolyse is een ontledingsreactie (met elektrische stroom). Een metaal is een element en is daarom niet te ontleden.

3.3

B 9 a CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) b Zie figuur 3.4. c De calciumionen onderling stoten elkaar af, de oxide-ionen onderling ook. De calciumionen en de oxide-ionen trekken elkaar aan. d Volgens het atoommodel van Bohr is de elektronenverdeling voor een calciumatoom 2, 8, 8, 2. Dus twee elektronen in de buitenste schil. Het calciumion zal een lading van 2+ hebben. De elektronenverdeling van het zuurstofatoom is 2, 6. Het atoom heeft nog twee elektronen in de buitenste schil nodig. De lading van het oxide-ion is 2-.

energie

a In beide roosters is sprake van regelmatig gerangschikte positieve ionen. b In een metaalrooster bevinden zich vrije elektronen, in een ionrooster bevinden zich regelmatig gerangschikte negatieve ionen.

lage activeringsenergie

B 6

CaO + H2O

Nee, dit klopt niet. Alleen moleculaire stoffen bestaan uit moleculen. Metalen bestaan uit positieve metaalionen omringd door negatieve elektronen en zouten bestaan uit positieve en negatieve ionen.

Ca(OH)2

B 7 Nee, gasvormige stoffen kunnen geen stroom geleiden. De afstand tussen de deeltjes waaruit de stof bestaat is in de gasvormige fase te groot om de elektrische stroom door te kunnen geven. B 8 a Zie figuur 3.3. b Het aluminiumatoom heeft drie valentie-elektronen, er bevinden zich namelijk drie elektronen in de buitenste schil.



3.4

B 10 Bij verwarming van stoffen gaan de atomen van de stof sneller trillen en afhankelijk van de wijze waarop de atomen trillen kan er warmtetransport optreden. Maar metalen hebben ook vrije elektronen die niet alleen lading, maar ook warmte kunnen transporteren.

Moleculaire stoffen 23

17-12-12 16:28

Goede geleidende metalen zijn daarom meestal ook goede warmtegeleiders. Glas bevat geen vrije elektronen en geleidt onder andere daardoor de warmte minder goed.

e

H

N

f

3.3 Binding in moleculen A 11 a koolstofmono-oxide of monokoolstofmono-oxide b distikstoftetra-oxide c fosfortrichloride of monofosfortrichloride d difosfortrisulfide e zwavelhexafluoride of monozwavelhexafluoride f trisiliciumtetrafosfide A 12 a Zie figuur 3.5. b Een stikstofatoom heeft vijf valentie-elektronen. c Stikstof heeft een covalentie van 3. Als stikstof drie elektronen deelt met andere atomen, dan voldoet het atoom aan de octetregel. Het stikstofatoom zal dus drie atoombindingen vormen. d N N

H

H

C

C

H

H

H

N

B 14 a H

N

H

b H

H

Cl

H N H H H Cl

H N H H H Cl

B 15

H

a

H

C

H O

C

H

H

H

H

C

C

O H

H H H H b Je kunt meerdere structuurformules tekenen bij de molecuulformule C2H6O. Dit houdt in dat er ook meerdere stoffen zijn met deze molecuulformule. We willen voor iedere stof een andere naam hebben, dus is er hier een andere naamgeving nodig. Voor een deel ken je deze naamgeving van vorig jaar. Je gaat hier in hoofdstuk 6 mee verder. B 16

7+

3.5

A 13 a

H N

H

b

O

c

HC

O CH Cl

d

Cl

H

C

Cl

a HBr en CH4 zijn moleculair omdat de formules van de stoffen enkel bestaan uit niet-metaalatomen. NaF en BaO zijn zouten omdat de formules van de stoffen bestaan uit de combinatie van een metaal met een niet-metaalatoom. b NaF: ionbinding HBr: atoombinding CH4: atoombinding BaO: ionbinding c NaF: DENF–Na = 4,1 − 1,0 = 3,1, dus er is sprake van een ionbinding. HBr: DENBr-H = 2,7 − 2,1 = 0,6, dus er is sprake van een polaire atoombinding. CH4: DENC-H = 2,5 − 2,1 = 0,4, dus er is sprake van een apolaire atoombinding. BaO: DENO-Ba = 3,5 − 1,0 = 2,5, dus er is sprake van een ionbinding. B 17 a DENF–Cl = 4,1 − 2,8 = 1,3 Op grond van dit grote verschil in elektronegativiteit kun je stellen dat de F-Cl-atoombinding een polaire atoombinding is.

Cl

24 Hoofdstuk 3



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

3.4 Vanderwaalsbinding A 18 I Dit is juist. Door een hogere molecuulmassa wordt de vanderwaalsbinding sterker. II Dit is niet juist. De hoogte van het kookpunt is afhankelijk van de bindingen tussen moleculen. Atoom bindingen bevinden zich in moleculen. Bij het koken blijven de moleculen zelf intact. III Dit is juist. Bij ontleden verbreek je de bindingen in moleculen. Hoe sterker de atoombindingen zijn, hoe meer energie (in de vorm van warmte) je nodig hebt om deze te verbreken.

e Hoe groter de molecuulmassa van een stof, des te sterker is ook de vanderwaalsbinding. Bij sterkere vanderwaalsbindingen zullen het smeltpunt en het kookpunt ook hoger liggen. Gaande van F2 naar I2 neemt de molecuulmassa toe. Ook de smelten kookpunten komen dan steeds hoger te liggen. f Trek een horizontale lijn bij T = kamertemperatuur (293 K). Kijk nu of het kookpunt van de stof boven of onder die lijn ligt. Is het kookpunt van een stof lager dan kamertemperatuur, dan is die stof bij kamertemperatuur gasvormig. Bij fluor en chloor is dat het geval. stof

Cl2

172

239

70,90

Br2

266

332

158,80

I2

387

458

253,8

3.6 500

I2 kookpunt

400


I2

Br2 300 Cl2

Br2 smeltpunt

200

kamertemperatuur

Cl2 F2

A 20


(u) 38,00

100

a,b Zie de tabel van figuur 3.6. c,d Zie figuur 3.7.

molecuulmassa

(K) 85

Als de gekko maar de helft van de haartjes heeft, neemt de vanderwaalskracht met ongeveer de helft af en waarschijnlijk blijft de gekko dan niet hangen.

B 21

kookpunt

(K) 54

A 19

 Het vloeibaar worden van de paraffine net onder de lont. De vanderwaalsbindingen worden verbroken (en weer opnieuw gevormd).  Het verdampen van de paraffine die bij de vlam in de lont komt. De vanderwaalsbindingen worden verbroken.  Het ontleden van de paraffine die bij de vlam in de lont komt. De atoombindingen worden verbroken.  Het verbranden van de verbindingen die bij het ontleden zijn ontstaan. De atoombindingen worden verbroken.

smeltpunt

F2

T (K)

b Het fluoratoom heeft de lading δ omdat de elektronegativiteit van fluor groter is. c DENF–H = 4,1 − 2,1 = 2,0 d Op grond van het verschil in elektronegativiteit zou de binding in HF een ionbinding moeten zijn, maar omdat HF geen zout is, heb je hier te maken met een sterke polaire atoombinding. e Het fluoratoom heeft de lading δ, het waterstof atoom is δ+.

F2 0

100

200 molecuulmassa (u)

300

3.7

B 22 a De formule van koolstofdisulfide is: CS2. Eén molecuul koolstofdisulfide bestaat dus uit één C-atoom en twee S-atomen. De covalentie van C is 4 en S heeft een covalentie van 2. Daarom is de structuurformule: S C S . b Kamertemperatuur is 25 °C = 298 K. Deze temperatuur ligt tussen het smeltpunt en het kookpunt in, zodat de stof bij 298 K wel is gesmolten, maar nog niet is verdampt. Conclusie: de stof is bij 298 K vloeibaar. c Bij het kookpunt worden de vanderwaalsbindingen verbroken. Bij het ontleden worden atoombindingen verbroken. Atoombindingen zijn (gemiddeld) veel


17-12-12 16:28

sterker dan de vanderwaalsbindingen, dus zal de temperatuur waarbij de stof begint te ontleden ook veel hoger zijn dan het kookpunt. B 23 a In de formule SOCl2 komen alleen symbolen voor van niet-metaalatomen. b Als er één atoom zuurstof (met een covalentie van 2) en twee atomen chloor (beide met covalentie 1) gebonden zijn aan een zwavelatoom, dan moet zwavel wel de covalentie 4 hebben. Zie de structuurformule van SOCl2.

O

Cl

S

Cl

c Bij deze chemische reactie ontstaan nieuwe stoffen. Zowel de bindingen tussen de SOCl2- en de H2O-moleculen als de bindingen in de SOCl2- en de H2O-moleculen worden verbroken. Er worden natuurlijk ook weer nieuwe atoombindingen gevormd! d SOCl2 + H2O → SO2 + 2 HCl B 24 a De molecuulformule is: C5H12. De molecuulmassa is 72,15 g. b Het kookpunt van dimethylpropaan is 283 K, het kookpunt van pentaan is 309 K. Moleculen van de stof dimethylpropaan hebben een rondere vorm. Hierdoor is er minder contactoppervlak tussen de moleculen mogelijk. Het gevolg is dat de vanderwaalsbinding zwakker is. Daarom is het kookpunt lager. c De atoombindingen worden verbroken. d Bij het kookpunt worden de vanderwaalsbindingen verbroken. Bij het ontleden worden atoombindingen verbroken. Atoombindingen zijn (gemiddeld) veel sterker dan de vanderwaalsbindingen, dus zal de temperatuur waarbij de stof begint te ontleden ook veel hoger zijn dan het kookpunt.

II Juist. Als het effect van de polaire atoombindingen door de bouw van het molecuul wordt opgeheven, ontstaat er geen positieve en negatieve kant aan het molecuul. Het molecuul is dan apolair. III Onjuist. Een apolair molecuul kan polaire atoombindingen hebben, maar heeft meestal alleen apolaire atoombindingen. A 26 Het zwaveldioxidemolecuul heeft twee polaire atoombindingen en is niet lineair. Daardoor ontstaat er een ladingsverdeling in het molecuul en is dit molecuul een dipoolmolecuul. In het koolstofdioxidemolecuul zijn ook twee polaire atoombindingen, maar dit molecuul is lineair en dan wordt het effect van de polaire atoombindingen opgeheven door de bouw van het molecuul. A 27 a methaan

H

H

A 25 I Juist. Een polair molecuul heeft een ladingsverdeling in het molecuul. Er moeten één of meerdere polaire atoombindingen aanwezig zijn om deze ladingsverdeling te krijgen. Maar er kunnen daarnaast ook apolaire bindingen in het molecuul voorkomen.

26 Hoofdstuk 3


H

H

ethaan

H

H

H

C

C

H

H

propaan

H

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

methanol

H

H

C

H O

H

3.5 Waterstofbruggen

C

fluormethaan

H

H

C

F

H b De molecuulmassa van de stoffen wordt steeds hoger, de vanderwaalsbinding wordt steeds sterker, dus is er een hoger kookpunt.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

c Nee, als je kijkt naar het kookpunt van fluormethaan, dan ligt dit tussen die van propaan en ethaan in. De molecuulmassa van fluormethaan ligt ook tussen de molecuulmassa’s van deze twee stoffen in. Het effect van de dipool-dipoolbinding is dus erg klein. d Bij methanol is er sprake van een hele sterke dipooldipoolbinding, namelijk de waterstofbrug. Deze waterstofbrug moet verbroken worden om de stof methanol te laten koken. Daarom is het kookpunt erg hoog. B 28 Als er maar één polaire atoombinding in een molecuul aanwezig is, kan het effect van deze binding niet door de bouw van het molecuul worden opgeheven zoals bij CO2.

a In de stoffen 1, 4 en 5 treedt waterstofbrugvorming op. H b H

C

H

H C

H H

O

H

H

H

H

N

H . . .N

H ...N

HH

C

H

H

H

H

C

H H

N C

C

HH

C

H

H H H H

H ... N

H ... N

H

H H

H H

H

H

C

H H... N

H N

H

H

H. . . O H

H. . . N O. . . H

O

H

H . . .O

H

B 30

H

C

C

a In het gas methaanamine zitten de moleculen ver uit elkaar, er zijn geen waterstofbruggen tussen de moleculen aanwezig. In vloeibaar water zitten de watermoleculen dicht bij elkaar, verbonden met waterstofbruggen. Als methaanaminegas oplost in water, dan gaan de methaanaminemoleculen waterstofbruggen vormen met de watermoleculen. De waterstofbruggen tussen watermoleculen worden dan verbroken, vervolgens worden er nieuwe gevormd.

H

H

C

H

O

A 33

C

H

H

H

C

O. . . H

3.6 Mengsels van moleculaire stoffen

H

C

H

C 32

H

O

O

H

H

a De ruimte tussen moleculen van een bepaalde stof is in de vaste fase meestal kleiner dan in de vloeibare fase. Het aantal moleculen dat zich in een bepaald volume bevindt, is daardoor in de vaste fase hoger dan in de vloeibare fase. Dus is de dichtheid in de vaste fase hoger. (Dichtheid is immers massa per volume.) b De ruimte tussen de watermoleculen in ijs is groter dan de ruimte tussen de moleculen water in vloeibaar water. Het aantal moleculen dat zich in een bepaald volume bevindt, is in ijs daardoor lager dan in water. IJs heeft daardoor een lagere dichtheid dan water.

De OH-groep kan een waterstofbrug geven en de C=O-groep kan een waterstofbrug ontvangen.

B 29

H

B 31

H. . . O

H

H H

H © Noordhoff Uitgevers bv



17-12-12 16:28

H

H3C

H

N

H H... O . . H . N H3C N. . . H H H O. . .H → H O. . . H

H H. . . O

H H H H3C N + H N H H CH3

O

H . . .O

N

H

H

H

CH3

CH3

H

b In vloeibaar ethanol zitten de ethanolmoleculen dicht bij elkaar, verbonden met waterstofbruggen. Als ethanol oplost in water, dan worden de waterstofbruggen tussen de ethanolmoleculen en de waterstofbruggen tussen de watermoleculen verbroken. Vervolgens worden er nieuwe gevormd.

H H

H

H

C

C

H

H

H

H C

C

H

H O. . . H

O ... H H

O

H

H

C

C

H H

H

H

H

C

C

H

H

H

H O. . . H

O...H H. . .O

H

H

H

H

O

H →

H C

C

H

H O. . . H

H

O...H H

O

a De molecuulformule van benzeen is C6H6, er komen dus alleen C-C- en C-H-bindingen voor in benzeen. Dat zijn apolaire bindingen en dus is benzeen een hydrofobe stof. b Zwavel heeft alleen zwavelmoleculen en heeft dan geen polaire bindingen. Het is een hydrofobe stof en zal oplossen in benzeen. c Benzeen is een hydrofobe vloeistof met een dichtheid kleiner dan die van water. Er vormen zich twee lagen, met water als onderste. De hydrofobe gele zwavel is opgelost in de benzeenlaag.


O...H

A 34

28 Hoofdstuk 3

O . . .H

H + H

H

H

C

C

H

H

H

A 35 Een verdelingsevenwicht kan ontstaan als een stof oplosbaar is in zowel een hydrofiel als een hydrofoob oplosmiddel. Wanneer deze twee oplosmiddelen gemengd worden, zal een tweelagensysteem ontstaan. De op te lossen stof zal zich in een vaste verhouding verdelen over de twee oplosmiddelen. B 36 a Aardolie is een mengsel van apolaire koolwaterstofmoleculen, die geen waterstofbruggen kunnen vormen, dus aardolie mengt niet met water. b Een mengsel kan zinken, waardoor de olie niet op de kust aanspoelt. c Door een emulgator toe te voegen.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

C 37 Er stelt zich een dynamisch evenwicht in. Het geneesmiddel zal zich verdelen over de olie (apolair) en het lichaamsvocht (polair). Het deel van het geneesmiddel dat oplost in het lichaamsvocht wordt steeds afgevoerd naar de rest van het lichaam via het bloed. Het gevolg is dat er steeds weinig tot geen geneesmiddel in het lichaamsvocht aanwezig is. Dit zal worden aangevuld vanuit de olielaag. Het geneesmiddel uit de olielaag zal dus langzaamaan oplossen in het lichaamsvocht. C 38 a,b Heptaan is een koolwaterstof. Alle atoombindingen zijn apolair, dus heptaan is apolair. Dit verklaart ook waarom heptaan niet in het polaire water oplost. Zwavel heeft enkel apolaire atoombindingen, dus zwavel is apolair. Daarom lost het wel op in heptaan, dat ook apolair is. Kamfer bestaat voor het overgrote deel uit verbindingen van koolstof en waterstofatomen. De atoom bindingen zijn dus voor het overgrote deel apolair, kamfer is dus apolair. Daarom lost het niet op in het polaire ammoniak. Glycerol is polair. Het kan waterstofbruggen vormen. Hexaan is apolair. Daarom lost glycerol niet op in hexaan. c Beide stoffen zijn apolair, dus je verwacht dat hexaan in heptaan oplost. d Aceton lijkt wel zowel polair als apolair te zijn. Het lost op in het apolaire hexaan en in het polaire water. De binding tussen het C- en het O-atoom in aceton is een polaire atoombinding (DEN = 1,0). De bindingen tussen de C- en de H-atomen zijn apolair (DEN = 0,4). Het molecuul heeft dus een polair en een apolair deel. Acetonmoleculen kunnen geen waterstofbruggen vormen. Deze hoeven dus ook niet te worden verbroken tijdens het oplossen in hexaan. Acetonmoleculen kunnen wel waterstofbruggen ontvangen van bijvoorbeeld watermoleculen. Het verbreken van de waterstofbruggen tussen de watermoleculen wordt dus gecompenseerd. CH3 e

H...O

H

O

C CH3

3.7 Volume van een mol gas A 39 1 dm3 zuurstof bevat evenveel moleculen als 1 dm3 waterstof. Aangezien een zuurstofmolecuul een grotere massa heeft dan een waterstofmolecuul, zal 1 dm3 zuurstof ook een grotere massa hebben. Hieruit volgt dat de dichtheid van zuurstof groter is dan die van waterstof. A 40 a 0,06 × 2,4 = 0,144 → 0,1 2∙10   b  _______   = 4,878∙104 → 5∙104 4,1∙103 9,8∙102 × 1,03∙105 c _________________         = 1,6823∙101 → 2∙101. 6∙102 8

Let op! Je mag geen 20 opschrijven. A 41 a Let op: 25,3 + 1,25 = 26,55 = 26,6 (regel uit hoofdstuk 2) 6,45∙102 × 3,17 ______________    = 7,69 26,6 × 1,00∙103 b Let op: 4,75 + 2,37 = 7,12, maar 106,3 − 0,75 = 105,6 7,12   × 5,34∙103 = 3,60∙102  ______  105,6 A 42 a mol gas

1,00

2,0

dm3 gas

24,0

x

2,0 mol × 24,0 dm3 x = _________________       = 48 dm3 CH4 (= 4,8∙101 dm3)   1,00 mol b mol gas

1,00

0,30

dm3 gas

24,0

x

0,30 mol × 24,0 dm3 x = ___________________       = 7,2 dm3 knalgas   1,00 mol c mol gas

1,00

0,060

dm gas

24,0

x

3

0,060 mol × 24,0 dm3 x = ___________________       = 1,4 dm3 H2   1,00 mol d mol gas

1,00

2,5

dm gas

24,0

x

3

2,5 mol × 24,0 dm3 x = _________________       = 6,0∙101 dm3 CO   1,00 mol




17-12-12 16:28

In plaats van het rekenen met kruisproducten mag je natuurlijk ook gebruikmaken van het omrekenschema zoals je dat in het leerboek hebt zien staan! Dat geldt ook voor de volgende opgaven. A 43

mol

1,00

0,04505

gram

20,08

x

0,04505 mol × 20,08 g x = ____________________       = 0,909 g Ne   1,00 mol ballon 3

a dm3 gas

24,5

12,0

dm3 gas

22,2

1,00

mol gas

1,00

x

mol gas

1,00

x

12,0 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 4,90∙101 mol CO2 24,5 dm3 b

1,00 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,04505 mol He 22,2 dm3

dm3 gas

24,5

4,0

mol

1,00

0,04505

mol gas

1,00

x

gram

4,003

x

4,0 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,16 mol zwaveltrioxide 24,5 dm3 (= 1,6∙101 mol) c dm3 gas

24,5

18,0

mol gas

1,00

x

18,0 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,735 mol O3 24,5 dm3 1 (= 7,35∙10 mol) d

0,04505 mol × 4,003 g x = ____________________       = 0,180 g He   1,00 mol ballon 4 dm3 gas

22,2

1,00

mol gas

1,00

x

1,00 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,04505 mol C3H8 22,2 dm3

dm3 gas

24,5

1,0

mol

1,00

0,04505

mol gas

1,00

x

gram

44,09

x

1,0 dm3 × 1,00 mol x = _________________         = 4,1∙102 mol Ar 24,5 dm3 B 44 a ballon 1 dm3 gas

22,2

1,00

mol gas

1,00

x

1,00 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,04505 mol CH4 22,2 dm3 mol

1,00

0,04505

gram

16,04

x

0,04505 mol × 16,04 g x = ____________________       = 0,723 g CH4   1,00 mol ballon 2 dm3 gas

22,2

1,00

mol gas

1,00

x

1,00 dm3 × 1,00 mol x = __________________         = 0,04505 mol Ne 22,2 dm3

30 Hoofdstuk 3


0,04505 mol × 44,09 g x = ____________________       = 1,99 g C3H8   1,00 mol ballon 5: Bereken eerst de ‘gemiddelde molaire massa van lucht’. Stel dat lucht voor 21 volumeprocent uit O2 (M = 2 × 16,00 g mol1) bestaat en voor de rest, 79 volumeprocent uit N2 (M = 2 × 14,01 g mol1). Gemiddelde molaire massa van lucht = 0,21 × 32,00 g mol1 + 0,79 × 28,02 g mol1 = 29 g mol1. Nu je de molaire massa weet, kun je weer rekenen zoals bij de rest van deze opgave: dm3 gas

22,2

1,00

mol gas

1,00

x

1,00 dm3 × 1,00 mol x = ___________________         = 0,04505 mol lucht 22,2 dm3 mol

1,00

0,04505

gram

29

x

0,04505 mol × 29 g x = __________________       = 1,3 g lucht   1,00 mol b Bij de beantwoording van deze vraag gaan we ervan uit dat p en T binnen en buiten de ballonnen hetzelfde zijn. De ballonnen 1, 2 en 3 zullen stijgen in lucht,


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

omdat de dichtheid van de gassen waarmee ze gevuld zijn, kleiner is dan de dichtheid van lucht. Ballon 4 zal dalen, omdat de dichtheid van propaan groter is dan die van lucht. Ballon 5 zal ook dalen hoewel de dichtheid van het gas binnen de ballon gelijk is aan die buiten de ballon. De massa van de ballon geeft hier de doorslag. B 45 a Gegeven: dichtheid = 0,958 g mL

1

liter

1,00∙103 (1,00 mL)

1,00 L

gram

0,958

x

0,958 g × 1,00 L x = _______________        = 958 g 1,00∙103 L 1,00 L water heeft dus een massa van 958 g = (0,958 kg). b mol

1,00

x

gram

18,02

958 (1,00 L)

958 g × 1,00 mol x= _______________       = 53,16 mol H2O   18,02 g mol gas

1,00

53,16

dm3 gas

31,1

x

53,16 mol × 31,1 dm x = ___________________       = 1,65∙103 dm3 H2O(g)   3

1,00 mol

B 46 a ρwater (293 K) = 0,998 g mL1, ρbenzeen (293 K) = 0,88 g mL1 b gram

0,998

1,00

milliliter

1,00

x

1,00 g × 1,00 mL x = _______________       = 1,00 mL H2O   0,998 g gram

0,88

1,00

milliliter

1,00

x

1,00 g × 1,00 mL x = _______________       = 1,1 mL C6H6   0,88 g ∧ c 1,00 mol H2O = 18,02 g. gram

0,998

18,02

milliliter

1,00

x

18,02 g × 1,00 mL x = _________________       = 18,1 mL H2O   0,998 g ∧ 1,00 mol C6H6 = 78,11 g gram

0,88

78,11

milliliter

1,00

x

d Conclusie: voor vloeistoffen is het volume van één mol stof verschillend. (Dit geldt ook voor vaste stoffen.) B 47 a ρethanol (293 K) = 0,80∙103 kg m3 b ρethanol (293 K) = 0,80∙103 kg m3 = 0,80∙103 g L1 = 0,80 g mL1 gram

0,80

1,00

milliliter

1,00

x

1,00 g × 1,00 mL x = _______________       = 1,3 mL   0,80 g ∧ c 1,00 mol C2H6O = 46,07 g gram

46,07

1,00

mol

1,00

x

1,00 g × 1,00 mol x = ________________       = 2,171∙102 mol ethanol   46,07 g mol gas

1,00

2,171∙102

dm3 gas

29,5

x

2,171∙102 × 29,5 dm3 x = ____________________       = 6,40∙102 mL ethanolgas   1,00 mol ∧ d 1,00 gram ethanol = 2,171∙102 mol ethanol (zie c). mol

1,00

aantal deeltjes

6,022∙10

2,171∙102 23

x

2,171∙102 mol × 6,022∙1023 x = _________________________        = 1,31∙1022 ethanol  1,00 mol moleculen e Het aantal moleculen moet gelijk blijven. Wat er verandert bij het verdampen en condenseren is de fase, niet de moleculen zelf. Er zitten dus evenveel ethanolmoleculen in de bij c berekende hoeveelheid gas. B 48 a In Binas tabel 7 vind je het molair volume bij 298 K, dit is 24,5 dm3 mol1. Eerst 7 g CO2 omrekenen naar mol en dan naar volume. mol CO2

1,00

x

gram CO2

44,01

7

7 g × 1,00 mol x = _____________       = 0,1591 mol CO2 44,01 g mol CO2

1,00

0,1591

dm CO2

24,5

x

3

24,5 dm3 × 0,1591 mol x = _____________________       = 4 dm3 CO2   1,00 mol

78,11 g × 1,00 mL x = _________________       = 89 mL C6H6   0,88 g © Noordhoff Uitgevers bv



17-12-12 16:28

b In Binas tabel 44 staat dat de oplosbaarheid van CO2 bij 298 K 0,0335 mol per L is. Je moet 0,1591 mol oplossen, dat lukt dus niet. c Je moet de benodigde CO2 onder druk in de fles brengen. B 49 a Als p × V = constant moet blijven, dan moet 12 × 300 gelijk zijn aan 1,00 × Vlucht bij een druk van 1,00 bar. L × 300   bar    = 3,6∙103 L lucht Dus in de fles is 12 _____________ 1,00 bar samengeperst. b Je ademt 16 keer 800 mL lucht per minuut. Dat is 16 × 800 = 12 800 mL = 12,8 L per minuut. minuten

1

x

liter lucht

12,8

3,6∙103

281  = 4,7 uur doen met een persluchtfles. Je kunt ____    60 1  deel zuurstof. c In de fles zit 3,6∙103 L lucht, daarvan is __ 5 3 3,6∙10      = 7,2∙102 L zuurstof. Dit is _______ 5 Vm = 24,5 dm3 mol1. 1,00

x

dm O2

24,5

7,2∙102

3

1,00

29,388

gram O2

32,00

x

1,00

x

dm O2

24,5

1,200

3

a De hoeveelheid zwavel eerst omrekenen naar gram: 0,276 mg = 2,76∙104 g. Het massapercentage zwavel is dan

b Nee, want je komt in procenten op een heel klein gehalte uit. In ppm was beter geweest, het gehalte was dan 61 ppm geweest. A 51 5,0 In 240 mL bier bevindt zich: ____     × 240 mL = 100 12 mL alcohol. In 30 mL jenever bevindt zich: ____  35   × 30 mL = 100 11 mL alcohol.

Als er 10 volume-ppm aanwezig mag zijn, is dat in 1,0 dm3 lucht: ___  10  × 1,0 dm3 H2S = 1,0∙105 dm3 = 106 1,0∙102 cm3 H2S.

32,00 g × 29,388 mol x = ___________________       = 9,4∙102 g zuurstof   1,00 mol d Ingeademd 1200 mL zuurstof per minuut, Vm = 24,5 dm3 mol1 mol O2

A 50

A 52

7,2∙102 dm3 × 1,00 mol x = _____________________         = 29,388 mol zuurstof 24,5 dm3 mol O2

3.8 Percentage, promillage en ppm

2,76∙104 ________      × 100% = 6,1∙103%. 4,5

3,6∙103 L × 1 minuut x = __________________       = 281 minuten.   12,8 L

mol O2

f De longen nemen maar een gedeelte van de ingeademde zuurstof op, een deel wordt weer uitgeademd.

B 53 a Twee glazen bier komen overeen met 480 mL. Het alcoholpercentage is 5,0%. 5,0 Er zit dus: ____      × 480 mL = 24 mL alcohol in 100 twee bierglazen. b Je mag 0,5‰ in je lichaam hebben. Als het volume

1,200 dm3 × 1,00 mol x = ___________________         = 4,898∙102 mol zuurstof 24,5 dm3 mol O2

1,00

4,898∙10

gram O2

32,00

x

2

32,00 g × 4,898∙102 mol x = ______________________        = 1,57 g zuurstof   1,00 mol e De fles bevat 9,4∙102 g zuurstof, de longen nemen per minuut 1,57 g zuurstof op. Theoretisch zou je 9,4∙102 dus _______      = 599 minuten = 10 uur met een 1, 57

0,5    × 56,6 L = 56,6 L is, dan is dit gelijk aan: _____   1000 0,0283 L = 3∙101 mL. De stelregel klopt omdat je met twee bierglazen net onder deze grens zit. c Ook het volume van je lichaam is van belang. Als je volume kleiner is dan 56,6 L dan mag je dus minder alcohol drinken! d Je mag 0,2‰ in je lichaam hebben. Als het volume 0,2 56,6 L is, dan is dit gelijk aan: _____      × 56,6 L = 1000 0,0113 L = 1∙101 mL. Met één bierglas zit je hier al op!

persluchtfles moeten doen. 32 Hoofdstuk 3



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 54 a 0,040 µg = 0,040∙106 g = 4,0∙108 g

3.9 Afsluiting

4∙108 g      × 106 = Aantal massa-ppm penicilline = _______ 1,0 g 4∙10 ppm (of 0,04 massa-ppm). massa  b Dichtheid =  _______   ofwel: massa = dichtheid × volume volume Massa lichaamsvocht: 2

gram

1,1

liter

1,0∙10

x 11

3

11 L × 1,1 g x = ___________      = 1,2∙104 g 1,0∙103 L Er is 0,04 massa-ppm per gram lichaamsvocht nodig, dus: 1,2∙104 g × 0,04 massa-ppm          = Massa penicilline = __________________________ 106 4,8∙104 g 4,8∙104 g = 4,8∙101 mg (= 0,48 mg) c Nee, bij een klein kind dient men een kleinere dosis toe, omdat de hoeveelheid lichaamsvocht bij een kind veel kleiner is.

1 a,b 1 Ag is een metaal; het kan zowel in vaste als in vloeibare fase stroom geleiden. 2 ICl is een moleculaire stof; in geen enkele fase kan deze stof stroom geleiden. 3 Na2S is een zout. In vaste toestand is er geen stroomgeleiding, in gesmolten toestand wel. 4 K is een metaal; het kan zowel in vaste als in vloeibare fase stroom geleiden. 5 S8 is een moleculaire stof; in geen enkele fase is er stroomgeleiding. 6 PbCl2 is een zout. In vaste toestand is er geen stroomgeleiding, in gesmolten toestand wel. 7 H2O is een moleculaire stof; in geen enkele fase is er stroomgeleiding. 8 Ni is een metaal; het kan zowel in de vaste als in de vloeibare fase stroom geleiden. formule

soort stof

elektrische geleiding in vaste fase

in vloeibare fase

Ag

metaal

+

+

ICl

mol stof

–

–

C 55 a 85,6% van 100 g = 85,6 g C; dat is: gram

12,01

85,6

mol

1,00

x

85,6 g × 1,00 mol x = ________________       = 7,13 mol C   12,01 g 14,4% van 100 g = 14,4 g H; dat is: gram

1,008

14,4

mol

1,00

x

14,4 g × 1,00 mol x = ________________       = 14,3 mol H.   1,008 g b De verhoudingsformule van de verbinding luidt: C7,127H14,29 ofwel CnH2n. c De molaire massa van de verbinding bedraagt 56,0 u: (12,01 × n) + (1,008 × 2 n) = 14,03 n = 56,0 → n = 4 De molecuulformule van de verbinding is dan: C4H8.

Na2S

zout

–

+

K

metaal

+

+

S8

mol stof

–

–

PbCl2

zout

–

+

H2O

mol stof

–

–

Ni

metaal

+

+

3.8

2 a De elementen silicium en chloor zijn allebei nietmetalen. Een verbinding van deze twee atoomsoorten wordt dus altijd een moleculaire stof. Dat klopt ook met de betrekkelijk lage kookpunten. b monosiliciumtetrachloride:

Cl

Cl

Si

Cl

Cl disiliciumhexachloride: Cl



Cl

Cl

Si

Si

Cl

Cl

Cl


17-12-12 16:28

f De ‘N-kant’ is een beetje negatief geladen omdat het N-atoom een hogere elektronegativiteit heeft dan de H-atomen. De elektronen bevinden zich dus meer richting het N-atoom dan richting de H-atomen. g Ammoniak is een polair molecuul. Het is in staat om waterstofbruggen te vormen. Daarom is het goed oplosbaar in water.

trisiliciumoctachloride:

Cl

Cl

Cl

Cl

Si

Si

Si

Cl

Cl

Cl

Cl

Als je een telwoord zoekt dat je niet hebt geleerd (groter dan zes) kun je dat opzoeken in Binas tabel 66C. c Als de molecuulmassa groter wordt, dan wordt de vanderwaalsbinding sterker en daarmee het kookpunt hoger. d Het kookpunt van SiCl4 is veel lager dan het kookpunt van de andere verbindingen. Het kan dus via destillatie verkregen worden.

5 a Massaverhouding P : O = 43,69 : 56,31. Deze massaverhouding moet worden omgezet naar de verhouding in aantallen atomen, dus deel je de massa’s door de atoommassa’s: 43,69 56,31 Atoomverhouding P : O = ______     : ______ = 1 : 2,5 = 2 : 5 30,97 16,00 De verhoudingsformule is : (P2O5)n. b De molecuulmassa van P2O5 is 141,9 u, de molecuulmassa van (P2O5)n is dan n × 141,9 u. De molecuulmassa van de verbinding blijkt 284 u te zijn, dat is dus tweemaal zoveel. n = 2, dus de molecuulformule is P4O10.

3 a Methanal is (g), de andere stoffen zijn (l). b hydrazine:

H

H

N

N . . .H H. . . N

H

H

ethaandiol:

H H

H

O

C H

H C H

O

H...N N...H

N H

6

H

a Mether = (4 × 12,01) + (10 × 1,008) + (1 × 16,00) = 74,12 g mol1 b 308 K = 35 °C (Binas tabel 42B)

H H... O H H

C C

H H

H

O...H

C

H

H

O

c In ethaandiol komen waterstofbruggen voor, in ethaanthiol niet. Hierdoor worden de bindingen tussen de moleculen in ethaanthiol gemakkelijk verbroken: lager smelten kookpunt. 4 a De covalentie van stikstof is 3, dat betekent dat in een molecuul N2 er een driedubbele binding is tussen de N-atomen, een zeer sterke binding. b De term ontleden wordt gebruikt voor deeltjes die uit twee of meer verschillende atomen zijn opgebouwd. Het stikstofmolecuul bestaat twee dezelfde atomen. c N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) d Atoombindingen, het is een moleculaire stof. e Vanderwaalsbinding

34 Hoofdstuk 3


H

H C

O

H

H

c Binas tabel 7: Vm = 22,4 dm3 mol1 dm3 gas

22,4

1,00

mol gas

1,00

x

1,00 mol × 1,00 L x = ________________       = 4,46∙102 mol ether   22,4 L d Ethoxyethaan vormt een explosief mengsel met lucht en omdat de dichtheid van de damp groter is dan die van lucht blijft het mengsel op de grond hangen. Het richt dan bij ontploffen heel veel schade aan.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

7

8

Vinylchloride noemen we in deze opgave vc. a Je weet dat er 1,2 g in een m3 voor mag komen. Voor het massapercentage moet je beide hoeveel heden in massa-eenheden hebben, in grammen. Je weet de dichtheid en dus het aantal gram: 1,2∙103 g dat een m3 lucht weegt. Vervolgens vul je de formule voor het aantal massappm in. 1,2 g Het aantal massa-ppm =  ________    × 106 = 1,2∙103 g 1,0∙103 massa-ppm. Om het volume-ppm te bepalen moeten we eerst het volume uitrekenen dat 1,2 g vc inneemt. Eerst rekenen we het aantal mol vc uit en vervolgens met Vm = 24,0 dm3 mol1 het volume. Mvc = (2 × 12,01) + (3 × 1,008) + 35,45 = 62,49 g mol1 gram

62,49

1,2

mol

1,00

x

a As2O3(s) b Nee. In beide gevallen zal As2O3(s) niet geleiden. Als As een metaal is, is As2O3(s) een zout. Een vast zout geleidt niet. Als As een niet-metaal is, is As2O3(s) een moleculaire stof en die geleidt ook de elektrische stroom niet. c Ja. Als As een metaal zou zijn, dan was AsH3 een vaste stof bij kamertemperatuur en dat is niet zo. Dus As is een niet-metaal en AsH3 een moleculaire stof. d Je moet vaststellen of hij de elektrische stroom geleidt. e Hij geleidt de stroom niet, want As staat bij de nietmetalen.

1,2 g × 1,00 mol x = _______________       = 1,92∙102 mol vc   62,49 g Met het molair volume kan nu het volume van het gas worden uitgerekend. dm3 gas

24,0

x

mol gas

1,00

1,92∙102

1,92∙102 mol × 24,0 dm3 x = ______________________        = 0,461 dm3 vc.   1,0 mol Dit bevindt zich in 1,00 m3 = 1,00∙103 dm3. Vervolgens vul je de formule voor het aantal volumeppm in. 0,461 dm3 Het aantal volume-ppm = ____________        × 106 = 1,00∙103 dm3 4,6∙102 volume-ppm. 1,0∙103 massa-ppm  = 5,0∙102. Het gehalte aan vc is       b __________________ 2,0 massa-ppm dus met een factor 5,0∙102 teruggebracht. c Per gram lucht mag aanwezig zijn 2,0 massa-ppm, 2,0 dit is ___     × 1,0 g = 2,0∙106 g vc. 106 6,0∙103 m3 lucht heeft een massa van: volume (m3)

1,00

6,0∙103

massa (g)

1,2∙10

3

x

6,0∙10 m × 1,2∙10 g x = ____________________         = 7,2∙106 g vc 1,00 m3 Hierin mag dan voorkomen 7,2∙106 g lucht × 2,0∙106 g vc g1 lucht = 14 g vc. 3

3



3


17-12-12 16:28

4 Zouten en zoutoplossingen 4.1 Kristallen B 1 a Keukenzout is opgebouwd uit de atoomsoorten natrium (Na) en chloor (Cl). b Deze deeltjes heten ionen. c De elektrovalentie van een atoom geeft de grootte van de lading aan van het ion dat uit het atoom kan ontstaan. d Een natriumion heeft een lading 1+ (Na+) en een chloride-ion heeft een lading 1- (Cl). e Een natriumion bevat 11 protonen in de kern en 11 − 1 = 10 elektronen in de elektronenwolk. Een chloride-ion bevat 17 protonen in de kern en 17 + 1 = 18 elektronen in de elektronenwolk. f Natriumchloride wordt gebruikt als smaakversterker in gerechten en als conserveermiddel in levensmiddelen om bacteriegroei tegen te gaan (gezouten vlees of vis). In de winter wordt het gebruikt als strooimiddel op gladde wegen. Als oplossing kan het gebruikt worden om je neus te spoelen als je verkouden bent. g Deze scheidingsmethode heet extraheren. h Natriumchloride kom je tegen in zeewater. i Natriumchloride is goed oplosbaar in water. In Noordzeewater is ongeveer 24 gram natriumchloride per liter opgelost. j Deze scheidingsmethode heet indampen. k Kalium staat in de vierde periode, eerste groep; jood staat in de vijfde periode, zeventiende groep. l Kalium behoort tot de metalen en jood tot de nietmetalen. Daaruit kun je opmaken dat kaliumjodide tot de zouten behoort. m Elementen in dezelfde groep van het periodiek systeem hebben overeenkomstige eigenschappen. Kalium staat onder natrium en kaliumionen zijn daarom ook 1+ (K+). Jood staat onder chloor en is daarom ook 1- (I). n De massa van een kaliumion is 39,10 u, van een jodide-ion 126,9 u. o Door na te gaan of de vaste stof de elektrische stroom geleidt. Geleidt het materiaal elektrische stroom, dan gaat het om een metaal, dus is het goud. Geleidt het materiaal de elektrische stroom niet, dan gaat het in dit geval om een zout, dus is het pyriet.

36 Hoofdstuk 4


4.2 Zouten A 2 a De elektrovalentie van kalium is 1+, die van broom 1-. b Broom heeft een elektrovalentie van 1-. Om te voldoen aan de octetregel zal het broom een elektron moeten opnemen. c Dit is een ionrooster. d Dit is een ionbinding. A 3 a Ionbinding, vanderwaalsbinding, waterstofbrug b Vanderwaalsbinding, waterstofbrug, ionbinding B 4 De ionbinding in zouten is veel sterker dan bindingen tussen moleculen zoals de waterstofbrug of de vanderwaalsbinding. Daardoor ligt het smeltpunt van zouten veel hoger dan van moleculaire stoffen, met als gevolg dat zouten bij kamertemperatuur vaste stoffen zijn. B 5 a CF4 en CCl4 zijn moleculaire stoffen, SnBr2 en PbI2 zijn zouten. b In moleculaire stoffen komen atoombindingen voor in moleculen en vanderwaalsbindingen tussen moleculen, in zouten ionbindingen. c Het smelten kookpunt van CCl4 is hoger dan dat van CF4 omdat CCl4 een grotere molecuulmassa heeft. C 6 a Op de acht hoekpunten van de kubus vind je 1 Na+-ion; dat is dus 8 × __ 1 __  = 1 Na+-ion. In het midden 8 8 van de zes zijvlakken vind je steeds een half Na+-ion; 1 dat zijn dus 6 × __  = 3 Na+-ionen. In de kubus bevinden 2 zich dus in totaal vier Na+-ionen. In het midden van de twaalf ribben van de kubus tref je steeds een kwart Cl-ion aan; dat zijn dus 12 × 1 __ = 3 Cl-ionen. In het centrum van de kubus 4


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

bevindt zich nog een heel Cl-ion. In totaal zijn dat dus vier Cl-ionen. b Bij a heb je gezien dat er per vier Na+-ionen vier Cl-ionen voorkomen. De verhouding Na+ : Cl = 4 : 4, ofwel 1 : 1. c In de kubus calciumfluoride bevinden zich 1 1  = 4 Ca2+-ionen en 8 × 1 = 8 F-ionen. 8 × __  + 6 × __ 8 2 De verhouding Ca2+ : F = 4 : 8 oftewel 1 : 2. In de kubus titaanoxide bevinden zich 8 × __ 1 + 1 × 1 = 8 1  + 2 × 1 = 4 O 2-ionen. 2 Ti4+-ionen en 4 × __ 2 De verhouding Ti4+ : O2 = 2 : 4, ofwel 1 : 2. B 7 a De magnesiumionen onderling stoten elkaar af, de oxide-ionen onderling stoten elkaar ook af. De magnesiumionen en de oxide-ionen trekken elkaar aan. b Elektrostatische krachten zijn onder meer afhankelijk van de grootte van de ladingen. De aantrekkingskracht tussen de magnesium- en de oxide-ionen is dan ook aanzienlijk groter dan de aantrekkingskracht tussen natrium- en chloride-ionen. c Smeltpunt NaCl: 1074 K, smeltpunt MgO: 3125 K. De ionbinding in MgO (met ionladingen 2+ en 2-) is veel sterker dan die in NaCl, met als gevolg een groot verschil in smeltpunt. C 8 __  = In de kubus cupriet bevinden zich 8 × __ 1 + 6 × 1 8 2

4 Cu+-ionen en 2 × 1 = 2 O2-ionen. De verhouding Cu+ : O2 = 4 : 2, ofwel 2 : 1.

4.3 Namen en formules van zouten A 9 a natriumbromide b magnesiumoxide c kwik(II)jodide d zinknitraat e koper(II)acetaat f ammoniumsulfiet g aluminiumsulfaat h calciumfosfaat



i kaliumcarbonaat j lood(IV)chloride A 10 a (Na+)1(Br)1 NaBr b (Mg2+)1(O2)1 MgO c (Hg2+)1(I)2 HgI2 d (Zn2+)1(NO3)2 Zn(NO3)2 2+  e (Cu )1(CH3COO )2 Cu(CH3COO)2 f (NH4+)2(SO32)1 (NH4)2SO3 g (Al3+)2(SO42)3 Al2(SO4)3 h (Ca2+)3(PO43)2 Ca3(PO4)2 i (K+)2(CO32)1 K2CO3 j (Pb4+)1(Cl)4 PbCl4 A 11 a Na+ en SO42 b Cu2+ en CO32 c Al3+ en S2 d Mg2+ en ClO3 e Li+ en OH f Na+ en HCO3 g NH4+ en NO2 h Ag+ en C2O42 i Fe3+ en SO32 j Sr2+ en NO3

Na2SO4 CuCO3 Al2S3 Mg(ClO3)2 LiOH NaHCO3 NH4NO2 Ag2C2O4 Fe2(SO3)3 Sr(NO3)2

A 12 a NH4+ en SO42 b Pb2+ en NO2 c Ca2+ en H2PO42 d Ag+ en CrO42 e Ba2+ en F f Na+ en HPO4 g Mg2+ en HCO3 h Cu+ en O2 i Mn2+ en OH j Fe2+ en PO43

ammoniumsulfaat lood(II)nitriet calciumdiwaterstoffosfaat zilverchromaat bariumfluoride natriummonowaterstoffosfaat magnesiumwaterstofcarbonaat koper(I)oxide mangaan(II)hydroxide ijzer(II)fosfaat

B 13 a mangaan(IV)oxide b zilver(I)nitraat c lood(IV)oxide d kaliumcarbonaat e kaliumnitraat f ammoniumcarbonaat

MnO2 AgNO3 PbO2 K2CO3 KNO3 (NH4)2CO3

Zouten en zoutoplossingen 37

17-12-12 16:28

B 14 a kaliumchloride KCl ammoniumchloride NH4Cl magnesiumlactaat Mg(CH3CHOHCOO)2 b In het dagelijkse leven betekent ‘zoutloos’ dat je geen keukenzout gebruikt. Dieetzout bevat andere zouten zoals KCl en NH4Cl. De term ‘zoutloos’ klopt scheikundig gezien hier dus niet.

e Het K+-ion 19 protonen en 19 − 1 = 18 elektronen Het Fe3+-ion: 26 protonen en 26 − 3 = 23 elektronen Het SO42-ion: 16 + 4 × 8 = 48 protonen en 48 + 2 = 50 elektronen Het OH-ion: 8 + 1 = 9 protonen en 9 + 1 = 10 elektronen

B 15 a natriumfluoride NaF ijzer(II)sulfaat FeSO4 ammoniumnitraat NH4NO3 calciumcarbonaat CaCO3 natriumchloride NaCl calciumchloride CaCl2 calciumsulfaat CaSO4 b De overeenkomst is dat al deze zouten zijn opgebouwd uit ionen. c Het verschil is dat deze zouten uit verschillende ionsoorten zijn opgebouwd. C 16 a De vier sulfide-ionen hebben gezamenlijk een lading van 8-. Het ijzerion heeft een lading van 3+. Voor de vijf koperionen blijft er dus een lading van 5+ over. Ieder koperion heeft dus een lading van 1+. b De vier sulfide-ionen hebben gezamenlijk een lading van 8-. Wanneer het ijzerion een lading heeft van 2+, blijft er voor de vijf koperionen een lading van 6+ over. Vijf (dezelfde) koperionen kunnen nooit samen een lading van 6+ hebben, dus het ijzerion in borniet kan niet de lading 2+ hebben. c De vijf calciumionen hebben gezamenlijk een lading van 10+. Het hydroxide-ion heeft een lading van 1-. Voor de fosfaationen blijft er dus een lading van 9over. Eén fosfaation heeft een lading van 3-; je hebt dus drie fosfaationen nodig om een lading van 9- te krijgen. De waarde van n is dus 3. d De sulfaationen hebben een lading van 2-. Omdat het er twee zijn, leveren ze een lading van 4-. De hydroxide-ionen hebben een lading van 1-. Omdat het er zes zijn, leveren ze een lading van 6-. De totale negatieve lading in het zout is dan 10-. Het kaliumion heeft een lading van 1+, dus de drie ijzerionen moeten gezamenlijk een lading hebben van 9+. Aangezien het drie ionen zijn, zal de lading per ijzerion dus 3+ zijn.

38 Hoofdstuk 4


4.4 Zouten in water A 17 a ZnCl2(s) → Zn2+(aq) + 2 Cl(aq) b NH4NO3(s) → NH4+(aq) + NO3(aq) c MgSO4(s) → Mg2+(aq) + SO42(aq) d CuCO3(s) → X (deze stof is slecht oplosbaar in water) e Na3PO4(s) → 3 Na+(aq) + PO43(aq) f Fe2(SO4)3(s) → 2 Fe3+(aq) + 3 SO42(aq) g K2O(s) + H2O(l) → 2 K+(aq) + 2 OH(aq) h Ca(CH3COO)2(s) → Ca2+(aq) + 2 CH3COO(aq) A 18 Alleen oplossing g heeft een triviale naam, de oplossing wordt kaliloog genoemd. A 19 a K+(aq) + Cl(aq) → KCl(s) b 2 Na+(aq) + SO32(aq) → Na2SO3(s) c NH4+(aq) + I(aq) → NH4I(s) d 3 K+(aq) + PO43(aq) → K3PO4(s) B 20 a K+-ionen, Br-ionen en H2O-moleculen b NH3-moleculen en H2O-moleculen c KBr is een zout. Wanneer een zout oplost in water splitst deze in ionen en krijg je K+-ionen en Br-ionen. Deze oplossing noteer je dus als K+(aq) + Br(aq). KBr(aq) zou betekenen dat er in het water ‘KBr’-deeltjes zouden voorkomen. Zoals je weet is dit absoluut niet het geval. d NH3 is een moleculaire stof die goed oplost in water. Bij het oplossen van NH3 in water blijven de moleculen onveranderd, vandaar de notatie NH3(aq).


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 21 Je kunt kaliloog maken door: 1 kaliumhydroxide op te lossen in water. KOH(s) → K+(aq) + OH(aq) 2 kaliumoxide toe te voegen aan water, het kalium oxide reageert vervolgens met water. K2O(s) + H2O(l) → 2 K+(aq) + 2 OH(aq) B 22 a CaCl2(s) → Ca2+(aq) + 2 Cl(aq) b Zie figuur 4.1. B 23 a Lauw water wordt via lange buizen tot in de zout lagen gebracht. De ontstane zoutoplossing (pekelwater) wordt naar boven gepompt. In de zoutfabriek laat men het water verdampen waarbij na drogen vast zout overblijft. b 6,15 mol per kg water c De molaire massa van natriumchloride bedraagt 58,44 g mol1.

–

mol

1,00

6,15

gram

58,44

x

58,44 g × 6,15 mol x = _________________       = 359 g NaCl, ofwel 3,59∙102 g,   1,00 mol dus 6,15 mol NaCl per kg water komt overeen met 3,59∙102 g per kg water. d Een hoeveelheid van 2,5 miljoen ton zout komt overeen met 2,5∙109 kg zout; 1 m3 pekel ofwel 1000 L pekel bevat 300 kg zout. m3 pekel

1,000

x

kg zout

300

2,5∙109

1,000 m3 × 2,5∙109 kg x = ___________________       = 8,33∙106 m3 pekel   300 kg Per jaar dient er dus 8,33∙106 m3 pekel verwerkt te worden. In een jaar zitten 365 × 24 × 60 = 525 600 minuten. Per minuut wordt er dus 8,33∙106 m3  ___________    = 16 m3 pekel verwerkt. Dit komt 525 600 min overeen met 16 ·103 L (16 duizend liter) pekel per minuut.

–

2+

–

2+

–

4.1




17-12-12 16:28

C 24 a In kopersulfaat zijn Cu2+-ionen en SO42-ionen aanwezig. Volgens Binas tabel 65B geeft het Cu2+(aq) een blauwe kleur. Zie figuur 4.2. b De elektronegativiteit van stikstof is 3,1 en die van waterstof 2,1. Het N-atoom krijgt dus de d-lading en het H-atoom de d+-lading. Zie figuur 4.3. c Het deeltje Cu(NH3)42+ heeft een donkerblauwe kleur. Blijkbaar worden de watermoleculen die het Cu2+-ion hydrateren verdrongen door ammoniakmoleculen. d De d-negatieve kanten van de ammoniakmoleculen richten zich naar het Cu2+-ion. Zie figuur 4.4.

bariumnitraat volledig op te lossen heb je 294 g water nodig. Je hebt 300 g water, dus het barium nitraat lost volledig op. Het verkregen mengsel zal dus helder zijn. c De oplosbaarheid van aluminiumsulfaat, Al2(SO4)3, is 3,83∙102 g per kg water. g aluminiumsulfaat

3,83∙102

65,0

kg water

1,00

x

1,00 kg × 65,0 g x = _______________        = 0,170 kg, dus om 65,0 g 3,83∙102 g aluminiumsulfaat volledig op te lossen heb je 170 g water nodig. Karlijn dient nog 170 g − 150 g = 20 g water toe te voegen. C 26 a De zeven oxide-ionen hebben gezamenlijk een lading van 14-. De twee kwikionen hebben gezamenlijk een lading van 4+. Voor de twee antimoonionen blijft er een lading van 10+ over. Elk antimoonion heeft dus een lading van 5+. De formule is dan Sb5+. b 2 HgO(s) + Sb2O3(s) + O2(g) → Hg2Sb2O7(s)

2+

4.2 δ+ δ–

4.5 Zouthydraten

δ+

δ+

4.3

A 27 Nee, het water wordt hier geabsorbeerd (= opgenomen) door het papieren zakdoekje. A 28 2+

a magnesiumsulfaatheptahydraat b natriumthiosulfaatpentahydraat c kaliumaluminiumsulfaatdodecahydraat A 29 a CrK(SO4)2∙12H2O b CuSO4∙5H2O c (NH4)2Fe(SO4)2∙6H2O

4.4

C 25 a Ba(NO3)2 b De oplosbaarheid van bariumnitraat is 1,02∙102 g per kg water. g bariumnitraat

1,02∙102

30,0

kg water

1,00

x

1,00 kg × 30,0 g x = _______________        = 0,294 kg, dus om 30,0 g 1,02∙102 g

40 Hoofdstuk 4


A 30 a Nee, het Cu2+-ion veroorzaakt niet de blauwe kleur, want het Cu2+-ion is ook aanwezig in watervrij koper(II)sulfaat, en dat is wit van kleur. Het is het gehydrateerde Cu2+-ion dat de blauwe kleur veroorzaakt, dat wil zeggen een Cu2+-ion dat is omringd door watermoleculen.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

b Je voegt een beetje wit koper(II)sulfaat toe aan wat ether. Kleurt dit kopersulfaat blauw, dan weet je dat de ether water bevat. Blijft het toegevoegde wit koper(II)sulfaat onveranderd van kleur, dan is de ether watervrij. B 31 a Ja, zodra het overtollige water is verdampt en daarmee de juiste (mol)verhouding tussen gipspoeder en water is bereikt, zal altijd hard gips ontstaan. b Nee, want hard gips bevat al kristalwater. c Het gips fijnmalen en verwarmen zodat het kristalwater weer verdwijnt. d Het opnemen van kristalwater is een exotherm proces. De arm zal dus warm aanvoelen. B 32 a MgCl2∙6H2O b MgCl2∙6H2O(s) → Mg2+(aq) + 2 Cl(aq) + 6 H2O(l) C 33 a Gebruik een oventemperatuur van 100 °C of iets daarboven. Bij deze temperatuur kookt water, waardoor het silicagel weer watervrij wordt. b Het gaat hier om kobaltchloride. Watervrij kobaltchloride, CoCl2(s) is blauw van kleur. Gehydrateerd kobaltchloride is rood (roze) van kleur. c CoCl2∙6H2O(s) → CoCl2(s) + 6 H2O(l)

4.6 Glaswerk en nauwkeurigheid A 34 Van links naar rechts: buret: 16,32 mL bekerglas: 147 mL erlenmeyer: 165 mL maatcilinder: 41 mL A 35 a 11,3∙10³ kg m3 = 1,13∙104 g dm3 b 0,72∙10³ kg m3 = 7,2∙102 g dm3 c 0,178 kg m3 = 0,178 g dm3 B 36 a 0,144 → 0,1 b 19,38 → 19,4



23  = 10,90047393 → 11 c  ____ 2,11 21  = 1,363636364 → 1,4 d  ____ 15,4 e 48 780,4878 → 5∙104 f 16,82333333 → 2∙101 B 37 a 7,686654135 → 7,69 b 360,0454545 → 3,60∙10² B 38 a 30,7 g : 6,76 cm3 = 4,54 g cm3 = 4,54 kg dm3 b 43,1 g : 45,9 cm3 = 0,939 g cm3 = 0,939 kg dm3 c Dichtheid helium = 0,178 kg m3 = 0,178 g dm3 Volume helium = 0,93 g : 0,178 g dm3 = 5,2 dm3 = 5,2 L d Dichtheid water: 0,998∙103 kg m3 = 0,998 kg dm3 Massa water = 0,45 dm3 × 0,998 kg dm3 = 0,45 kg Dichtheid zwaar water: 1,105∙103 kg m3 = 1,105 kg dm3 Massa zwaar water = 0,45 dm3 × 1,105 kg dm3 = 0,50 kg Het verschil bedraagt 0,50 kg − 0,45 kg = 0,05 kg. B 39 Het volume van het loodblok = 20,00 cm × 1,25 cm × 197,8 g 0,70 cm = 18 cm3. De dichtheid bedraagt _______    = 18 cm3 11 g cm3 = 1,1∙104 g dm3. B 40 De dichtheid van een stof is afhankelijk van de temperatuur. Voor metalen geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe lager de dichtheid. De dichtheid 6,1 g cm3 geldt bij 20 °C en de dichtheid 5800 kg m3 (= 5,8 g cm3) bij 25 °C. C 41 Je kunt de dichtheid van de te onderzoeken stof bepalen. Dit kun je doen door eerst de massa te bepalen door te wegen. Het volume kun je bepalen via de onderdompelmethode. Je meet een hoeveelheid water af in bijvoorbeeld een maatcilinder (je moet het volume goed kunnen aflezen) en vervolgens laat je het voorwerp in het water zakken. Je leest opnieuw het volume in de maatcilinder af. Het verschil staat gelijk aan het volume van het voorwerp. Door nu de massa te delen door het volume bereken je de dichtheid. Is de dichtheid (ongeveer) gelijk aan 19,3∙103 kg m3, dan gaat het om goud, anders om pyriet (met een dichtheid van 5,01∙103 kg m3).


17-12-12 16:28

C 42

A 47

1,3 a Een liter lucht is ______      = 14 maal zo zwaar als een 0,090 liter waterstof. b 1,3 kg lucht komt overeen met 1,0 m3, dus 1,0 kg 1,0 m    = 0,77 m3. lucht komt overeen met ______ 3

a mol

0,221

x

liter

1,00

8,00

0,221 mol × 8,00 L x = _________________       = 1,77 mol H2O2   1,00 L

1,3 kg

c Dichtheid waterstof = 0,090 kg m3, dus

mol

1,00

1,77

1,0 kg     = 11 m3.  ____________ 0,090 kg m3

gram

34,01

x

d Hete lucht zet uit. De dichtheid van de hete lucht wordt kleiner dan de dichtheid van de lucht buiten de ballon. Hierdoor stijgt de ballon op. C 43 De diameter van de cilinder is 3,30 mm, ofwel 0,330 cm. De straal is dan 0,165 cm. Het volume van de cilinder is gelijk aan V = p × r2 × h = p × 0,1652 × 11,9 = 1,0 cm3. 0,5436 g      = 0,53 g cm3. De dichtheid is ________ 1,0 cm3

4.7 Molariteit A 44 Molariteit is het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing of het aantal millimol opgeloste stof per milliliter oplossing. A 45

34,01 g × 1,77 mol x = _________________       = 60,1 g H2O2   1,00 mol b mol

0,840

x

liter

1,00

1,23

0,840 mol × 1,23 L x = _________________       = 1,03 mol NH3   1,00 L mol

1,00

1,03

gram

17,03

x

17,03 g × 1,03 mol x = _________________       = 17,6 g NH3   1,00 mol c mmol

0,14

x

mL

1,00

60

0,14 mmol × 60 mL x = __________________       = 8,4 mmol Br2   1,00 mL mmol

1,00

8,4

mg

159,8

x

159,8 mg × 8,4 mmol x = ___________________       = 1,3∙103 mg Br2 = 1,3 g Br2   1,00 mmol A 48

1 mol glucose heeft een massa van 180,2 g; 1 mmol glucose heeft een massa van 180,2 mg. mmol

1,00

5,7

mg

180,2

x

180,2 mg × 5,7 mmol x = ___________________       = 1,0∙103 mg   1,00 mmol 5,7 mmol L1 komt dus overeen met 1,0∙103 mg L1 = 1,0 g L1. A 46 Tussen vierkante haakjes mag je uitsluitend de formule van deeltjes noteren die daadwerkelijk in oplossingen aanwezig zijn. De stof KNO3 is een zout waarvan de ionen los van elkaar in een oplossing voorkomen. In een KNO3-oplossing zijn geen deeltjes KNO3 aanwezig.

42 Hoofdstuk 4


a NaCl(s) → Na+(aq) + Cl(aq) b mol

1,00

x

gram

58,44

3,78

1,00 mol × 3,78 g x = ________________       = 6,47∙102 mol NaCl   58,44 g mol

6,47∙102

x

liter

3,00

1,00

6,47∙102 mol × 1,00 L x = ____________________       = 2,16∙102 mol L1   3,00 L c [Na+] = 2,16·10–2 mol L1 omdat het aantal mol Na+ even groot is als het aantal mol NaCl dat oorspronke lijk werd opgelost.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 49

B 52

a FeCl2(s) → Fe (aq) + 2 Cl (aq) b 2+



mol

1,00

x

gram

126,8

17

1,00 mol × 17 g x = ______________       = 0,13 mol FeCl2   126,8 g mol

0,13

x

liter

1,42

1,00

0,13 mol × 1,00 L x = ________________       = 9,4∙102 mol L1   1,42 L c Het aantal mol Cl in de oplossing is hier tweemaal zo groot als het aantal mol FeCl2 dat oorspronkelijk werd opgelost; zie de coëfficiënten in de oplos vergelijking. [Cl] = 2 × 9,4∙102 = 0,19 mol L1. B 50 a Proef 1: door het toevoegen van water wordt de hoeveelheid opgeloste glucose per mL kleiner, dus de molariteit neemt af. Proef 2: het wegschenken van de oplossing heeft geen invloed op de concentratie; de molariteit blijft gelijk. Proef 3: door het indampen verdampt alleen het water, de hoeveelheid opgeloste glucose per mL neemt toe, dus de molariteit neemt toe. b Proef 1: het toevoegen van water heeft geen invloed op de hoeveelheid opgeloste glucose. Deze blijft dus gelijk. Proef 2: door het wegschenken van de oplossing blijft er minder glucose achter in het bekerglas. De hoeveelheid opgeloste glucose in het bekerglas wordt dus minder. Proef 3: door het indampen verdampt alleen het water, de hoeveelheid opgeloste glucose blijft gelijk. B 51 mol

1,00

x

gram

60,05

4

1,00 mol × 4 g x = _____________       = 7∙102 mol C2H4O2 60,05 g mol

7∙102

x

liter

0,100

1,00

7∙102 mol × 1,00 L x = _________________       = 0,7 mol L1, dus de minimale   0,100 L molariteit van azijnzuur in azijn is 0,7 mol L1.



mol

1,0∙103

x

liter

2,50

1,00

1,0·103 mol × 1,00 L x = ___________________       = 4,0∙104 mol L1   2,50 L B 53 a 0,10 molair is gelijk aan 0,10 mol L1; 100 mL is gelijk aan 0,100 L. mol

0,10

x

liter

1,00

0,100

0,10 mol × 0,100 L x = _________________       = 0,010 mol, dus in   1,00 L oplossing A zit 0,010 mol suiker. b 0,25 molair is gelijk aan 0,25 mol L1; 150 mL is gelijk aan 0,150 L. mol

0,25

x

liter

1,00

0,150

0,25 mol × 0,150 L x = _________________       = 0,038 mol, dus in   1,00 L oplossing B zit 0,038 mol suiker. c In het mengsel zit 0,010 + 0,038 = 0,048 mol suiker. d Deze 0,048 mol suiker zit in 250 mL, ofwel 0,250 L. mol

0,048

x

liter

0,250

1,00

0,048 mol × 1,00 L x = _________________       = 0,19 mol, dus de molariteit   0,250 L van suiker in het mengsel is 0,19 M.

C 54 a 15 mg = 0,015 g mol

1,00

x

gram

290,4

0,015

1,00 mol × 0,015 g x = _________________       = 5,2∙105 mol androsteron   290,4 g b mol

5,2∙105

x

liter

15,0

1,00

5,2∙105 mol × 1,00 L x = ___________________       = 3,4∙106 mol L1, dus de   15,0 L molariteit van androsteron in urine bedraagt 3,4∙106 mol L1.


17-12-12 16:28

C 55 a Fosforzuur: H3PO4 b Additieven worden aan voedingsmiddelen toe gevoegd om de eigenschappen van een product te verbeteren of te veranderen. c Fosforzuur heeft E-nummer E338. d De molaire massa van fosforzuur is 98,00 g; 54 mg = 0,054 g. mol

1,00

x

gram

98,00

0,054

1,00 mol × 0,054 g x = _________________       = 5,51∙104 mol fosforzuur   98,00 g 100 mL = 0,100 L mol

5,51∙104

x

liter

0,100

1,00

5,51∙104 mol × 1,00 L x = ____________________       = 5,51∙103 mol L1.   0,100 L De molariteit van fosforzuur in Coca cola is dus 5,5∙103 mol L1. e Ga uit van 1,0 L oplossing. Deze oplossing heeft dan een massa van 1,7 kg en bevat 0,85 × 1,7 kg = 1,45 kg = 1,45∙103 g fosforzuur. mol

1,00

x

gram

98,00

1,45∙103

1,00 mol × 1,45∙103 g x = ___________________       = 15 mol fosforzuur.   98,00 g Deze hoeveelheid zit in 1,0 L, dus de molariteit van de handelsoplossing is 15 M.

4.8 Afsluiting 1 a TiO2 b Er is sprake van adsorberen. c NO2 d Atoomsoorten in stikstofoxiden: N en O Atoomsoorten in salpeterzuur: H en N en O Er moet een tweede beginstof zijn omdat er voor de pijl een stof moet staan met (in ieder geval) H in de formule. e Ca(NO3)2(s) → Ca2+(aq) + 2 NO3(aq) f Een voorbeeld van een juist antwoord is: − In een laag Ecopaint zit volgens de producent voldoende calciumcarbonaat om vijf jaar lang te reageren met (het) salpeterzuur.

44 Hoofdstuk 4


− Uit het antwoord blijkt dat er sprake is van een reactie (in plaats van een opname). − Uit het antwoord blijkt dat calciumcarbonaat reageert met salpeterzuur (in plaats van stikstofoxiden). g Voorbeelden van juiste of goed te rekenen antwoorden zijn: − Uit (de regels) 18 t/m 21 blijkt dat titaan(IV)oxide niet wordt verbruikt (net als een katalysator / en dus een katalysator is bij de reactie). − In regel 20 staat dat titaan(IV)oxide eindeloos doorgaat (het raakt dus niet op, en is dus een katalysator). − In (de regels) 8 t/m 10 staat dat titaan(IV)oxide ervoor zorgt dat stikstofoxiden worden omgezet (tot salpeterzuur), en dus zelf niet reageert / verbruikt wordt. 2 a Uit de formule van CaCl2∙6H2O blijkt dat er per mol CaCl2 6 mol water wordt opgenomen. Eerst 15 g CaCl2 omrekenen naar mol CaCl2: mol

1,00

x

gram

111,0

15

15 g × 1,00 mol x = ______________       = 0,1351 mol CaCl2   111,0 g Er kan dan 6 × 0,1351 = 0,8108 mol water worden opgenomen. Dit omrekenen naar gram water: mol

1,00

0,8108

gram

18,02

x

18,02 g × 0,8108 mol x = ___________________       = 1,5∙101 g water   1,00 mol b Polaire binding / (polaire) atoombinding c Een voorbeeld van een juist antwoord is: waterstofbruggen, want in de afbeelding zijn (aan de buitenkant) OH-groepen weergegeven. d Voorbeelden van een juist antwoord zijn: − Weeg een gram silicagel af en zet dit in een vochtige ruimte. Laat dit daar staan (en weeg regel matig) tot de massa niet meer toeneemt. Bepaal vervolgens de massa van de verzadigde silicagel. − Weeg een gram silicagel af en doe er een overmaat water bij. Filtreer (en droog voorzichtig, zodat alleen het aanhangende water weg is). Weeg nu opnieuw. − Weeg een hoeveelheid silicagel af en leg dit enige tijd in water. Filtreer het mengsel en weeg de silicagel opnieuw (en reken om naar één gram).


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

of: − Neem een afgewogen/bekende hoeveelheid water; voeg een afgewogen hoeveelheid silicagel toe en wacht enige tijd, filtreer het mengsel en meet / kijk / bepaal hoeveel water is verdwenen door het filtraat te wegen (en reken om naar één gram). e CoCl2∙6H2O(s) → CoCl2(s) + 6 H2O(g) 3

7 a Oplossing van calciumhydroxide in water b 1 calciumhydroxide oplossen in water Ca(OH)2(s) → Ca2+(aq) + 2 OH(aq) 2 calciumoxide toevoegen aan water, het calciumoxide reageert vervolgens met water. CaO(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2 OH(aq) 8

a Aantal protonen: 92 Aantal elektronen: 88 b Acht oxide-ionen hebben samen een lading van 16-. De drie uraanionen hebben dus samen een lading van 16+. Eén U4+-ion en twee U6+-ionen hebben samen een lading van 16+, dus U6+-ionen. c UO2(NO3)2 4 a NH3(aq) b Ammoniak heeft drie N-H-groepen en is uitstekend in staat H-bruggen te vormen met water. c De molaire massa van ammoniak is 17,03 g. mol

1,00

13

gram

17,03

x

a In 75 g water lost 10,3  0,9 = 9,4 g kaliumsulfaat op. g kaliumsulfaat

9,4

x

g water

75

1000

9,4 g × 1000 g x = _____________       = 125 g, dus de oplosbaarheid 75 g van kaliumsulfaat in water is 1,3∙102 g per kg water. b Volgens Binas is de oplosbaarheid van kaliumsulfaat 120 g per kg water. De waarde bij a is experimenteel bepaald, er kunnen fouten zijn gemaakt bij het afwegen, aflezen, uitvoeren van de proef. Ook de temperatuur van het oplosmiddel speelt een belangrijke rol.

17,03 g × 13 mol x = _______________       = 2,214∙102 g   1,00 mol In 1 L ammonia zit 2,214∙102 g ammoniak, dit is 25% van de totale massa. De totale massa van de oplossing is dan 4 × 2,214∙102 g = 8,9∙102 g. De dichtheid is dus 8,9∙102 g per liter, ofwel 0,89 kg L1. 5 a lood(II)sulfide b formule zout 1: PbCl2 formule zout 2: Pb3(PO4)2 verhouding zout 1 : zout 2 = 1 : 3 6 a KAl(SO4)2 b Aluin heeft een verhoudingsformule omdat het een zout is. In het ionrooster van aluin kun je geen aparte moleculen KAl(SO4)2 aanwijzen. c K+: 19 protonen en 19 − 1 = 18 elektronen Al3+: 13 protonen en 13 − 3 = 10 elektronen SO42: (16 + 4 × 8) = 48 protonen en 48 + 2 = 50 elektronen d KAl(SO4)2(s) → K+(aq) + Al3+(aq) + 2 SO42(aq) e Ja, de oplossing bevat vrij beweegbare ionen, die voor stroomgeleiding kunnen zorgen.




17-12-12 16:28

5 Reacties van zouten 5.1 Gevaarlijke zouten B 1

5.2 Neerslagreacties A 2

a MgSO4 b Magnesiumsulfaat is opgebouwd uit positieve (Mg2+) en negatieve (SO42−) ionen. Stoffen die uit de combinatie positieve en negatieve ionen bestaan, noemen we zouten. Een stof die alleen uit niet-metaalatomen bestaat, noemen we moleculair. c Het smeltpunt van magnesiumsulfaat is 1397 K. Dit smeltpunt is zo hoog omdat de ionbinding, de binding tussen de ionen heel sterk is. Om deze te verbreken (smelten), is er veel energie nodig. Zouten hebben daarom altijd een hoog smeltpunt. d MgSO4(s) → Mg2+(aq) + SO42−(aq) e De molaire massa is: 120,4 g. mol

1,00

x

gram

120,4

0,60

a Na2SO4(s) → 2 Na+(aq) + SO42−(aq) Pb(NO3)2(s) → Pb2+(aq) + 2 NO3−(aq) b NO3−

SO42−

Pb2+

g

s

Na

g

g

+

Pb2+(aq) + SO42−(aq) → PbSO4(s) c In ieder geval bevinden zich Na+-ionen en NO3−-ionen in het filtraat. Als geen van beide zouten in overmaat werd gebruikt, komen er vrijwel uit sluitend Na+- en NO3−-ionen in het filtraat voor. d Natriumnitraat zal overblijven. Na+(aq) + NO3−(aq) → NaNO3(s) A 3

1,00 mol × 0,60 g x = ________________       = 4,98∙10−3 mol MgSO4   120,4 g f Er is 4,98∙10−3 mol magnesiumsulfaat in 150 mL. Vervolgens bereken je het aantal mol magnesium sulfaat per liter:

a Cu(NO3)2(s) → Cu2+(aq) + 2 NO3−(aq) b De Cu2+-ionen. Deze ionen kleuren een oplossing blauw. c Na2S(s) → 2 Na+(aq) + S2−(aq) d NO3−

S2−

2+

+

mol

4,98∙10

x

Cu

g

s

liter

0,150 (150 mL)

1,00

Na

g

g

−3

4,98∙10 mol × 1,00 L x = ____________________       = 3,3∙10−2 M   0,150 L g Water is een polair molecuul. De zuurstofatomen in een watermolecuul hebben een grotere elektro negativiteit dan de waterstofatomen. Hierdoor zijn de zuurstofatomen een klein beetje negatief geladen. De waterstofatomen zijn juist een klein beetje positief geladen. De ‘O-kant’ van het molecuul gaat dus naar de positief geladen ionen staan. De ‘H-kant’ van het molecuul gaat juist naar de negatief geladen ionen staan. h Magnesiumsulfaatheptahydraat: MgSO4∙7H2O i De totale molaire massa van bitterzout is 246,5 g. De massa van het kristalwater in dit zout is 126,1 g. Vervolgens vul je de formule voor het massa percentage in. Het massapercentage kristalwater in bitterzout = −3

126,1 g _______  × 100% = 51,16%. 246,5 g 46 Hoofdstuk 5


Cu2+(aq) + S2−(aq) → CuS(s) e De blauwe kleur is afkomstig van de Cu2+-ionen. Deze zijn dus nog in de oplossing aanwezig nadat zich een neerslag heeft gevormd. Koper(II)nitraat moet dus in overmaat aanwezig zijn, anders zou de oplossing geen blauwe kleur hebben. A 4 a Onder een chemisch evenwicht verstaan we de toestand waarin twee omkeerbare reacties tegelijkertijd verlopen. De snelheid van de heengaande reactie is gelijk aan de snelheid van de teruggaande reactie. De concentraties van de stoffen die bij de omkeerbare reacties betrokken zijn, blijven constant. b Nee, er verloopt geen chemische reactie bij de verdeling van jood over de twee oplosmiddelen, het is dus geen chemisch evenwicht. Het is een verde-


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

lingsevenwicht, ook een vorm van een dynamisch evenwicht. A 5 a Mg2+(aq) + 2 OH−(aq) → Mg(OH)2(s) Ca2+(aq) + CO32−(aq) → CaCO3(s) b In de suspensie zijn aanwezig: de vaste stof magnesiumcarbonaat, water, magnesium- en carbonaat ionen. Dat er ook magnesium- en carbonaationen zijn, heb je aangetoond met de neerslagreacties.

NO3−

CrO42−

Pb2+

g

s

K+

g

g

Pb2+(aq) + CrO42−(aq) → PbCrO4(s) C 10 Vorming neerslag A: Br− Ag

s

Cu2+

g

2+

Fe

g

Ca2+

g

+

B 6 OH−

SO42−

Ba2+

g

s

Al3+

s

g

Ag+(aq) + Br−(aq) → AgBr(s)

Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) Al3+(aq) + 3 OH−(aq) → Al(OH)3(s)

Omdat er een overmaat Br− wordt toegevoegd, is alle Ag+ neergeslagen.

Het neerslag bestaat dus uit twee zouten! Je mag deze twee neerslagreacties ook in één vergelijking weer geven:

Vorming neerslag B: Door het filtreren is er geen AgBr meer aanwezig.

Ba2+(aq) + SO42−(aq) + Al3+(aq) + 3 OH−(aq) → BaSO4(s) + Al(OH)3(s) B 7 Een zout dat niet oplost is iets anders dan het ont-staan van een neerslag. Een neerslag is een chemische reactie, er ontstaat een nieuwe vaste stof als oplossingen worden samengevoegd. In dit geval ontstaat er geen nieuw zout, maar lost het zout niet op in water. Rick heeft dus geen gelijk. B 8 De geur wordt veroorzaakt door de component die verdampt. Het pigment is een zout en zal dus niet snel verdampen, dat zou trouwens ook betekenen dat de kleur verdwijnt! Ook het bindmiddel verdampt niet. Droge verf bestaat uit uitgehard bindmiddel en pigment. De typische geur zal dus worden veroorzaakt door het verdampende oplosmiddel. B 9 a In hoofdstuk 4 heb je gezien dat K2O reageert met water: K2O(s) + H2O(l) → 2 K+(aq) + 2 OH−(aq) b De chromaationen staan niet in Binas tabel 45A, maar uit de tekst kun je afleiden dat het chromaation een slecht oplosbaar zout vormt met lood(II)ionen.



Br−

S2−

Cu2+

g

s

Fe

2+

g

s

Ca2+

g

m

Cu2+(aq) + S2−(aq) → CuS(s) en Fe2+(aq) + S2−(aq) → FeS(s) Na toevoegen van de natriumsulfide-oplossing aan het filtraat zullen er twee zouten neerslaan. Neerslag B zal dus bestaan uit een mengsel van CuS en FeS. We zijn ervan uitgegaan dat het matig oplosbare CaS hier niet neerslaat. Vorming neerslag C: Door het filtreren is er geen CuS en FeS meer aanwezig.

Ca2+

Br−

S2−

CO32−

g

m

s

Er zal niet veel S2− meer in het mengsel aanwezig zijn. Ca2+(aq) + CO32−(aq) → CaCO3(s) Dus: Neerslag A: AgBr Neerslag B: een mengsel van CuS en FeS Neerslag C: CaCO3

Reacties van zouten 47

17-12-12 16:28

5.3 Rekenen aan reacties A 11 a mol

0,21

1,00

aantal deeltjes

x

6,022∙1023

0,21 mol × 6,022∙1023 deeltjes x = ___________________________        = 1,3∙1023 deeltjes   1,00 mol b Het molair volume kun je in Binas tabel 7 vinden (22,4 dm3 mol−1). mol

0,21

1,00

dm3

x

22,4

0,21 mol × 22,4 dm3 x = __________________       = 4,7 dm3 = 4,7 L ammoniak  1,00 mol gas c

d Stap 5: mol omrekenen naar kg. mol

1,00

1,08∙104

gram

26,98

x

1,08∙104 mol × 26,98 g x = ____________________       = 2,91∙105 g = 2,91∙102 kg   1,00 mol aluminium

B 13 a Stap 1: 4 CuO(s) + CH4(g) → 4 Cu(s) + CO2(g) + 2 H2O(l) Stap 2: de massa CuO omrekenen naar het aantal mol. Je weet uit het rekenvoorbeeld dat er 2,0 gram CuO reageert. Je wilt uitrekenen hoeveel dm3 CO2 er ontstaat.

mol

0,21

1,00

mol

1,00

x

gram

x

17,03

gram

79,54

2,0

0,21 mol × 17,03 g x = _________________       = 3,6 g ammoniak   1,00 mol d mol

0,21

x

liter

2,3

1,00

0,21 mol × 1,00 L x = ________________       = 9,1∙10−2 mol. De molariteit is 2,3 L 9,1∙10 mol L . −2

−1

A 12

1,00 mol × 2,0 g x = _______________       = 2,514∙10−2 mol CuO   79,54 g Stap 3: de molverhouding CuO : CO2 = 4 : 1. Stap 4: het aantal mol CO2 dat ontstaat is dan: 2,514∙10−2 mol       = 6,286∙10−3 mol. _____________ 4 Stap 5: het aantal mol CO2 omrekenen naar liter met het molair volume (24,0 dm3 mol−1). mol

1,00

6,286∙10−3

dm

24,0

x

3

a Stap 1: 2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2 b Stap 2: 550 kg aluminiumoxide = 550∙103 g aluminiumoxide omrekenen naar mol. gram

550∙103

102,0

mol

x

1,00

550∙103 g × 1,00 mol x = ___________________       = 5,39∙103 mol aluminium   102,0 g oxide c Stap 3: de molverhouding Al2O3 : Al = 2 : 4. 5,39∙103      × 4 = 1,08∙104 mol Stap 4: dus er ontstaat ________ 2 aluminium.

6,286∙10−3 mol × 24,0 dm3 x = ________________________        = 0,15 dm3 CO2   1,00 mol b Stap 1 en 2 heb je bij vraag a gedaan. Stap 3: de molverhouding CuO : H2O = 4 : 2 = 2 : 1. Stap 4: het aantal mol H2O dat ontstaat is dan: 2,514∙10−2 mol       = 1,257∙10−2 mol. _____________ 2 Stap 5: aangezien water een vloeistof is (en geen gas), kun je geen gebruikmaken van het molair volume. Je moet het volume nu uitrekenen door gebruik te maken van de dichtheid. Eerst reken je het aantal mol H2O om naar het aantal gram: mol

1,00

1,257∙10−2

gram

18,02

x

1,257∙10−2 mol × 18,02 g x = ______________________        = 0,2265 g H2O   1,00 mol De dichtheid van water is gegeven: 1,00 g mL−1.

48 Hoofdstuk 5



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

gram

1,00

0,2265

mol

1,00

x

liter

1,00∙10−3

x

gram

100,2

0,72∙103

0,2265 g × 1,00∙10−3 L x = ____________________       = 2,3∙10−4 L H2O   1,00 g c Het volume van het gas is 0,15 L. Het volume van de vloeistof is 2,3∙104 L. Het gas neemt veel meer ruimte in. B 14 a Stap 1: CaCO3(s) + 2 NaCl(s) → Na2CO3(s) + CaCl2(s) Stap 2: 1,00 ton CaCO3 = 1,00∙106 g CaCO3 omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

100,1

1,00∙106

1,00 mol × 1,00∙106 g x = ___________________       = 9,990∙103 mol CaCO3   100,1 g Stap 3: de molverhouding CaCO3 : NaCl = 1 : 2. Stap 4: er is dus 2 × 9,990∙103 mol = 1,998∙104 mol NaCl nodig. Stap 5: ten slotte zet je dit aantal mol weer om naar gram en ton. mol

1,00

1,998∙104

gram

58,44

x

1,998∙104 mol × 58,44 g x = _____________________        = 1,168∙106 g =   1,00 mol 1,17 ton NaCl b Stap 1 en 2 heb je al bij vraag a gedaan. Stap 3: de molverhouding CaCO3 : Na2CO3 = 1 : 1. Stap 4: er ontstaat dus 9,990∙103 mol Na2CO3. Stap 5: dit reken je weer om naar gram en ton.

1,00 mol × 0,72∙103 g x = ___________________       = 7,186 mol C7H16   100,2 g Stap 3: de molverhouding C7H16 : O2 = 1 : 11. Stap 4: er is dus 7,186 × 11 mol = 79,04 mol O2 nodig. Stap 5: het aantal mol zuurstof reken je om naar het aantal dm3, door gebruik te maken van het molair volume (24,4 dm3 mol−1). mol

1,00

79,04

dm3

24,4

x

79,04 mol × 24,4 dm3 x = ___________________       = 1,929∙103 dm3 O2   1,00 mol Lucht bevat 21,2% zuurstof: 1,929∙103 dm3       × 100% = 9,097∙103 dm3 = 9,1 m3 lucht. _____________ 21,2 B 16 a Stap 1: 2 Fe2O3(s) + 3 C(s) → 4 Fe(s) + 3 CO2(g) b Stap 2: 250 ton Fe2O3 = 250∙106 g Fe2O3 omrekenen naar mol. gram

159,7

250∙106

mol

1,00

x

250∙106 g × 1,00 mol x = ___________________       = 1,565∙106 mol Fe2O3   159,7 g Stap 3: de molverhouding: Fe2O3 : C = 2 : 3 1,565∙106      × 3 = 2,348∙106 mol cokes Stap 4: er is _________ 2 nodig. Stap 5: omrekenen naar ton cokes.

mol

1,00

9,990∙103

mol

1,00

2,348∙106

gram

106,0

x

gram

12,01

x

9,990∙103 mol × 106,0 g x = _____________________        = 1,059∙106 g =   1,00 mol 1,06 ton Na2CO3 B 15 a Stap 1: C7H16(l) + 11 O2(g) → 7 CO2(g) + 8 H2O(l) b Stap 2: gebruik eerst de dichtheid om het aantal gram C7H16 te berekenen. De dichtheid is 0,72∙103 kg m−3 = 0,72∙103 g dm−3 (Binas tabel 11). 1,0 L benzine heeft dus een massa van 0,72∙103 gram. Dit aantal gram reken je om naar mol.

2,348∙106 mol × 12,01 g x = ______________________        = 2,82∙107 g C = 2,82∙101   1,00 mol ton C (cokes). c Stap 1 en 2 heb je al bij vraag a en b gedaan. Stap 3: de molverhouding: Fe2O3 : Fe = 2 : 4. 1,565∙106      × 4 = 3,130∙106 mol ijzer. Stap 4: er ontstaat _________ 2 Stap 5: omrekenen naar ton ijzer. mol

1,00

3,130∙106

gram

55,85

x

3,130∙10 mol × 55,85 g x = ______________________        = 1,75∙108 g Fe =   1,00 mol 1,75∙102 ton ijzer. 6




17-12-12 16:28

B 17 Stap 1: stel eerst de oplosvergelijking op: Cu(NO3)2(s) → Cu2+(aq) + 2 NO3−(aq) Stap 2: reken vervolgens het aantal gram om naar mol. mol

1,00

x

gram

187,5

3,6

Cu2+-ionen: mol

0,0192

x

liter

0,150

1,00

0,0192 mol × 1,00L x = __________________       = 1,3∙10−1 M. [Cu2+] =   0,150 L 1,3∙10−1 mol L−1. NO3−-ionen: mol

0,0384

x

liter

0,150

1,00

0,0384 mol × 1,00 L x = __________________       = 2,6∙10−1 M.   0,150 L [NO3] = 2,6∙10−1 mol L−1 C 18 a NO3

Cl

Ag

g

s

Mg2+

g

g

+

mol

0,10

x

liter

1,00

2,5∙10−2

0,10 mol × 2,5∙10−2 L x = ___________________       = 2,5∙10−3 mol Ag+-ionen   1,00 L

1,00 mol × 3,6 g x = _______________       = 0,0192 mol Cu(NO3)2   187,5 g Stap 3: de molverhouding Cu(NO3)2 : Cu2+ : NO3− = 1 : 1 : 2. Stap 4: er is dus 0,0192 mol Cu2+-ionen en 2 × 0,0192 = 0,0384 mol NO3−-ionen in de oplossing aanwezig. Stap 5: ten slotte reken je de concentratie uit.

−

Stap 3: de molverhouding AgNO3 : Ag+ : NO3− = 1:1:1 Stap 4: per liter oplossing is er 0,10 mol Ag+-ionen, in 25 mL zit:

−

Ag+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s) b Om te bepalen welke ionsoort in overmaat aanwezig is, moet je het aantal mol Ag+ en Cl− berekenen in de oplossingen. Ag+-ionen: Stap 1: oplosvergelijking AgNO3 AgNO3(s) → Ag+(aq) + NO3−(aq)

Cl−-ionen: Stap 1: oplosvergelijking MgCl2 MgCl2(s) → Mg2+(aq) + 2 Cl−(aq) Stap 2: de molariteit van de MgCl2-oplossing is 0,030 mol L−1. Stap 3: de molverhouding MgCl2 : Mg2+ : Cl− = 1 : 1 : 2. Stap 4: per liter oplossing zijn er 2 × 0,030 = 0,060 mol Cl−-ionen, in 15 mL zit: mol

0,060

x

liter

1,00

1,5∙10−2

0,060 mol × 1,5∙10−2 L x = ____________________       = 9,0∙10−4 mol Cl−-ionen.   1,00 L Ag+ en Cl− reageren in de molverhouding 1 : 1, dus is Ag+ in overmaat aanwezig. c Als je dus wil weten hoeveel AgCl ontstaat, reken je met de Cl−-ionenconcentratie. Stap 1 en 2 heb je al bij vraag a en b gedaan. Stap 3: de molverhouding AgCl : Ag+ : Cl− = 1 : 1 : 1. Stap 4: er kan maximaal 9,0∙10−4 mol AgCl ontstaan, omdat de Cl−-ionen dan allemaal gereageerd hebben. Stap 5: omrekenen naar gram AgCl. mol

1,00

9,0∙10−4

gram

143,3

x

9,0∙10−4 mol × 143,3 g x = ____________________       = 0,13 g AgCl.   1,00 mol d We gaan alle aanwezige ionsoorten na. Cl−-ionen: dit ion vormt met Ag+ het neerslag en komt niet meer in het filtraat voor. [Cl−] = 0,0 M. Ag+-ionen: waren in overmaat aanwezig, 9,0∙10−4 mol van de 2,5∙10−3 mol heeft gereageerd. In het filtraat is dus nog aanwezig: 2,5∙10−3 − 9,0∙10−4 = 1,6∙10−3 mol Ag+-ionen. Het volume van het mengsel is 25 mL + 15 mL = 40 mL. De concentratie kun je vervolgens uitrekenen.

Stap 2: de molariteit van de AgNO3-oplossing is 0,10 mol L−1. 50 Hoofdstuk 5



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

mol

1,6∙10−3

x

mol

1,00

x

liter

4,0∙10−2

1,00

dm3

23,0

90

1,6∙10−3 mol × 1,00 L x = ___________________       = 4,0∙10−2 mol. [Ag+] =   4,0∙10−2 L 4,0∙10−2 mol L−1. Mg2+-ionen: deden niet mee aan de reactie en zijn dus nog volledig aanwezig in het filtraat. Omdat er per mol MgCl2 één mol Mg2+-ionen is, is de molariteit van de MgCl2-oplossing gelijk aan de molariteit van de Mg2+-ionen (1 : 1). In 15 mL is er: mol

0,030

x

liter

1,00

1,5∙10−2

0,030 mol × 1,5∙10−2 L x = ____________________       = 4,5∙10−4 mol Mg2+-ionen.   1,00 L Het totale volume is 40 mL. De concentratie kun je vervolgens uitrekenen. mol

4,5∙10−4

x

liter

4,0∙10−2

1,00

4,5∙10−4 mol × 1,00 L x = ___________________       = 1,1∙10−2 mol.   4,0∙10−2 L [Mg2+] = 1,1∙10−2 mol L−1. NO3−-ionen: hier geldt hetzelfde als voor Mg2+, deze ionen doen niet mee aan de reactie. Omdat er per mol AgNO3 één mol NO3−-ionen is, is de molariteit van de AgNO3-oplossing gelijk aan de molariteit van de NO3−-ionen (1 : 1). In 25 mL is er: mol

0,10

x

liter

1,00

2,5∙10−2

0,10 mol × 2,5∙10−2 L x = ___________________       = 2,5∙10−3 mol NO3−-ionen.   1,00 L Het totale volume is 40 mL. De concentratie kun je vervolgens uitrekenen. mol

2,5∙10−3

x

liter

4,0∙10

1,00

−2

2,5∙10−3 mol × 1,00 L x = ___________________       = 6,3∙10−2 mol.   4,0∙10−2 L [NO3−] = 6,3∙10−2 mol L−1. C 19 a 2 NaN3(s) → 2 Na(s) + 3 N2(g) b FeO(s) + 2 Na(s) → Fe(s) + Na2O(s) c Stap 1: reactievergelijking bij vraag a. Stap 2: reken het volume N2 om naar mol, Vm = 23 dm3 mol−1.



1,00 mol × 90 dm3 x = _________________         = 3,91 mol N2 23,0 dm3 Stap 3: de molverhouding N2 : NaN3 = 3 : 2. 3,91 mol      × 2 = 2,61 mol NaN3 nodig. Stap 4: er is dus ________ 3 Stap 5: omrekenen naar gram NaN3. mol

1,00

2,61

gram

65,02

x

2,61 mol × 65,02 g x = _________________       = 1,7∙102 g NaN3   1,00 mol d Stap 1 en 2: heb je al bij de vragen a t/m c gedaan. Stap 3: de molverhouding NaN3 : Na = 2 : 2 = 1 : 1. De molverhouding Na : FeO = 2 : 1. Stap 4: er is 2,61 mol NaN3 ontleedt, er ontstaat dus 2,61 mol      = 1,31 mol FeO. 2,61 mol Na. Nodig dan ________ 2 Stap 5: omrekenen naar gram FeO. mol

1,00

1,31

gram

71,85

x

1,31 mol × 71,85 g x = _________________       = 94 g FeO   1,00 mol

5.4 Toepassen van neerslagreacties A 20 Je zou (een overmaat van) een oplossing van natriumsulfaat kunnen gebruiken. De Pb2+-ionen slaan dan neer volgens: Pb2+(aq) + SO42−(aq) → PbSO4(s) Er zijn natuurlijk ook andere oplossingen te bedenken. Het gaat er om dat je een goed oplosbaar zout neemt waarvan het negatieve ion met de Pb2+-ionen een slecht oplosbaar zout vormt. B 21 a Voeg bijvoorbeeld een bariumnitraatoplossing toe aan een natriumcarbonaatoplossing: Ba2+(aq) + CO32−(aq) → BaCO3(s)


17-12-12 16:28

Filtreer het mengsel. Spoel het residu na met gedestilleerd water en droog het, bijvoorbeeld in een oventje. b Voeg bijvoorbeeld een zilvernitraatoplossing toe aan een natriumbromide-oplossing: Ag+(aq) + Br−(aq) → AgBr(s)

c Beide zouten zijn goed oplosbaar en vormen een heldere kleurloze oplossing. NaBr(s) → Na+(aq) + Br−(aq) MgBr2(s) → Mg2+(aq) + 2Br−(aq)

Filtreer het mengsel. Spoel het residu na met gedestilleerd water en droog het. c Voeg bijvoorbeeld een bariumnitraatoplossing in de juiste (mol)verhouding toe aan een zinksulfaatoplossing:

Na het toevoegen van water moet je een onderscheid maken tussen natrium- en magnesiumionen. Voeg bijvoorbeeld een oplossing van natrium hydroxide toe. Als er een neerslag ontstaat, is het zout magnesiumbromide. Ontstaat er geen neerslag, dan is het zout natriumbromide.

Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s)

Mg2+(aq) + 2 OH−(aq) → Mg(OH)2(s)

Filtreer het mengsel. Het filtraat is nu belangrijk, omdat dit in feite een zinknitraatoplossing is. Om hier vast zinknitraat van te maken, moet je het filtraat indampen: Zn2+(aq) + 2 NO3−(aq) → Zn(NO3)2(s) B 22 a Natriumcarbonaat is een goed oplosbaar zout, calciumcarbonaat is een slecht oplosbaar zout. Als je wat water in de reageerbuis doet en er ontstaat een heldere oplossing, dan is het zout natriumcarbonaat. Ontstaat er een suspensie, dan is het calciumcarbonaat. Na2CO3(s) → 2 Na (aq) + CO3 (aq) 2−

+

b Beide zouten zijn goed oplosbaar, maar koper(II)ionen geven het water een blauwe kleur. Je kunt dus water toevoegen en aan de kleur herkennen welk zout het is. CuSO4(s) → Cu (aq) + SO4 (aq) K2SO4(s) → 2 K+(aq) + SO42−(aq) 2+

2−

Je kunt ook gebruikmaken van een neerslagreactie. In dat geval ga je als volgt te werk: Los eerst het zout op. Zoek vervolgens een negatief ion dat wel een neerslag vormt met de koper(II)ionen en niet met de kaliumionen, bijvoorbeeld sulfide-ionen. Voeg een oplossing van natriumsulfide toe aan de oplossing van het zout. Als er een neerslag ontstaat, is het zout koper(II)sulfaat. Ontstaat er geen neerslag, dan is het zout kaliumsulfaat. Cu2+(aq) + S2−(aq) → CuS(s)

52 Hoofdstuk 5


B 23 Voeg allereerst water toe en probeer de drie stoffen op te lossen. Alleen calciumfosfaat lost niet op. De buis waarin een suspensie ontstaat, bevat calciumfosfaat. Voeg aan de inhoud van de twee andere buizen bijvoorbeeld zilvernitraatoplossing toe. In de buis met calciumchloride zal een neerslag van zilverchloride zichtbaar worden: Ag+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s) De buis met calciumnitraat zal helder blijven. B 24 Ja, de Ca2+-ionen uit het calciumchloride kunnen met de fosfaationen uit het rioolwater een neerslag vormen, zodat het rioolwater op deze wijze gedefosfateerd kan worden: 3 Ca2+(aq) + 2 PO43−(aq) → Ca3(PO4)2(s) B 25 a Los de stof op en voeg bijvoorbeeld een magnesiumchloride-oplossing toe. Mg2+-ionen vormen met Cl−-ionen géén neerslag, maar met CO32−-ionen wel: Mg2+(aq) + CO32−(aq) → MgCO3(s) Als er na het toevoegen van de magnesiumchloride een neerslag ontstaat, dan is het natriumchloride dus verontreinigd met natriumcarbonaat. Ontstaat er geen neerslag, dan was het natriumchloride niet verontreinigd met natriumcarbonaat. b Dit kun je niet nagaan, er is geen positief metaalion te vinden (in Binas tabel 45A) dat met chloride-ionen wel een neerslag vormt en met carbonaationen niet.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

En dat was de eis, omdat we dan op grond van een eventuele vertroebeling zouden kunnen concluderen of het mengsel verontreinigd was of niet. c Zie het antwoord bij a. B 26 a Eerst de notatie van een natriumstearaatoplossing: Na (aq) + C17H35COO (aq) +

−

In reactie met hard water reageert alleen het stearaation: Ca2+(aq) + 2 C17H35COO−(aq) → Ca(C17H35COO)2(s) (kalkzeep) b Na5P3O10(s) → 5 Na+(aq) + P3O105−(aq) (trifosfaation) c Ca2+(aq) + 2 P3O105−(aq) → Ca(P3O10)28−(aq) (Ga voor jezelf na of de lading van het calcium- trifosfaatcomplex juist is.) d Er treedt geen kalkzeepvorming op doordat er geen vrije Ca2+-ionen beschikbaar zijn voor de neerslagvorming. e Doordat bij gebruik van natriumtrifosfaat kan worden volstaan met minder waspoeder omdat de calcium ionen niet meer beschikbaar zijn voor de neerslagvorming met de stearaationen van de zeep. B 27 a Ca2+(aq) + HCO3−(aq) + OH−(aq) → CaCO3(s) + H2O(l) b Per kubieke meter water wordt verwijderd: 120 − 60 = 60 g Ca2+ 60 g Ca2+ per m3 = 60 g Ca2+ per 1000 L = 60 mg Ca2+ L−1 Dat is een verlaging van: mg Ca2+

7,1

60

°D

1,00

x

1,00 L × 60 mg x = _____________       = 8,5 °D. 7,1 mg B 28 a Los een monster van de stof op en voeg er bijvoorbeeld een natriumsulfaatoplossing aan toe. Is een neerslag zichtbaar, dan was er lood(II)acetaat aanwezig. Treedt er geen neerslagvorming op, dan is de stof niet verontreinigd, omdat zinkionen geen neerslag vormen met sulfaationen. b Voeg water toe aan een kleine hoeveelheid van de stof en schud. Is het verkregen mengsel helder, dan is er geen zinkoxide aanwezig. Zinkoxide lost namelijk slecht op in water en dan zou je een suspensie waarnemen.



c Los een spatelpuntje van de stof op en voeg er bijvoorbeeld een zinksulfaatoplossing aan toe. Is er een neerslag zichtbaar, dan was er ammoniumfosfaat aanwezig. Treedt er geen neerslagvorming op, dan is de stof niet verontreinigd, omdat sulfaationen met zinkionen geen neerslag vormen. C 29 De opgeloste stof in buis 4 is bariumjodide: Buis 1: Er ontstaat een wit neerslag na toevoegen van natriumsulfaat. Het positieve ion uit stof X vormt dus een slecht oplosbaar zout met sulfaationen. Het zijn dus Ba2+-, Pb2+-, Ag+- of Hg+-ionen. Buis 2: De zinkionen geven geen neerslag met stof X. Het negatieve ion uit stof X kan dan zijn: NO3−, CH3COO−, Cl−, Br−, I−, SO42− of F−. De chloride-ionen geven geen neerslag met stof X, dus het positieve ion uit stof X kan geen Ag+, Hg+ of Pb2+ zijn. Alleen Ba2+ blijft dan over. Buis 3: De kwikionen geven een rood neerslag. Kwikionen slaan met bijna alle negatieve ionsoorten uit Binas tabel 45A neer, maar door de rode kleur weet je dat het HgI2 is (Binas tabel 65B). Het positieve ion in stof X is Ba2+, het negatieve ion is I−. Stof X is dus BaI2. Buis 1: Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) Buis 2: geen reactie Buis 3: Hg2+(aq) + 2 I−(aq) → HgI2(s)

5.5 Afsluiting 1 a Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) b Stap 1: zie vraag a. Stap 2: om het aantal mol barium- en sulfaationen uit te kunnen rekenen moet je eerst het aantal mol bariumsulfaat weten. Je rekent het aantal gram om naar mol. mol

1,00

x

gram

233,4

5,0

1,00 mol × 5,0 g x = _______________        = 2,14∙10−2 mol BaSO4 233,4 gram


17-12-12 16:28

Stap 3: de molverhouding Ba2+ : SO42− : BaSO4 = 1 : 1 : 1. Stap 4: dus er is 2,14∙10−2 mol Ba2+ en 2,14∙10−2 mol SO42− nodig. Stap 5: je weet nu het aantal mol en de molariteit, je kunt nu het aantal liter uitrekenen. Ba2+-ionen: de molariteit van de bariumnitraat oplossing is 0,50 M. mol

0,50

2,14∙10−2

liter

1,00

x

2,14∙10−2 mol × 1,00 L x = ___________________       = 4,3∙10−2 L.   0,50 L Er is dus 43 mL van de bariumnitraatoplossing nodig. SO42-ionen: er is ook 43 mL van de natriumsulfaatoplossing nodig, omdat het aantal mol gelijk is aan het aantal mol Ba2+-ionen en de molariteit van de natriumsulfaatoplossing gelijk is aan die van bariumnitraat. 2 Zij gaat uit van oplossingen van CuSO4 en BaCl2 die evenveel mol per liter bevatten. Zij voegt gelijke volumes (bijvoorbeeld van elk 50 mL) bij elkaar. (Je wilt immers een zo zuiver mogelijk product.) Er ontstaat een neerslag van bariumsulfaat volgens: Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) We filtreren de nu ontstane suspensie en dampen het filtraat in: Cu2+(aq)+ 2 Cl−(aq) → CuCl2(s) Op deze manier heeft de leerling het zout CuCl2 gemaakt. 3 a 2 C8H18(g) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) 2 H2 + O2 → 2 H2O b Bij de verbranding van waterstofgas ontstaat geen koolstofdioxide. c 2,00 kg = 2,00∙103 g C8H18 omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

114,2

2,00∙103

1,00 mol × 2,00∙103 g x = ___________________       = 1,75∙101 mol C8H18   114,2 g d 2,00 kg H2 = 2,00∙103 g H2 omrekenen naar mol.

54 Hoofdstuk 5


mol

1,00

x

gram

2,016

2,00∙103

1,00 mol × 2,00∙103 g x = ___________________        = 9,92∙102 mol H2 2,016 gram e Binas tabel 7: Vm = 24,5 dm3 mol−1 volume C8H18: mol

1,00

1,75∙101

dm3

24,5

x

1,75∙101 mol × 24,5 dm3 x = _____________________        = 4,29∙102 dm3 C8H18(g)   1,00 mol volume H2: mol

1,00

9,92∙102

dm

24,5

x

3

9,92∙102 mol × 24,5 dm3 x = _____________________        = 2,43∙104 dm3 H2(g)   1,00 mol f Stap 1 en 2: heb je al bij vraag a en c gedaan. Stap 3: de molverhouding C8H18 : H2O = 2 : 18 = 1 : 9. Stap 4: dus bij de verbranding van benzine ontstaat 9 × 1,75∙101 mol = 1,575∙102 mol H2O. Stap 5: omrekenen naar gram H2O. mol

1,00

1,575∙102

gram

18,02

x

1,575∙102 mol × 18,02 g x = ______________________        = 2,84∙103 g H2O   1,00 mol Stap 3: de molverhouding H2 : H2O = 1 : 1 Stap 4: dus bij de verbranding van waterstof ontstaat 9,92∙102 mol H2O. Stap 5: omrekenen naar gram H2O. mol

1,00

9,92∙102

gram

18,02

x

9,92∙10 mol × 18,02 g x = ____________________       = 1,79∙104 g H2O   1,00 mol g Stap 3: de molverhouding C8H18 : CO2 = 2 : 16 = 1 : 8. Stap 4: dus bij de verbranding van benzine ontstaat 8 × 1,75∙101 mol = 1,40∙102 mol CO2. Stap 5: omrekenen naar gram CO2. 2

mol

1,00

1,40∙102

gram

44,01

x

1,40∙102 mol × 44,01 g x = ____________________       = 6,16∙103 g CO2   1,00 mol h Vm = 24,5 dm3 mol−1 Er ontstaat 1,40∙102 mol CO2(g), dus:


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

mol

1,00

1,40∙102

dm3

24,5

x

7

1,40∙10 mol × 24,5 dm x = ______________________        = 3,43∙103 dm3 CO2.   1,00 mol i Bij de verbranding van waterstof ontstaat geen koolstofdioxide. j Waterstof is brandbaar en explosief. Waterstof is lastig op een ‘schone’ manier te maken. 2

3

4 a Pb2+(aq) + SO42−(aq) → PbSO4(s) b In het filtraat zitten in elk geval Na+-ionen en NO3−-ionen. Deze beide ionsoorten kunnen alleen zouten vormen die goed oplosbaar zijn. c Als de leerling een overmaat Na2SO4-oplossing toevoegt, vind je in het filtraat naast Na+-ionen en NO3-ionen ook SO42−-ionen. Als je in dit geval een bariumnitraatoplossing toevoegt, ontstaat er een neerslag van BaSO4 volgens: Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) Dat gebeurt in dit geval niet. Conclusie: er is geen overmaat natriumsulfaat gebruikt. Als de leerling een overmaat Pb(NO3)2-oplossing heeft gebruikt komen er naast Na+-ionen en NO3−ionen ook Pb2+-ionen in het filtraat voor. Bij het toevoegen van een Na2CO3-oplossing ontstaat er een neerslag van PbCO3 volgens: Pb2+(aq) + CO32−(aq) → PbCO3(s) Beide waarnemingen kloppen met de werkelijkheid. Conclusie: de leerling heeft een overmaat lood(II)nitraatoplossing gebruikt. 5 a 2 Bi + 3 H2S → Bi2S3 + 6 H b Bi(NO3)3(s) → Bi3+(aq) + 3 NO3−(aq) c 2 Bi(s) + 3 S(s) → Bi2S3(s) 3+

+

6 Gebruik bij het beantwoorden van deze vraag Binas tabel 45A. Na het toevoegen van chloride-ionen komt er geen neerslag. Het positieve ion is dus geen Ag+, Hg+, Pb2+. Met jodide-ionen ontstaat er een oranje neerslag. De hierboven genoemde ionen geven een neerslag, maar die kunnen het niet zijn. De enige mogelijkheid is dan nog Hg2+.



a Nee. De 10 mL op het etiket is de hoeveelheid plantenvoedsel die je aan een liter water moet toevoegen om de juiste concentratie plantenvoeding in het water te krijgen. Je moet natuurlijk veel meer dan 10 mL water geven, zeker voor alle planten samen. 0,58 b ____  = 0,00116 kg mL−1. Dat is 1,2 g mL−1. 500 c In het water zijn zouten opgelost die de dichtheid groter maken. d Stap 1: elk NO3− bevat 1 stikstofatoom. Stap 2: eerst het aantal gram N-atomen omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

14,01

2,5

2,5 g × 1,00 mol x = _______________       = 0,18 mol N van de nitraationen   14,01 g Stap 3: de molverhouding N : NO3− = 1 : 1. Stap 4: er is dus ook 0,18 mol NO3−. Stap 1: elk NH4+ bevat 1 stikstofatoom. Stap 2 : eerst aantal gram N-atomen omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

14,01

1,54

1,54 g × 1,00 mol x = ________________       = 0,110 mol N van de   14,01 g ammoniumionen Stap 3: de molverhouding N : NH4+ = 1 : 1. Stap 4: er is dus ook 0,110 mol NH4+. e K2O(s) + H2O(l) → 2 K+(aq) + 2 OH−(aq) f Stap 1: zie je antwoord bij vraag e. Stap 2: 6,0 gram K2O omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

94,20

6,0

6,0 g × 1,00 mol x = _______________       = 0,06369 mol K2O. 1 mol K2O   94,20 g levert 2 mol K+-ionen. In 100 g plantenvoeding is 0,13 mol K+-ionen opgelost. g Stap 1: elk P2O5 molecuul bevat 2 P-atomen, dan kunnen dus 2 PO43−-ionen gevormd worden. Stap 2: eerst aantal gram P2O5 omrekenen naar mol. mol

1,00

x

gram

141,9

2,6

2,6 g × 1,00 mol x = _______________       = 0,01832 mol P2O5   141,9 g


17-12-12 16:28

Stap 3: de molverhouding P2O5 : PO43− = 1 : 2. Stap 4: er is dus 2 × 0,01832 = 0,037 mol PO43−. h Aantal mol negatieve lading van de fosfaationen is 3 × 0,037 = 0,11 mol. i Aantal mol positieve lading is 0,110 mol NH4+ + 0,13 mol K+ = 0,24 mol. Aantal mol negatieve lading is 0,18 mol NO3− + 0,11 mol PO43− = 0,29 mol. Dus het etiket kan niet volledig zijn: er zijn positieve ionen niet vermeld. De beide keren 0,11 kloppen prachtig: er zou dan ammoniumfosfaat zijn gebruikt. Maar de 0,13 mol K+ is te weinig voor de 0,18 mol NO3−. j A Fout. Losse nitraationen bestaan niet. B Kan. Ieder nitraat kan als het maar geen NH4NO3 of KNO3 is. C Dit nitraat mag dus niet, want dan zouden er meer ammoniumionen in de oplossing komen dan op het etiket staan. 8 a Li2CO3(s) + Ca(OH)2(s) → 2 LiOH(s) + CaCO3(s) b 2 LiOH(s) + CO2(g) → Li2CO3(s) + H2O(l) c LiOH is lichter dan LiOH∙H2O en produceert minder water. d Stap 1: zie je antwoord bij vraag b. Stap 2: 2,50 kg = 2,50∙103 g LiOH omrekenen naar mol.

mol

1,00

x

gram

32,05

25,0∙103

25,0∙103 g × 1,00 mol x = ___________________       = 7,80∙102 mol N2H4   32,05 g Stap 3: de molverhouding N2H4 : NH3 = 1 : 2. Stap 4: nodig dus 2 × 7,80∙102 = 1,56∙103 mol NH3. Stap 5: mol omrekenen naar m3 NH3. mol

1,00

1,56∙103

dm3

24,2

x

1,56∙103 mol × 24,2 dm3 x = ______________________        = 3,78∙104 dm3 NH3 =   1,00 mol 3,78∙101 m3 NH3 c N2H4(l) + 2 H2O2(l) → 4 H2O(l) + N2(g) d Stap 1: zie je antwoord bij vraag c. Stap 2: 1,00 kg = 1,00∙103 g hydrazine omrekenen naar mol hydrazine. mol

1,00

x

gram

32,05

1,00∙103

1,00 mol × 1,00∙103 g x = ___________________       = 3,12∙101 mol N2H4   32,05 g Stap 3: de molverhouding N2H4 : H2O2 = 1 : 2. Stap 4: er ontstaat dus 3,12∙101 mol × 2 = 6,24∙101 mol H2O2. Stap 5: mol omrekenen naar kg H2O2.

mol

1,00

x

mol

1,00

6,24∙101

gram

23,95

2,5∙103

gram

34,01

x

1,00 mol × 2,5∙103 g x = __________________       = 1,04∙102 mol LiOH   23,95 g Stap 3: de molverhouding LiOH : CO2 = 2 : 1. 1,04∙102 mol       = 5,22∙101 mol CO2 Stap 4: er kan dus ____________ 2 reageren. Stap 5: mol omrekenen naar dm3 CO2, Vm = 24,5 dm3 mol−1. mol

1,00

5,22∙101

dm

24,5

x

3

5,22∙10 mol × 24,5 dm x = ______________________        = 1,28∙103 dm3 CO2   1

3

1,00 mol

9 a 2 NH3(g) + H2O2(l) → N2H4(l) + 2 H2O(l) b Stap 1: zie je antwoord bij vraag a. Stap 2: 25,0 kg = 25,0∙103 g hydrazine omrekenen naar mol.

6,24∙101 mol × 34,01 g x = ____________________       = 2,12∙103 g = 2,12 kg H2O2   1,00 mol e Stap 1: N2H4(aq) + O2(aq) → N2(g) + 2 H2O(l), zie de opgave. Stap 2: 1,0 kg hydrazine omrekenen naar mol, zie je antwoord bij stap 2 in vraag d, namelijk 3,12∙101 mol N2H4. Stap 3: de molverhouding N2H4 : O2 = 1 : 1. Stap 4: er kan 3,12∙101 mol O2 verwijderd worden. Stap 5: mol omrekenen naar mg O2. mol

1,00

3,12∙101

gram

32,00

x

3,12∙101 mol × 32,00 g x = ____________________       = 998 g O2 =   1,00 mol 9,98∙105 mg O2 1 L water bevat 0,010 mg O2, er kan dus 9,98∙105 mg      = 1,0∙108 L water ontdaan worden  ____________ 0,010 mg L−1 van O2.

56 Hoofdstuk 5



17-12-12 16:28

6 Koolstofverbindingen 6.1 Stoffen en formules

j Voor iemand van 65 kg is de hoeveelheid GHB die nodig is: 4800 mg × 65 = 312 000 mg. Dat komt 312 000 mg overeen met ____________         = 416 mL oplossing. 750 mg mL1

B 1 a C = 4; H = 1; O = 2; N = 3 b C4H9NO2 c 103,12 g mol1 d Het symbool betekent schadelijk. Zie figuur 6.1 voor het andere symbool dat je nog kunt tegenkomen. e Zie voor de betekenis de onderstaande tabel. H315 H319

Huidcorrosie /-irritatie, gevaren-

Veroorzaakt

categorie 2

huidirritatie.

Ernstig oogletsel/oogirritatie,

Veroorzaakt

gevarencategorie 2A

ernstige oog

k Nog afgezien van de sterk zoute smaak en de kenmerkende geur, zou een dergelijke enorme hoeveelheid niet eens in het glas passen!

6.1

irritatie. H335

P261

Specifieke doelorgaantoxiciteit bij

Kan irritatie

eenmalige blootstelling, gevaren-

van de lucht-

categorie 3, irritatie van de lucht-

wegen veroor-

wegen

zaken.

6.2 Koolwaterstoffen A 2

Inademing van stof / rook / gas / nevel / damp / spuitnevel vermijden.

P305

BIJ CONTACT MET DE OGEN:

P351

Voorzichtig afspoelen met water gedurende een aantal minuten.

P338

Contactlenzen verwijderen, indien mogelijk. Blijven spoelen.

f C4H8O3 g Covalente apolaire bindingen tussen C−C en C−H (verschil in elektronegativiteit = 0,4). Polaire bindingen tussen O−H (verschil in elektro negativiteit: 3,5 − 2,1 = 1,4). h GHB kan gemakkelijk H-bruggen vormen en lost dus goed op in water (en alcohol). (De smaak en de geur worden vaak gecamoufleerd door smaak en geur van de drankjes.) H i H ... O

H

O

H H C H H C H H C H C

H. . . O

H

O



H

A 3 a De zes ‘extra’ elektronen van benzeen vormen geen dubbele bindingen, maar verdelen zich gelijkmatig over alle C-atomen. Bij chemische reacties gedraagt benzeen zich, door deze zes elektronen, heel anders dan andere onverzadigde verbindingen. b C10H8 en C14H10 B 4

O. . . H O

H. . . O

a In één homologe reeks lijken alle stoffen op elkaar. Zo is de verhouding tussen het aantal C-atomen en het aantal H-atomen in de moleculen van alle stoffen uit één homologe reeks gelijk. b Alkanen CnH2n+2, alkenen CnH2n, alkynen CnH2n–2 c Isomerie is het voorkomen van stoffen met dezelfde molecuulformule, maar verschillende structuurformules. Het zijn dus twee verschillende stoffen. d Ze zijn isomeer met de alkenen, beide hebben als algemene formule CnH2n. e Ze behoren tot de alifatische, verzadigde, cyclische koolwaterstoffen.

H

H

C

C

H

H

H

a Voorbeelden zijn voedingsmiddelen, kunststoffen en brandstoffen. b Hoe meer C-atomen een molecuul bevat, des te meer isomeren er mogelijk zijn en dus steeds meer verschillende stoffen. Koolstofverbindingen 57

17-12-12 16:28

c Je moet een stof ontleden met warmte. Bij koolstofverbindingen blijft er koolstof als zwarte vaste stof over. B 5 Het is een aromatische verbinding. Bovendien is hij onverzadigd (drievoudige binding) en is het alifatische deel onvertakt. B 6 a De structuren 2, 4 en 6 zijn aromatisch, ze hebben een benzeenring. b De structuren 5 en 6 bezitten ieder een alifatische ring. c De structuren 2, 3, en 6 zijn onverzadigd. d Structuur 3 heeft een vertakking van een acyclische keten van C-atomen. e 1 C4H10 2 C8H8 3 C5H8 4 C13H12 5 C4H8 6 C11H12 B 7 Alkynen hebben als algemene formule CnH2n-2, ze zijn isomeer met alkenen met twee dubbele bindingen of met cycloalkenen met een dubbele binding in de ring.

e Voor de hardste knal is een molverhouding acetyleen : O2 = 1 : 1 nodig. Dus 0,27 mol acetyleen. De molverhouding acetyleen : carbid = 1 : 1, dan is er ook 0,27 mol carbid nodig. De molaire massa van carbid is 64,10 g mol1. mol

1,00

0,27

gram

64,10

x

64,10 g × 0,27 mol x = _________________       = 17 g CaC2   1,00 mol Voor de hardste knal heb je 17 g carbid nodig.

6.3 Systematische naamgeving A 9 a 1 C6H14

H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 2 C6H14 H C CH CH CH CH 3 2 2 3

CH3 3 C2H6

H3C

C 8 a CO en CO2 b De formule van acetyleen/C2H2 voldoet niet aan de algemene formule CnH2n, dus het is geen alkeen. Acetyleen is ethyn en is dus een alkyn. c Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: − C2H2 + O2 → C + CO + H2O − C2H2 + O2 → 2 CO + H2 − 2 C2H2 + 2 O2 → 2 C + CO + CO2 + H2 + H2O − 3 C2H2 + 3 O2 → C + 5 CO + 2 H2 + H2O d In de melkbus zit 30 dm3 lucht. 21% daarvan is zuurstof. In de melkbus zit dus: ____  21   × 30 dm3 = 6,30 dm3 O2. 100 1,0 mol O2 heeft een volume van 23 dm3. Het aantal dm3 O omrekenen naar mol. mol

1,00

x

dm3

23

6,30

1,00 mol × 6,30 dm3 x = __________________         = 0,27 mol O2 23 dm3

CH3

4 C4H10 H3C CH CH3

CH3 5 C6H14 H C CH CH CH 3 3

CH3 CH3 b De stoffen 1, 2 en 5 zijn isomeren want die hebben dezelfde molecuulformule, maar verschillende structuurformules. A 10 C5H12

H3C CH2 CH2 CH2 CH3

pentaan

H3C CH2 CH

CH3

CH3

(2-)methylbutaan

58 Hoofdstuk 6



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

CH3 H3C

C

H H3C

CH3

C C

CH3

CH2 CH3

H

(2,2-)dimethylpropaan 2-penteen C6H14

H3C

CH2

CH2 CH2 CH2 CH3

CH2

CH2

hexaan

H3C

CH

CH3

H

CH3 C

C CH2 CH3

H

2-methyl-1-buteen

CH3 2-methylpentaan

C

H3C CH2 CH CH2 CH3 3-methylpentaan

H

2-methyl-2-buteen

CH3 C

C

H3C

CH3

H3C

CH3

H3C

H

CH2

H C

CH3

C

H

CH3

CH CH3 H3C

2,2-dimethylbutaan

3-methyl-1-buteen

CH3 H3C

CH CH CH3 CH3

H2C

CH2

CH2 CH2

2,3-dimethylbutaan

cyclopentaan

B 11 a 2,2-dimethylpropaan (283 K), 2-methylbutaan (301 K), pentaan (309 K) b De moleculen van de stof 2,2-dimethylpropaan zijn bolvormiger dan die van 2-methylbutaan en pentaanmoleculen zijn langgerekt. Hoe boller het molecuul, des te zwakker zijn de vanderwaalsbindingen tussen de moleculen (er is minder contactoppervlak) en des te lager is het kookpunt. c 2,2-dimethylbutaan (323 K), 2,3-dimethylbutaan (331 K), 2-methylpentaan (333 K), 3-methylpentaan (336 K), hexaan (342 K)

CH3 H2C

CH

H2C

CH2

methylcyclobutaan

CH3 H2C

C

CH3

CH2 1,1-dimethylcyclopropaan

CH3

B 12

H C H

CH2

CH2

C H

CH2 CH3

H2C

CH CH CH3

1,2-dimethylcyclopropaan

1-penteen



Koolstofverbindingen 59

17-12-12 16:28

H2C H2C

CH3 CH

c structuurformule:

H3C CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

CH2

CH2

CH3

ethylcyclopropaan

juiste naam: 3-methylnonaan d structuurformule:

B 13 a 3-ethyl-2,4-dimethylheptaan C11H24 b 2,3-dimethyl-2-penteen C7H14 c 2,3-dimethyl-1-penteen C7H14 d 3,3-dimethyl-1,4-pentadieen C7H12 e 1,3-dimethylcyclopentaan C7H14

CH3 H3C

CH2

1 = butaan 2 = fenyletheen 3 = 3-methyl-1-butyn 4 = difenylmethaan 5 = methylcyclopropaan 6 = 4-fenyl-1-cyclopenteen

CH3

H3C CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH3

juiste naam: (3-)ethylpentaan f structuurformule:

CH3 CH3

B 15 a Door toevoegen van cubaan verbruiken de motoren minder brandstof: een liter brandstof levert meer energie. De prestaties van coureurs mogen niet afhankelijk zijn van de gebruikte brandstof. b Na het verdampen van de benzine blijft een witte vaste stof achter als cubaan is toegevoegd. Als er geen cubaan is toegevoegd, zie je dus ook geen witte rest. B 16 De methylgroep kan alleen op het tweede C-atoom van de propaan zitten. Op 1 of 3 levert het immers butaan op in plaats van propaan. B 17 a structuurformule: CH

2

H3C

CH3

CH3 juiste naam: propaan

CH3

juiste naam: (2,2,3,3-)tetramethylbutaan B 18 a 1,2-dimethylcyclopropaan b 1,4,5-trimethyl-1-cyclopenteen c 4,4,5-trimethyl-1-hexeen d 2,4-dimethylhexaan B 19 Zoals uit onderstaande structuurformules blijkt, hebben ze allemaal de molecuulformule C4H8.

HH

H

juiste naam: methylbutaan b structuurformule:

CH2

C

C

CH3 CH3

H

C

C C

HC CH3

H3C

CH3

juiste naam: 2,2-dimethylbutaan e structuurformule:

B 14

H3C

C

H

C

H

H H

methylcyclopropaan

H

H

H

C

C

H

H

C

C

H

H

H

cyclobutaan

60 Hoofdstuk 6



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

H

H

C

C

C

H

H

H

H C H

H

1-buteen

6.4 Halogeenverbindingen, ethers en alcoholen A 22

B 20 Onvertakte koolstofketen met zes C-atomen:

HC C

CH2 CH2 CH2 CH3

H3C

C C

H3C

CH2

CH2 CH2 CH3 C C

CH2 CH3

a − Eén monochloor-product:

H

Cl

H

C

C

H

H

H

monochloorethaan − Twee dichloor-producten:

Vertakte koolstofketen met vijf C-atomen:

HC C

CH CH2 CH3 CH3 CH2

HC C

CH

CH3

CH3 H3C

C

C

CH

CH3

CH3 Vertakte koolstofketen met vier C-atomen:

CH3 H3C

C

C

CH

H

H

96,0 g Massapercentage koolstof = _______     × 100% = 84,2%.   114,0 g c 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O d Molverhouding octaan : CO2 = 1 : 8. Er ontstaat 8,00 mol CO2. Molaire massa CO2 is 44,01 g mol1. mol

1,00

8,00

gram

44,01

x

44,01 g × 8,00 mol x = _________________       = 352 gram CO2   1,00 mol e (Mono)stikstofdioxide f In een automotor heerst een hoge(re) temperatuur (dan in de buitenlucht). g Wit kopersulfaat, dat wordt blauw (met water).



C

C

Cl

H

Cl

Cl

C

C

H

H

H

H

1,2-dichloorethaan − Twee trichloor-producten:

Cl

a Autobenzine heeft een kooktraject, want het is een mengsel. b De molaire massa van octaan = (8 × 12,01) + (18 × 1,008) = 114,0 gram. In 1 mol octaan zit 8 × 12,01 = 96,0 g koolstof.

H

1,1-dichloorethaan

CH3 B 21

Cl

Cl

H

C

C

Cl

H

Cl

Cl

C

C

Cl

H

H

1,1,1-trichloorethaan

H

H

1,1,2-trichloorethaan − Twee tetrachloor-producten:

Cl

Cl

Cl

C

C

Cl

H

H

1,1,1,2-tetrachloorethaan


17-12-12 16:28

H

Cl

Cl

C

C

Cl

Cl

B 26

H

a

H3C

1,1,2,2-tetrachloorethaan

Cl

Cl

C

C

Cl

Cl

C

CH3

O

H

CH3 CH3

O

c

pentachloorethaan

O

CH3

b

− Eén pentachloor-product:

Cl

H

O

− Eén hexachloor-product:

Cl

Cl

Cl

C

C

Cl

Cl

d

Cl

H3C

A 23

OH H3C

C

H3C

CH2 CH2 OH

1-propanol

H3C

CH3

H3C

methoxyethaan

H

B 25

H

H

H

+ HBr → Br

C

C

H

H

CH3 C

C

H

H

H

H

Br

C

C

H

H


e

C

C

H

H

H3C

CH3

H

OH H

OH

C

C

C

H

OH H

C f

b 1-broompropaan en 2-broompropaan 62 Hoofdstuk 6

CH3

CH3

OH OH

d

CH3

C CH3

H

2-propanol

CH2 O

OH

c

H3C HC

CH3

H

b

a Algemene formule alkanolen en alkoxyalkanen: CnH2n+2O OH b

en

O

a

A 24

CH3

B 27

lindaan: C6H6Cl6 dioxine: C12H4O2Cl4 pcb: C12H6Cl4 halothaan: C2HBrClF3

a

O

CH CH2

hexachloorethaan

H3C

H

H OH O CH CH3

HO


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 28

C 31

Alcoholen, en wel de alkanolen:

a,b Van stof 1: (hexaan)

H2C CH2 CH2 CH3 OH 1-butanol

H3C CH CH2 CH3

C

C

2-butanol

CH3

OH

C

2-methyl-1-propanol

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Cl 3-chloorhexaan

CH3 C

C

Cl 2-chloorhexaan

CH3

H3C

C

Cl 1-chloorhexaan

OH

H2C CH

C

CH3

OH

Van stof 2: (cyclohexaan)

2-methyl-2-propanol Ethers, en wel de alkoxyalkanen:

H3C CH2 O

C

CH2 CH3

C

ethoxyethaan

H3C O

CH2 CH2 CH3

C

C

C

Cl

C

chloorcyclohexaan

1-methoxypropaan

H3C O

CH CH3 CH3

2-methoxypropaan

Van stof 3: (methylpropaan)

Cl

C

126 gram alcohol. Alcoholgehalte = ________   126   = 2 g L1. 85 × 0,7 C 30 a De uitgangsstof zou dan een dubbele binding tussen plaats 1 en 2 moeten hebben: ‘2,2-dimethyl-1-buteen’ bestaat niet (C-2 zou vijf bindingen krijgen). b Er kan ook een chlooratoom op plaats 3 en 4 komen, bovendien kunnen substitutieproducten met meer dan één chlooratoom ontstaan.



C

C

B 29 a Met behulp van ademanalyse wordt de hoeveelheid alcoholdamp in één diepe uitademing (grof) gemeten. Met behulp van de bloedproef wordt de ethanolconcentratie in het bloed nauwkeuriger bepaald. b Vrouwen zijn gemiddeld minder zwaar dan mannen. Bij vrouwen is de verdelingsfactor kleiner dan bij mannen. c 0,40 L whisky = 400 mL. Dit bevat 4,0 × 31,6 g =

C

1-chloor-2-methylpropaan

Cl C

C

C

C 2-chloor-2-methylpropaan Van stof 4: (dimethylpropaan)

C Cl

C

C

C

C chloordimethylpropaan Koolstofverbindingen 63

17-12-12 16:28

6.5 Aldehyden, ketonen en carbonzuren

H3C

H

CH C H C

H3C

H

O

H3C

CH3

O

C

H3C

H

O

C H

Ketonen (ook in een logische volgorde):

C CH2 CH3

O

CH3

H3C

C

2-pentanon

H

CH2 CH2 CH

3

O

C O

e

H3C

C CH3 CH2 CH2

3-pentanon

O

O

f

O H3C CH CH2 C CH3

O

CH

CH2

d

C

CH3 C HC

H C

CH

3 3 3-methylbutanon of 3-methyl-2-butanon

H

A 33

A 34

a Kijk naar HCOH en CH3COH, de algemene formule is CnH2nO. b Kijk naar CH3COCH3, de algemene formule is CnH2nO. c Ja, ze hebben dezelfde algemene formule. d Aldehyden (eerst: onvertakt skelet, dan enkelvoudig vertakt met laagste plaatsnummer, volgende plaatsnummer, dan tweevoudig vertakt):

a Kijk naar HCOOH en CH3COOH en dan zie je dat de algemene formule CnH2nO2 is. b

O H3C CH2 CH2 CH2 C OH

pentaanzuur

O H3C CH2 CH2 CH2 1-pentanal

64 Hoofdstuk 6


H

3 2,2-dimethylpropanal

H C

C CH2

CH3

CH3

H3C

CH

O

3-methylbutanal

H3C

C c

O

CH3 CH C

b

CH2

3 2-methylbutanal

A 32 a

H3C

C

H

O H3C CH2 CH C CH

3 2-methylbutaanzuur

OH


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

O

b

H3C CH CH2 C CH

CH3 H3C

C

H3C C

OH

3 3-methylbutaanzuur

O

C

B 37 Door de twee COOH-groepen in ethaandizuur worden er meer H-bruggen gevormd tussen de moleculen. Het molecuulrooster is daardoor sterker.

B 35

CH3 O H3C CH2 C

B 38

C

a

CH3 OH

b

C

c

HO

OH O

H3C CH2 CH2 C CH C OH

e

Cl H

O

C

C OH

Cl

f

H H3C

C

O C OH

OH

B 36 a

O

C

H

a 2-broom-3-hydroxybutanal b 2,4-dihydroxy-3-hexanon c 3-broom-2-chloorcyclopentanon C 40 a Massa ethanol omrekenen naar mol. De molaire massa van C2H6O is 46,07 g mol1. gram

46,07

15,00

mol

1,00

x

15,00 g × 1,00 mol x = _________________       = 0,3256 mol C2H6O   46,07 g De molverhouding is ethanol : ethanal = 1 : 1. Er ontstaat 0,3256 mol C2H4O. De molaire massa van ethanal, C2H4O = 44,05 g mol1. mol

1,00

0,3256

gram

44,05

x

44,05 g × 0,3256 mol x = ___________________       = 14,35 g ethanal bij   1,00 mol 100% opbrengst.

CH3 H3C

OH

C 39

C

CH3

C

b Je kunt oliezuur omzetten in stearinezuur door additie van H2 (aan de C=C-binding).

O

O

d

H

OH

C

O H3C (CH2)7 (CH2)7 C

O CH2 C

H3C C CH2 CH2 CH2 OH

OH

dimethylpropaanzuur

a

H

C

CH3 Cl

c

O

CH3

OH Cl

OH

CH3




17-12-12 16:28

b Er is 10,6 gram ethanal ontstaan. 10,6 g     × 100% = Het percentage dat ontstaat is _______   14,35 g 73,9%. c Molverhouding ethanol : ethaanzuur = 1 : 1. Er ontstaat dus ook 0,3256 mol ethaanzuur. Molaire massa van ethaanzuur, CH3COOH, is 60,05 g mol1. mol

1,00

0,3256

gram

60,05

x

B 44 Zuren:

O H3C CH2

CH2

C

OH

butaanzuur

H3C

O CH C

60,05 g × 0,3256 mol x = ___________________       = 19,55 g ethaanzuur bij  

1,00 mol 100% opbrengst.

H3C

OH

methylpropaanzuur Esters:

Er is 14,3 gram ethaanzuur ontstaan. Het percentage dat ontstaat is 14,3 g  _______    × 100% = 73,1%. 19,55 g

O H3C CH2 CH2 O C

H

propylmethanoaat

C 41 a 2,3-dibroom-2-chloorbutaandizuur b 3-methylcyclopentaancarbonzuur c 3-hydroxy-3-buteenzuur

CH3 H3C C

O

O C

H

H

(1-methylethyl)methanoaat (isopropylmethanoaat)

6.6 Esters

O H3C

O

A 42

CH3

H3C CH2 C OH

+ CH3OH

ethylethanoaat

O

O H3C CH2 C

b methylpropanoaat

+ H2O

O

O

CH3

B 45

O

O

C

C17H33

O HC

CH2 C

methylpropanoaat

a Een triglyceride is de tri-ester van glycerol en vetzuren. b

H2C

H3C

CH3

A 43

O

C

C17H33

O

CH2

O

a

C

H2C

O

C

66 Hoofdstuk 6


a Kookpunt van butaanzuur is 437 K, kookpunt van ethylethanoaat is 350 K. De OH-groepen van de zuren kunnen onderling H-bruggen vormen en hebben daardoor een hoger kookpunt dan de esters, die geen H-bruggen kunnen vormen. b Butaanzuur zal beter oplossen dan ethylethanoaat, omdat butaanzuur H-bruggen kan vormen met watermoleculen.

C17H33


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 46

O H3C (CH2)14 C O (CH2)29 CH3 B 47 a

c Een molecuul asparagusinezuur bevat twee zwavel atomen, dus één mol asparagusinezuur bevat twee mol zwavelatomen. Uit één mol asparagusinezuur kan dus twee mol methaanthiol ontstaan. d Er is 1,0 mg asparagusinezuur, dat is 1,0∙103 g. Massa asparagusinezuur omrekenen naar mol. De molaire massa van asparagusinezuur is 150,2 g mol1.

O C O b

H3C

CH2 CH2 CH2 CH3 O

c

H3C CH2 CH2 C O CH3 H3C

O

O

CH3

d

O H2C

O

CH O H2C

O

C O

CH3

C O

CH3

C

CH3

C 48 a

H S S

C

H

of:

S S

S

mol

1,00

x

mol

1,00

1,33∙105

gram

48,10

x

48,10 g × 1,33∙105 mol x = _____________________        = 6,4∙104 g = 6,4∙101 mg   1,00 mol methaanthiol. e Dan wordt asparagusinezuur niet omgezet tot methaanthiol. Een enzym is een katalysator, deze zorgt ervoor dat de reactie verloopt.

6.7 Aminen en amino zuren A 49

C

OH

H

a

H H3C

H b

O

CH2 CH C CH2


CH3 H

H N

C


N

c

O O

C

H

NH2

OH

b

S

1,0∙103

H O C

C

150,2

1,00 mol × 1,0∙103 g x = ___________________       = 6,66∙106 mol   150,2 g asparagusinezuur. De molverhouding asparagusinezuur : zwavel = 1 : 2. Er ontstaat 6,66∙106 × 2 = 1,33∙105 mol methaanthiol. Molaire massa van methaanthiol is 48,10 g mol1.

CH C H3C

gram

CH2 CH3

CH3


17-12-12 16:28

d

H e

als de alkylgroep langer wordt, de vanderwaalsbindingen worden sterker. Trimethylamine heeft een lager kookpunt doordat de moleculen onderling geen H-bruggen kunnen vormen. b De NH2-groepen van deze aminen kunnen H-bruggen vormen met water. c De oplosbaarheid neemt af doordat de hydrofobe alkylgroep groter wordt.

H

H N

(CH2)6 N H

H2N CH2 CH2 OH

f

O H2N

C OH

6.8 Afsluiting

A 50 a

1

H2N

O

a Een juist antwoord kan als volgt zijn weergegeven:

CH C H3C

H3C CH2 CH CH3

OH

2-aminopropaanzuur b

H2N

HO

CH2

O OH

O

2-aminobutaandizuur c

H H

NH

O

H2N

H3C

OH

CH C CH CH2

O

H C

3 2-amino-4-methylpentaanzuur

A 51 Methaanamine, ethaanamine en 1-propaanamine zijn primaire aminen en trimethylamine is een tertiair amine. B 52 a Het kookpunt van methaanamine is 267 K, van ethaanamine 290 K, van 1-propaanamine 320 K en van trimethylamine 276 K. Het kookpunt wordt hoger

68 Hoofdstuk 6


H C HC CH

SH

C

CH3

SH

3 2 b De molecuulmassa van C4H7SH = 88,16 u. Per molecuul C4H7SH is 32,06 u van de atoom soort S aanwezig. Het massapercentage van de atoomsoort S in

c Een voorbeeld van een juist antwoord is: d 1,5 g C4H7SH omrekenen naar mol. De molaire massa van C4H7SH = 88,16 g mol1.

C

2 amino-ethaanzuur d

H3C

32,06 u C4H7SH = _______   × 100% = 36,37%. 88,16 u

OH

C

CH3

CH3

CH C C

SH

gram

88,16

1,5

mol

1,00

x

1,00 mol × 1,5 g x = _______________       = 1,702∙102 mol C4H7SH   88,16 g Het volume van het lokaal bedraagt 10,0 × 5,6 × 3,0 = 1,68∙102 m3. 1,702∙102 mol        = 1,013∙104 mol Per m3 is aanwezig: _____________ 1,68∙102 m3 C4H7SH per m3. De geurdrempel is 1,2∙109 mol per m3. De aanwezige concentratie aan C4H7SH is : 1,013∙104 mol       = 8,4∙104 maal zo groot als de _____________ 1,2∙109 mol geurdrempel. e CH

O

3

H3C

CH

CH2 CH2 SH

HO

C

CH3


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

2

e

a C 20 : 4 (n6) b Zie figuur 6.2.

H

H O

palmitinezuur

3 a Curve a CH3Cl; curve b = CH2Cl2; curve c = CHCl3; curve d = CCl4. b Bij het begin van de reactie wordt de concentratie van CH3Cl steeds hoger en die van CH4 steeds lager. Daardoor verloopt de chlorering (substitutie) van CH3Cl op een gegeven moment sneller dan de chlorering van CH4. CH3Cl verdwijnt dan sneller dan het wordt gevormd wordt. c Wat voor CH3Cl geldt (zie b), geldt ook voor CH2Cl2 en CHCl3. Lijn d (CCl4) stijgt voortdurend, en toont een maximum als de reactie is afgelopen. d Nee, volgens het diagram ongeveer 20%. e Ja, zie c. f 100% CCl4. Immers: CH4 + 4 Cl2 → CCl4 + 4 HCl. g waterstofchloride 4

CH3 C

c

C C H CH3

H

120

1,00

x

1,00 mol × 120 g x = _______________       = 1,36 mol MTBE.   88,15 g De molverhouding MTBE : O = 1 : 1, er is dus 1,36 mol O. De molaire massa van O is 16,00 g mol1. mol

1,00

1,36

gram

16,00

x

1,36 mol × 16,00 g x = _________________       = 21,8 gram zuurstof   1,00 mol 21,8 g     × 100% = 3,0%. c Het massapercentage is:  __________ 0,72∙103 g d ethers e Methylpropeen, methanol f − in S2: extractie/extraheren − in S3: destillatie/destilleren g Methanol wordt bij dit proces verbruikt (doordat het reageert) en moet dus steeds toegevoerd worden.

CH3

H2C

C CH CH3

2 b 2-methyl-1-buteen

CH3 C

H

88,15

mol

a Bijvoorbeeld:

CH3 H3C C

gram

6

CH3

b

O H

a 2 C5H12O + 15 O2 → 10 CO2 + 12 H2O b 120 g MTBE omrekenen naar mol. Molaire massa van MTBE is 88,15 g mol1.

6.2

H

C

5

stearinezuur

a

C H

stearinezuur

O

C

H3C

C

CH3 CH3

d

O C

OH




17-12-12 16:28

7 Duurzaamheid 7.1 Duurzaam B 1 a 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) b De verbranding is exotherm, want er moet energie vrijkomen om de auto te laten rijden. c Zie figuur 7.1. d Stap 1: reactievergelijking zie a. Stap 2: massa benzine omrekenen naar mol. 1,00 L benzine met een dichtheid van 0,72 kg L1 heeft een massa van 7,2∙102 g. Molaire massa van C8H18 = 8 × 12,01 + 18 × 1,008 = 114,2 g mol1. gram

114,2

7,2∙102

mol

1,00

x

f Het natuurlijk broeikaseffect wordt veroorzaakt door broeikasgassen zoals waterdamp (H2O), kooldioxide (CO2), methaan (CH4), die al van nature in de atmo sfeer voorkomen en worden gevormd en afgebroken door natuurlijke processen. Het versterkt broeikas effect wordt door de mens veroorzaakt. Vanaf de industriële revolutie is de concentratie van bepaalde broeikasgassen in de atmosfeer (vooral CO2 en methaan) door verkeer en industrie flink toegenomen. g Het CO2 in de uitlaatgassen zorgt ervoor dat de laag broeikasgassen rond de aarde zeer sterk toeneemt, waardoor de warmte van de zon wordt vastgehouden en het gemiddeld wat warmer is geworden op aarde. Dat heeft zeer grote gevolgen voor het klimaat, en daarmee voor alle leven op aarde.

Stap 3: de molverhouding C8H18 : O2 = 2 : 25. 6,30 mol      × 25 = Stap 4: het aantal mol O2 dat nodig is: ________ 2

energie

1,00 mol × 7,2∙102 g x = __________________       = 6,30 mol C8H18   114,2 g

geactiveerde toestand

78,8 mol O2. Stap 5: mol omrekenen naar dm3 lucht, Vm = 24,5 dm3 mol1 (T = 298 K). mol

1,00

78,8

dm3

24,5

x

activeringsenergie beginstof(fen)

reactieenergie reactieproduct(en)

24,5 dm × 78,8 mol x = __________________       = 1,93∙103 dm3 O2.   3

1,00 mol Volumepercentage zuurstof in lucht is 21%.

7.1

1,93∙10 Nodig voor de verbranding ________      × 100 = 21 3

9,2∙103 dm3 lucht. e Stap 3: de molverhouding C8H18 : CO2 = 2 : 16. Stap 4: het aantal mol CO2 dat ontstaat is dan: 6,30 mol      × 16 = 50,4 mol CO2. ________ 2 Stap 5: het aantal mol CO2 omrekenen naar liter met het molair volume Vm = 24,5 dm3 mol−1. mol

1,00

50,4

dm

24,5

x

3

24,5 dm3 × 50,4 mol x = __________________       = 1,23∙103 dm3 CO2   1,00 mol

70 Hoofdstuk 7


7.2 Fossiele brandstoffen A 2 a Aardolie bestaat uit wel tienduizend verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en aromatische verbindingen. Er komen ook zwavelverbindingen in voor. b De verbrandingswarmte van aardolie is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding van één m3 aardolie bij een bepaalde druk en temperatuur.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

A 3

B 7

a Gefractioneerde destillatie, de aardolie wordt gescheiden in een aantal fracties, mengsels van stoffen met een kookpunt binnen bepaalde grenzen. b Nee, de aanwezige verbindingen in aardolie worden niet ontleed. Destillatie is geen chemische reactie. c Tijdens het kraken worden van grote moleculen kleinere moleculen gemaakt. Er worden dus atoombindingen verbroken. Het kraken is dus wel een chemisch reactie. d Katalytisch reformeren verloopt wel bij verhoogde temperatuur, maar die is minder hoog door aan wezigheid van een katalysator. Thermisch kraken verloopt bij hoge temperatuur zonder katalysator. A 4 a Je kunt CO2 injecteren op een diepte van een km, het CO2 borrelt omhoog en lost onderweg op in het zeewater. Bij injectie op een diepte van drie of meer km wordt de dichtheid van CO2 groter dan water en blijft het op de bodem van de oceaan. b Het is voor een groot deel opgelost doordat bedrijven op grote schaal ontzwavelde brandstof gebruiken en als er toch zwaveldioxide ontstaat, worden de verbrandingsgassen gezuiverd in een rookgasontzwavelingsinstallatie. B 5 Bijvoorbeeld gevelisolatie (spouwmuurisolatie), dubbele beglazing, hoogrendementsketels voor de centrale verwarming en auto’s met zuinige motoren. B 6 a C10H22 → C7H14 + C3H8 b H3C (CH2)8 CH3 →

H2C

CH (CH2)4 CH3 +

H C

CH

CH

3 2 3 c decaan → 1-buteen + hexaan C10H22 → C4H8 + C6H14

H3C (CH2)8 CH3 →

H2C

H3C (CH2)4 CH3

CH

CH2



CH3 +

a Ledlampen verbruiken per uur minder energie en ze gaan langer mee. Dat laatste betekent minder grondstoffenverbruik en minder afval, dus minder energieverbruik. b Diepvriesgroenten zijn verpakt, dat kost grondstof, geeft afval en kost dus energie. Ze zijn ingevroren en moeten bevroren blijven zolang je ze niet gebruikt, dat kost energie. Als je ze niet op tijd uit de diepvries haalt, moet je ze ook nog ontdooien, dat kost energie. c Verpakking kost grondstoffen en levert afval. Het produceren van verpakking kost energie. d Een fiets verbruikt alleen de energie uit je lichaam, terwijl de scooter brandstof verbruikt en per gereden kilometer schadelijke gassen uitstoot. B 8 Argumenten tegen CO2-opslag zijn bijvoorbeeld: 1 Het CO2 moet getransporteerd en in de bodem gepompt worden. Dit veroorzaakt een hoger energie verbruik. 2 De kosten voor de aanleg van de infrastructuur zijn hoog. 3 Koolstofdioxide kan later misschien ontsnappen uit de gaslaag. Opslag is voor altijd en eeuwigdurend. Wie is er verantwoordelijk voor het beheer over tweehonderd jaar? 4 CO2 is niet inert. In tegenstelling tot aardgas gaat CO2 verbindingen aan met ondergrondse gesteenten, cement en leidingen. Door reactie met CO2 kan het volume tot circa 70% toenemen met bodemstijging als gevolg. Of dit een eerdere bodemdaling compenseert, is onvoorspelbaar gezien het verschillende karakter. Bodemdaling door lagere gasdruk in poreus gesteente versus bodemstijging door chemische omzetting van gesteente. B 9 In de winter wordt er meer gestookt en dus meer CO2 geproduceerd, terwijl de opname van CO2 door groene planten praktisch stilstaat. Gevolg: er is een hoger CO2-gehalte. In de zomer neemt het CO2-gehalte weer af, dan is er een dalende lijn. Deze ‘cyclus’ herhaalt zich ieder jaar, dat verklaart de zaagtandvorm van de grafiek. Je ziet dat het gemiddelde CO2-gehalte in de atmo sfeer wel steeds hoger wordt.

Duurzaamheid 71

17-12-12 16:28

C 10 a Benzine is een vloeistof en heeft dus een veel grotere dichtheid dan aardgas. In een m3 benzine bevinden zich veel meer moleculen dan in een m3 aardgas. b Verbrandingswarmte aardgas is 3,2∙107 J m−3 = 3,2∙104 J dm−3. Het volume van 1,00 mol aardgas is 22,4 dm3. dm aardgas

22,4

1,00

verbrandingswarmte J

x

3,2∙104

3

in stap 2 met 4 mol H2S. Totaal wordt er dus 2 + 4 = 6 mol H2S omgezet en hiervoor is 3 mol O2 nodig. Per 1,0 mol H2S is dus 3,0 / 6,0 = 0,5 mol O2 nodig. c 90% van 5,0∙105 ton = 4,5∙105 ton SO2 wordt verwijderd. Dit komt overeen met 4,5∙105 × 106 g SO2 = 4,5∙1011 g SO2. Molaire massa van SO2 = 64,06 g mol−1. gram

64,06

4,5∙1011

mol

1,00

x

1,00 mol × 4,5∙1011 g x = ___________________       = 7,0∙109 mol SO2   64,06 g

De verbrandingswarmte per mol is dan: 3,2∙104 J × 22,4 dm3         = 7,2∙105 J = 7,2∙102 kJ. __________________ 1,00 dm3 c Aardgas is een mengsel dat ook onbrandbare componenten bevat, met name stikstof. Hierdoor neemt de verbrandingswarmte per m3 aardgas af. C 11 a Elektriciteit: 1 kWh (kilowattuur) is een hoeveelheid energie die gelijk is aan 1 kilowatt gedurende 1 uur. Dus: 1000 watt gedurende 3600 seconde, ofwel: 1000 J s−1 × 3600 s = 3 600 000 J = 3,6∙106 J = 3,6 MJ. Gegeven is dat 1 kWh aan elektrische energie 26 eurocent kost. € 0,26 kWh−1 Elektrische energie:  _____________      = 7,2 cent MJ−1 3,6 MJ kWh−1 Gas: 1 m3 gas kost 61 eurocent. Verder levert 1 m3 gas 3,2∙107 J m−3 = 32∙106 J m−3 = 32 MJ m−3.

Molverhouding SO2 : SO3 : CaCO3 = 1 : 1 : 1. Er is dus 7,0∙109 mol CaCO3 nodig. Molaire massa CaCO3 = 100,1 g mol−1. mol

1,00

7,0∙109

gram

100,1

x

7,0∙109 mol × 100,1 g x = ___________________       = 7,0∙1011 g CaCO3.   1,00 mol Jaarlijks is er dus 7,0∙105 ton CaCO3 nodig. d Molverhouding SO2 : CaSO4 = 1 : 1. Er ontstaat dan 7,0∙109 mol CaSO4. Molaire massa CaSO4 = 136,1 g mol−1. mol gram

1,00

7,0∙109

136,1

x

€ 0,61 m−3    = 1,9 cent MJ−1 Gas: __________ 32 MJ m−3

7,0∙10 mol × 136,1 g x = ___________________       = 9,5∙1011 g CaSO4.   1,00 mol Jaarlijks ontstaat er 9,5∙105 ton CaSO4. Ruim voldoende om de jaarlijkse behoefte aan gips te dekken.

Benzine: 1 liter benzine kost 1 euro en 80 eurocent. Gegeven is dat bij de verbranding van 1 m3 = 1000 liter benzine 3,3∙1010 J vrijkomt. Dat is dus per liter benzine: 3,3∙107 J = 33∙106 J = 33 MJ.

7.3 Biobrandstoffen

€ 1,80 L    = 5,5 cent MJ−1 Benzine: _________ 33 MJ L−1

9

−1

b De omzetting van chemische energie in elektrische energie heeft een laag rendement (circa 30%). Vandaar dat elektrische energie vier keer zo duur is als energie uit gas. Benzine en gas zijn beide bronnen van chemische energie en zouden in principe ongeveer even duur kunnen zijn. De enorme accijns op benzine veroorzaakt het waargenomen prijsverschil tussen deze twee energiebronnen. C 12 a Er wordt gebruikgemaakt van een verschil in oplosbaarheid, de scheidingsmethode is dus extractie. b In stap 1 wordt 3 mol O2 gebruikt voor 2 mol H2S, daarbij ontstaat 2 mol SO2. Deze 2 mol SO2 reageert

72 Hoofdstuk 7


A 13 De koolstofkringloop is een elementenkringloop. Er wordt in deze kringloop gekeken naar het element koolstof in een aantal opeenvolgende processen die samen een kringloop vormen. De fotosynthese en daaropvolgend de verbranding van de gevormde glucose vormt een kringloop. 6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g) C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) Het element koolstof uit de CO2 zit na de fotosynthese in glucose, C6H12O6. Na verbranding van glucose komt koolstof als CO2 weer in de atmosfeer.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

stikstofkringloop

A 14 a De CO2 die planten hebben opgenomen voordat ze fossiliseerden, is miljoenen jaren geleden uit de lucht verdwenen. Wanneer we nu aardolie verbranden, komt al de CO2 versneld in de atmosfeer. Maar die hoeveelheden zijn te groot om weer te worden gebruikt voor de fotosynthese. Daardoor neemt de concentratie CO2 in de atmosfeer toe. Het gebruik van aardolie en steenkool is dus niet CO2-neutraal. b Planten en bomen nemen tijdens hun groei CO2 op uit de lucht en zetten dat via fotosynthese om in bouwstoffen. De zon fungeert daarbij als energiebron. Als de biomassa daarna wordt verbrand, komt het CO2 vrij. Er is dus sprake van een kringloop waarin de totale hoeveelheid CO2 gelijk blijft. Dit noem je CO2-neutraal.

stikstof

nitraat

nitriet

7.2a stikstofkringloop stikstof

A 15 a C6H5O6R3 + 3 CH3OH → C3H8O3 + 3 C2H3O2R b Bij de eerste generatie biobrandstoffen wordt de brandstof geproduceerd uit voedselgewassen, voor de tweede generatie biobrandstoffen wordt organisch afval zoals houtsnippers, stro, afgewerkt frituurvet, enzovoort als grondstof gebruikt. c Nieuwe ontwikkelingen in de productie van tweede generatie biobrandstoffen worden derde generatie biobrandstoffen genoemd, bijvoorbeeld het gebruik van algen of zeewier als grondstof. d Drie factoren zijn bijvoorbeeld: 1 De ideale algensoort is nog niet gevonden. 2 De lage opbrengst bij de tot nu toe gebruikte algen. 3 De hoge kosten bij het scheiden van de olie en de algen. 4 De opschaling naar grootschalige productie is moeilijk. B 16 a Zie figuur 7.2a. b NH4+(aq) + NO2−(aq) → N2(g) + 2 H2O(l) c Zie figuur 7.2b.

ammonium

nitraat

Anammox

ammonium

nitriet

7.2b

B 17 a De planten in de kassen gebruiken de CO2 voor de groei. Ze zetten dit via de fotosynthese om in glucose. Extra CO2 betekent dus meer glucose en dus meer groei. b Dit levert maar een beperkte bijdrage aan het verminderen van de CO2-uitstoot, want de CO2-uitstoot is veel groter dan er aan kassen beschikbaar is. Je kunt ook niet te veel CO2 in de kassen brengen, want dan verstoor je het groeiproces te veel. B 18 a C6H12O6(s) → 2 C2H6O(l) + 2 CO2(g) b C2H6O(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)



Duurzaamheid 73

17-12-12 16:28

B 19 Zie figuur 7.3. houtafval

reactor met bacteriën

suikers

vergistingsreactor

bio-ethanol

koolstofdioxide

afval

7.3

C 20

gereden km

20

30 000

gebruikte diesel L

1,0

x

30 000 km × 1,0 x = _______________        = 1500 L diesel nodig 20 km L−1 wilgenhout ton

1,0

x

geproduceerde diesel L

150

1500

1500 × 1,0 x = __________      = 10 ton wilgenhout 150 Per hectare wordt 11 ton wilgenhout geproduceerd.

a Koolzaadolie bevat 42 massa-% olie. Uit 150 ton koolzaad krijg je ____  42  × 150 ton = 63 ton ruwe olie. 100 b Er wordt 15 massa-% afval verwijderd, dus er blijft 85 massa-% glyceryltri-ester over. 85   × 63 ton = 53,6 ton glyceryltri-ester. Dit is  ____ 100 c 53,6 ton glyceryltri-ester omrekenen naar mol. 53,6 ton = 53,6∙103 kg = 53,6∙106 g glyceryltri-ester. Molaire massa C57H104O6 is 885,40 g mol−1. gram

885,40

53,6∙106

mol

1,00

x

1,00 mol × 53,6∙106 g x = ___________________       = 6,05∙104 mol C57H104O6   885,40 g Molverhouding C57H104O6 : biodiesel = 1 : 3 (zie reactievergelijking). Er ontstaat 3 × 6,05∙104 mol = 18,2∙104 mol biodiesel. d Mol biodiesel omrekenen naar gram biodiesel. Molaire massa C19H36O2 is 296,48 g mol−1. mol

1,00

18,2∙104

gram

296,48

x

18,2∙10 mol × 296,48 g x = ______________________        = 5,4∙107 g =   1,00 mol 5,4∙104 kg biodiesel 4

De dichtheid is 0,875 kg L−1. 5,4∙10 kg      = 6,2∙104 L biodiesel gemaakt. Er is ___________   0,875 kg L−1 4

C 21 a C51H104 → 2 C17H34 + C17H36 of C51H104 → 2 C17H36 + C17H32 b De auto gebruikt 1,0 liter diesel per 20 km.

74 Hoofdstuk 7


wilgenhout ton

11

10

aantal hectare grond

1,0

x

1,0 × 10 x = ________      = 0,91 hectare wilgenhout 11 c Liter groene diesel omrekenen naar mol groene diesel. Eerst reken je de massa uit van 150 L groene diesel. De dichtheid van groene diesel = 0,79 kg L−1. massa groene diesel kg

0,79

x

volume groene diesel L

1,0

150

150 L × 0,79 kg x = _______________       = 118,5 kg = 1,19∙105 g diesel 1,0 L Molaire massa van groene diesel (C14H30) = 198,38 g mol−1. gram

198,38

1,19∙105

mol

1,00

x

1,00 mol × 1,19∙105 g x = ___________________       = 5,97∙102 mol diesel   198,38 g Molverhouding diesel : CO2 = 2 : 28 = 1 : 14. Dus 5,97∙102 mol diesel levert 14 × 5,97∙102 = 8,36∙103 mol CO2. mol

1,00

8,36∙103

gram

44,01

x

8,36∙103 mol × 44,01 g x = ____________________       = 3,7∙102 kg CO2.   1,00 mol d De CO2 die bij verbranding van de groene diesel vrijkomt, is in de jaren voor de wilgenkap tijdens het groeien van de wilgen opgenomen uit de atmosfeer, in tegenstelling tot de CO2 die vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Die is miljoenen jaren geleden opgenomen uit de atmosfeer.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

7.4 Duurzame ontwikkelingen A 22 a Windenergie, het waait veel in Nederland en een combinatie met een wateropslag is hier goed mogelijk. Ook zonne-energie is bruikbaar. Blauwe energie, vanwege de grote hoeveelheid zoet water die in Nederland in zee uitstroomt. b Blauwe energie is duurzame energie omdat: − blauwe energie een energiebron is die niet opraakt; − er bij de elektriciteitsproductie met een blauwe energiecentrale geen broeikasgassen vrijkomen. A 23 a De centrale gedachte van de Cradle to Cradle (wieg tot wieg)-filosofie, is dat alle gebruikte materialen na hun leven in het ene product, nuttig kunnen worden omgezet in een ander product. Producten en materialen moeten ofwel (in de biosfeer) worden verteerd, of (in de technosfeer) een nuttig volgend leven krijgen. b Recyclen is afval omzetten in andere producten die weer nuttig gebruikt kunnen worden. c We spreken van upcyclen als het gerecyclede product van dezelfde als of betere kwaliteit is dan het oorspronkelijke product. Bij downcyclen is het nieuwe product van mindere kwaliteit dan het oorspronkelijke product. Upcyclen: uit doppen van petflessen hoogwaardige kunststof maken. Downcyclen: uit oud papier wc-papier maken. A 24 a Je kijkt of het product dat je wilt maken geen lijden veroorzaakt bij de arbeiders, geen problemen geeft voor het milieu en economisch haalbaar is. Deze drie factoren staan ook wel bekend als de drie P’s: people, planet, profit. b Bij de productie van FSC-hout wordt rekening gehouden met: − people: men houdt rekening met de rechten van de inheemse volken. − planet: er worden niet meer bomen gekapt dan het bos aankan en er worden nieuwe bomen geplant. − profit: een deel van de opbrengst van de houtkap is voor de lokale economie.



B 25 a Je maakt gebruik van een groot verschil tussen eb en vloed. Bij vloed wordt het water achter een dam in een getijdenbassin opgeslagen. Bij eb loopt het water via een turbine weer uit het bassin. Kijk ook op http://wikimobi.nl/wiki/index.php?title=getijdencentrale. b Nee, want als je het afgekoelde water terug pompt in de warme zandsteenlaag naast de oppompeenheid heeft het water niet voldoende tijd om op te warmen. In het Haagse project wordt het water 2 km verderop in de zandsteenlaag terug gepompt. B 26 a Zie figuur 7.4. b Het bekertje wordt verbrand. Een hoogwaardige kunststof gaat als afval verloren. c Kringloop plastic bekertje: het afval niet verbranden, maar verzamelen en opnieuw in het productieproces gebruiken, dus recyclen, daardoor wordt de kringloop ook een stuk korter. CO2 verbranding

fotosynthese

afval

biomassa

geologische processen

consumptie

plastic bekertje

aardolie productie

olieraffinaderij grondstoffen

7.4

B 27 a Een hybride voertuig rijdt behalve op elektriciteit ook op benzine (bij hoge snelheid). Benzine is gemaakt uit aardolie en is daardoor milieuonvriendelijk door de ‘extra’ uitstoot van CO2. b Nee, de elektriciteit die ze gebruiken wordt (vooralsnog) opgewekt in centrales die een grote hoeveelheid CO2 uitstoten. (Tenzij die centrale volledig op biomassa wordt gestookt.)

Duurzaamheid 75

17-12-12 16:28

B 28 a De dichtheid van de vloeistof moet groter zijn dan 0,91 g cm−3, maar kleiner zijn dan 1,05 g cm−3. b Uitgaande van het gegeven dat de vraag sterk lager ligt dan het aanbod: − De prijs gaat omhoog, omdat er te weinig afzet is, dat wil zeggen te weinig inkomsten, terwijl inkoopen proceskosten hetzelfde blijven. − De voorraad gerecyclede materialen neemt toe, omdat er te weinig afzet is. − De kosten gaan relatief omhoog, omdat de afzet te laag is. De proceskosten blijven hetzelfde, maar met te weinig inkomsten gaan de proceskosten relatief omhoog. − De rendabiliteit van het proces gaat omlaag, want rendabiliteit is het in evenwicht zijn van kosten en opbrengsten. Inkomsten omlaag, dus rendabiliteit omlaag.

gram

104,1

2,8

mol

1,00

x

1,00 mol × 2,8 g x = _______________       = 2,69∙10−2 mol styreen is in een   104,1 g bekertje verwerkt. e 50 bekertjes bevatten 50 × 2,69∙10−2 = 1,34 mol styreen. Molverhouding styreen : CO2 = 1 : 8. Er ontstaat 8 × 1,34 = 10,8 mol CO2. mol

1,00

10,8

dm

24,5

x

3

10,8 mol × 24,5 dm3 x = __________________       = 2,6∙102 dm3 CO2   1,00 mol f Voor de recycling moeten de plastics (per vracht auto) worden vervoerd. Daarbij komt koolstofdioxide vrij. Bij het recyclen van plastics wordt energie gebruikt en er komt dus ook koolstofdioxide vrij.

C 29 Juiste vragen kunnen zijn: − Wat is het energieverbruik bij de productie en recycling van dikke en dunne petflessen? − Wat is het verschil in grondstoffenverbruik bij de productie van de twee typen fles? − Wat is het verschil in CO2-uitstoot bij de productie van de verschillende typen fles? − Wat is de hoeveelheid afval die bij de twee productieprocessen ontstaat? C 30 a Voorbeelden van een goed antwoord: − LDPE, want dat is soepel en minder breekbaar. − LDPE, want HDPE moet je niet voor draagtassen gebruiken omdat het een stijf materiaal is dat niet goed bestand is tegen stoten. b Nee, want zowel bij upcyclen als downcyclen krijgt het afval een nieuwe toepassing. Als je de instaptekst leest, is er waarschijnlijk wel sprake van upcyclen als je kijkt naar de nieuwe producten die worden gemaakt. c Er ontstaan uit acht atomen van C8H8 acht mole culen CO2. d Massa omrekenen naar mol. Massa wegwerpbekertje is 2,8 g en de molaire massa van styreen is 104,1 g mol−1.

76 Hoofdstuk 7


7.5 Evenwichten A 31 Wanneer bij een dynamisch evenwicht twee tegen gestelde reacties verlopen met dezelfde snelheid, noem je dat een chemisch evenwicht. A 32 a Het bruine stikstofdioxide wordt voor een deel omgezet in het kleurloze distikstoftetra-oxide. b 2 NO2(g) ⇄ N2O4(g) [N O ] c K = ______ 2 4  [NO2]2 d Nee, de kleur is niet hetzelfde, want de evenwichtsconstante is afhankelijk van de temperatuur. Bij een andere temperatuur is dus de samenstelling van het mengsel anders en dus is de kleur anders. A 33 a Bij een homogeen evenwicht zijn alle stoffen die bij het evenwicht betrokken zijn in dezelfde toestand, dus allemaal opgelost in water of allemaal gasvormig. Bij een heterogeen evenwicht is dat niet het geval. b Nee, het is geen chemisch evenwicht, want er verloopt geen chemisch reactie. Het is wel een dynamisch evenwicht.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

c Bijvoorbeeld: Ca3(PO4)2(s) ⇄ 3 Ca2+(aq) + 2 PO43−(aq) of PbSO4(s) ⇄ Pb2+(aq) + SO42−(aq)

B 36 Verdwenen: 60% van 0,10 mol H2 = 0,60 × 0,10 mol H2 = 0,060 mol H2. Zie de tabel in figuur 7.8.

B 34 a Zie voor de gegevens in tabelvorm figuur 7.5.

t0

A

B

1,0 mol

0 mol

omgezet

−0,80 mol

+0,80 mol

tev

0,20 mol

0,80 mol

[A]ev / [B]ev

0,020 mol L1

0,080 mol L1

Het volume van het vat is 10 dm3, voor de concentratie in mol L1 moet je het aantal mol A en B, dat op tev aanwezig is dus nog delen door 10. Zie voor het diagram figuur 7.6. b Zie figuur 7.7.

concentratie (mol L–1)

Cl2 (mol)

HCl (mol)

t0

0,10

0,10

0

omgezet

−0,060

−0,060

+0,120

tev

0,10 − 0,060

0,10 − 0,060

0,120

7.8

Het volume van het vat is 2,0 dm3. (0,10 − 0,060) mol       = 0,020 mol L−1 =   [H2] = ________________ 2,0 L

7.5

0,10

H2 (mol)

insteltijd [B]

0,08 0,06 0,04 0,02

[A]

0

tijd

7.6

2,0∙10−2 mol L−1. [Cl2] = [H2], want de beginhoeveelheid in mol is gelijk én de molverhouding H2 : Cl2 = 1 : 1 (2 × 0,060) mol       = 0,060 mol L−1 = 6,0∙10−2 mol L−1. [HCl] = ______________ 2,0 L B 37 a N2(g) + O2(g) ⇄ 2 NO(g) b Door samenpersen wordt de concentratie van de twee reagerende stoffen vergroot en neemt het aantal effectieve botsingen per tijdseenheid toe, dus de reactiesnelheid. Daardoor wordt de insteltijd van het evenwicht korter. c Een katalysator toevoegen, deze versnelt de reactie(s) en bekort de insteltijd van het evenwicht.

reactiesnelheid

B 38

A B

B A tijd

7.7

B 35 [SO3]2 a K = _________      [SO2]2[O2] [Co2+] b K = _____ 2+    [Ni ] [NH3]2     c K = _______   [N2][H2]3 [Ag(NH ) +] d K = __________ + 3 2 2  [Ag ][NH3] [Fe2+]2[Sn4+]       e K =  ___________ [Fe3+]2[Sn2+]

(0,40 − 0,20) mol a [N2O4] = _______________       = 0,20 mol L−1. 1,0 L (2 × 0,20) mol       = 0,40 mol L−1. [NO2] = ____________ 1,0 L [NO2]2 ______ (0,40)2     =    = 0,80. De concentratiebreuk is ______ [N2O4] 0,20 De waarde van de concentratiebreuk is dus niet gelijk aan 2,0: er is dus nog geen evenwicht. b Als er evenwicht is heeft x mol N2O4 gereageerd. Je kunt dan de tabel maken zoals je ziet in figuur 7.9. [N2O4]

[NO2]

t0

0,40

0

omgezet

–x

+2x

tev

0,40 − x

2x

7.9

f K = [Pb2+][I−]2



Duurzaamheid 77

17-12-12 16:28

Ingevuld in de concentratiebreuk geeft dit (V = 1,0 dm3): (2x)2    = 2,0 K = _________   (0,40 − x)

4x2 = 2,0 (0,40 − x) 4x2 = 0,80 − 2x 4x2 + 2x − 0,80 = 0 Deze tweedegraads vergelijking in x kun je oplossen met de abc-formule. De uitkomst is x = 0,26 dus [N2O4]ev = (0,40 − 0,26) mol L−1 = 0,14 mol L−1 en [NO2]ev = 2 × 0,26 mol L−1 = 0,52 mol L−1. B 39

[SO3]2 In de evenwichtstoestand geldt: K = _________      = 13. [SO2]2[O2] 2 (0,20)     = 5,0 < K a  ____________ (0,20)2 × 0,20 De breuk zal in waarde moeten toenemen, er zal meer SO3 gevormd worden (grotere noemer, de teller wordt automatisch kleiner), dus een nettoreactie naar rechts. (0,20)2 b  ____________     = 20,0 > K (0,10)2 × 0,20 De breuk zal in waarde moeten afnemen, er zal meer SO3 worden omgezet (meer SO2 en O2 worden gevormd). De nettoreactie verloopt naar links tot er evenwicht is bereikt. C 40 a Daar is geen uitspraak over te doen. De evenwichtsconstante is onbekend en dus ook de evenwichtsligging. (En omdat ook de temperatuur ontbreekt, is de waarde van K niet over te nemen of te schatten met behulp van Binas tabel 51.) b Op t = t0 geldt: [N2] = [H2]. Aangezien N2 en H2 reageren in de molverhouding 1 : 3, zal op elk moment na t0 gelden dat [N2] > [H2]. Door de coëfficiënt 3 voor de H2, neemt [H2] driemaal zo snel af als de [N2]. C 41 a Extractie. Heptaan+trioctylamine extraheert het melkzuur uit de waterige oplossing. b Er is hier sprake van een verdelingsevenwicht en K noemen we dan de verdelingsconstante. c Als K = 0,6, is de waarde van de onderstaande formule: (concentratie melkzuur)heptaan+trioctylamine _________________________________           = 0,6 = ___  6   10 (concentratie melkzuur)water

78 Hoofdstuk 7


In de waterlaag zit dan nog ______   10    = 0,625 = 0,6 deel 6 + 10 van het melkzuur. d Je moet de heptaan+trioctylamine-laag aftappen en opnieuw heptaan+trioctylamine toevoegen. Het nog in de waterlaag aanwezige melkzuur zal zich weer gaan verdelen over het water en het heptaan+trioctylamine. Na een paar keer zal vrijwel al het melkzuur uit de waterlaag zijn gehaald.

7.6 Verschuiving van een chemisch evenwicht A 42 [NO ]2 a K = ______ 2   [N2O4] b 1 Door het toevoegen van N2O4 wordt de noemer van de concentratiebreuk groter. Om de concentratiebreuk weer gelijk te maken aan K zal de reactie naar rechts tijdelijk in het voordeel zijn, het evenwicht verschuift dus naar rechts. 2 Verwijderen van NO2 betekent dat de teller kleiner wordt. Om de concentratiebreuk weer gelijk te maken aan K zal de reactie naar rechts tijdelijk in het voordeel zijn, het evenwicht verschuift dus naar rechts. 3 Bij verkleinen van het volumevat worden de concentraties van de stoffen groter. De teller zal groter worden (staat in het kwadraat) en de reactie naar links zal dus tijdelijk in het voordeel zijn. Het evenwicht verschuift naar links. 4 Toevoegen van een katalysator heeft geen invloed op de ligging van het evenwicht. De snelheid van beide reacties neemt toe, alleen de insteltijd van het evenwicht wordt korter. 5 De reactie naar rechts is endotherm, dus de reactie naar links is exotherm. Bij verlagen van de temperatuur is de exotherme reactie tijdelijk in het voordeel. Het evenwicht verschuift naar links. Bij temperatuursverandering verandert de waarde van K. B 43 [PCl5] a K = _________      [PCl3][Cl2] 1 [PCl3] neemt plotseling toe, waardoor de reactie naar rechts tijdelijk sneller verloopt dan die naar links. Het evenwicht verschuift naar rechts en [PCl5] neemt toe.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

2 Verschuiving naar links, omdat de reactie naar rechts niet meer kan verlopen; [PCl5] neemt af. 3 Bij temperatuursverhoging verschuift het evenwicht naar de endotherme kant. In dit geval naar links; [PCl5] neemt af. 4 Bij volumeverkleining verschuift het evenwicht naar rechts, omdat daar in de vergelijking minder gasdeeltjes staan dan links. [PCl5] neemt toe. Je kunt het ook beredeneren met de evenwichtsvoorwaarde. Stel het volume wordt 2× zo klein, dan worden de concentraties van de stoffen 2× zo groot. De teller in de evenwichtsvoorwaarde wordt 2× zo groot en de noemer 4×. Het evenwicht verschuift naar rechts. 5 Het toevoegen van He-gas bij constant volume heeft geen invloed op de [PCl5]. He-gas neemt geen deel aan de reactie en heeft daarom geen invloed op de concentratiebreuk. b Alleen in geval 3 zal de waarde van de evenwichtsconstante veranderen. Hier neemt de temperatuur toe en K is temperatuursafhankelijk. B 44 a 85% van 0,100 mol Cl2 wordt omgezet, dat is: 0,85 × 0,100 = 0,085 mol Cl2. 0,085 mol Cl2 reageert met 2 × 0,085 = 0,170 mol NO, V = 1,0 dm3. Zie de tabel in figuur 7.10. [NO]

[Cl2]

[NOCl]

t0

0,200

0,100

0

omgezet

−0,170

−0,085

+0,170

tev

0,200 − 0,170

0,100 − 0,085

0,170

7.10

[NOCl]2 ______________ (0,170)2 K = _________           = 2,1∙103 =   [NO]2[Cl2] (0,030)2 × 0,015 b De reactie naar rechts is exotherm. Bij temperatuursverhoging is de endotherme reactie tijdelijk in het voordeel. Het evenwicht zal dus naar links verschuiven, er wordt dan minder dan 85% van het Cl2 omgezet. c Toevoegen van NO vergroot de noemer van de concentratiebreuk. Om de concentratiebreuk weer gelijk te maken aan K zal de reactie naar rechts tijdelijk in het voordeel zijn, het evenwicht verschuift dus naar rechts. Toevoegen van NO heeft geen invloed op de waarde van K, omdat K alleen verandert bij een temperatuursverandering.



B 45 a NaHCO3 en Na2CO3 zijn vaste stoffen en staan dus niet in de evenwichtsvoorwaarde. K = [CO2][H2O] b Als er evenwicht is, heeft x mol NaHCO3 gereageerd. Daaruit ontstaat 0,5 x mol CO2 en 0,5 x mol H2O. Zie de tabel in figuur 7.11. [CO2]

[H2O]

t0

0

0

omgezet

+0,5x

+0,5x

tev

0,5x

0,5x

7.11

K = 0,5x × 0,5x = 2,4∙10−4 0,25 x2 = 2,4∙10−4 x2 = 9,6∙10−4 x = 3,1∙10−2 [CO2] = [H2O] = 0,5 × 3,1∙10−2 = 1,5∙10−2 mol L−1 c Als je het vat opent, verdwijnen de CO2 en de waterdamp en zal het evenwicht snel naar rechts aflopen. B 46 [SO3]2 a K = _________      [SO2]2[O2] b In Binas tabel 51 zie je dat de waarde van K afneemt als de temperatuur toeneemt, dus de hoeveelheid SO3 in het evenwichtsmengsel wordt kleiner bij verhogen van de temperatuur. Het evenwicht verschuift naar links. Het ontstaan van zwaveltrioxide is dus een exotherme reactie. C 47 a N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) b In Binas tabel 51 zie je dat de waarde van K afneemt als de temperatuur toeneemt, dus de hoeveelheid NH3 in het evenwichtsmengsel wordt kleiner bij verhogen van de temperatuur. Het evenwicht verschuift naar links. De reactie naar links is de endotherme reactie. c Bij lage temperatuur is de reactiesnelheid te laag en duurt het dus te lang voor er een behoorlijke hoeveelheid NH3 wordt gevormd. d Bij t = 10 uur is er evenwicht bereikt. e Uit het diagram is af te lezen dat er bij evenwicht van de 180 mol H2 nog 95 mol H2 over is. Er heeft 180 − 95 = 85 mol H2 gereageerd. Molverhouding N2 : H2 : NH3 = 1 : 3 : 2. Zie de tabel in figuur 7.12.

Duurzaamheid 79

17-12-12 16:28

N2

H2

NH3

t0

75

180

0

omgezet

−28

−85

+57

tev

75 − 28

180 − 85

57

verbranding

biodiesel bio-ethanol

CO2

7.12

Er is nog 47 mol stikstof in het vat aanwezig. f Er is 57 mol ammoniak ontstaan, zie de tabel in figuur 7.12. g Zie figuur 7.13.

verwerking algen

mol H2 (g)

200

vetten suikers zetmeel

160

7.14

120

80

algen

2 a Benzine C7H16, molaire massa = 100,20 g mol−1. 1 kg benzine = 1000 g benzine.

N2

40 NH3 0

5

10

15 tijd (h)

7.13

7.8 Afsluiting 1 a Zie figuur 7.14. b In je tekst moet je bespreken − dat algen CO2 opnemen en hoe ze dat doen; − dat bij verbranding van de brandstof uit algen die CO2 weer vrijkomt; − dat algen ook uitgestoten CO2 opnemen van andere processen. c Olie is een tri-ester van glycerol en vetzuren. Bij omestering reageert deze triester met methanol, een andere alcohol, waarbij glycerol ontstaat en de methylester van het vetzuur. d In de methylester van de biodiesel zit de estergroep −COOCH3. De molecuulformule van de biodiesel is C19H36O2, na aftrekken van de estergroep blijft er een C17H33-groep over. Het vetzuur dat deel uitmaakt van deze biodiesel is oliezuur. Zie Binas tabel 67G. e C19H36O2 + 26 O2 → 19 CO2 + 18 H2O f C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

80 Hoofdstuk 7


gram

100,20

1000

mol

1,00

x

1,00 mol × 1000 g x = _________________       = 9,98 mol C7H16.   100,20 g Diesel C14H30, molaire massa = 198,38 g mol−1. 1 kg diesel = 1000 g diesel. gram

198,38

1000

mol

1,00

x

1,00 mol × 1000 g x = ________________       = 5,04 mol C14H30.   198,38 g Bio-ethanol C2H5OH, molaire massa = 46,07 g mol−1. 1 kg bio-ethanol = 1000 g bio-ethanol. gram

46,07

1000

mol

1,00

x

1,00 mol × 1000 g x = ________________       = 21,71 mol C2H5OH   46,07 g Lpg bestaat uit 50% propaan en 50% butaan. Molaire massa C3H8 = 44,09 g mol−1 en molaire massa C4H10 =56,10 g mol−1. Gemiddelde molaire massa van 1 mol lpg = 50,10 g mol−1. 1 kg lpg =1000 g lpg. gram

50,10

1000

mol

1,00

x

1,00 mol × 1000 g x = ________________       = 19,96 mol lpg.   50,10 g


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

b 1 kg benzine = 9,98 mol benzine levert bij volledige verbranding 44,0 MJ, dan levert 1 mol benzine

Omrekenen naar kg suiker. Molaire massa sacharose is 342,3 g mol−1.

44,0 ____  = 4,41 MJ. 9,98

mol

1,00

1,25∙109

1 kg diesel = 5,04 mol diesel levert bij verbranding

gram

342,3

x

42,7  = 8,47 MJ. 42,7 MJ, dan levert 1 mol diesel ____ 5,04 1 kg bio-ethanol = 21,71 mol bio-ethanol levert bij verbranding 27,5 MJ, dan levert 1 mol bio-ethanol

1,25∙109 mol × 342,3 g x = ____________________       = 4,27∙1011 g C12H22O11 =   1,00 mol 4,27∙108 kg C12H22O11 Per hectare wordt 1,1∙104 kg C12H22O11 verbouwd.

27,5   = 1,27 MJ.  ______  21,71

4,27∙10 8 kg      = 3,9∙104 hectare. Nodig __________________   1,1∙104 kg hectare−1

1 kg lpg = 19,96 mol lpg levert bij verbranding 45,2     = 2,26 MJ. 45,2 MJ, dan levert 1 mol lpg ______   19,96 c Bij de verbranding van diesel komt de meeste energie vrij, namelijk 8,47 MJ per mol diesel. 3 a C7H12 + 10 O2 → 7 CO2 + 6 H2O b Dichtheid van benzine = 0,72∙103 kg m−3 = 0,72 kg L−1. 26 liter benzine = 26 × 0,72 = 19 kg = 19∙103 g benzine. Molaire massa van C7H12 = 96,2 g mol−1. gram

96,2

19∙103

mol

1,00

x

1,00 mol × 19∙103 g x = __________________       = 198 mol benzine   96,2 g Molverhouding C7H12 : CO2 = 1 : 7 Dit levert 7 × 198 = 1,38∙103 mol CO2. Mol omrekenen naar kg CO2. Molaire massa CO2 = 44,01 g mol−1. mol

1,00

1,38∙103

gram

44,01

x

1,38∙103 mol × 44,01 g x = ____________________       = 6,07∙104 g CO2 =   1,00 mol 61 kg CO2 c De toename van de CO2-concentratie leidt tot een versterkt broeikaseffect. d 2,3∙108 kg C2H6O = 2,3∙1011 g C2H6O. Molaire massa C2H6O = 46,07 g mol−1. gram

46,07

2,3∙1011

mol

1,00

x

1,00 mol × 2,3∙1011 g x = ___________________       = 4,99∙109 mol C2H6O   46,07 g Molverhouding C2H6O : C12H22O11 = 4 : 1.

4 a In de tuinbouw ontstaat na het oogsten van bijvoorbeeld tomaten of paprika’s ook veel groenafval. Op termijn is een kleine biomassa-installatie voor de productie van methaan wellicht een mogelijkheid. b Het dichthouden van de kas betekent dat schadelijke insecten niet gemakkelijk naar binnen komen. Dat voorkomt schade aan de gewassen en is kostenbesparend omdat je minder insecticiden moet kopen. c Omdat verlies van waterdamp en CO2 wordt voor komen, bespaar je fors op de waterkosten en op de kosten voor extra CO2. d CO2 wordt via de fotosynthese omgezet in glucose en glucose wordt weer omgezet in cellulose en zetmeel. Stoffen die zorgen voor de groei van planten. e Ze nemen CO2 af van de industrie, die daarmee haar CO2-uitstoot verlaagt. f 1000 volume-ppm betekent dat er per m3 lucht in de 1000   × 1,0 = 1,0∙10−3 m3 CO2 = 1,0 dm3 CO2 kas _____ 6   10 aanwezig is. Zie paragraaf 3.8 van hoofdstuk 3. Volume CO2 omrekenen naar mol. Vm = 24,5 dm3 mol−1. dm3

24,5

1,0

mol

1,00

x

1,0 dm3 × 1,00 mol x = _________________         = 4,08∙10−2 mol CO2 in 1,0 m3. 24,5 dm3 Molaire massa CO2 is 44,01 g mol−1. Mol CO2 omrekenen naar g. mol

1,00

4,08∙10−2

gram

44,01

x

4,08∙10 mol × 44,01 g x = _____________________        = 1,8 g CO2 per m3.   1,00 mol −2

4,99∙109 mol       = 1,25∙109 mol C12H22O11. Nodig ____________ 4



Duurzaamheid 81

17-12-12 16:28

5 a C4H4S b C4H4S + 6 O2 → 4 CO2 + 2 H2O + SO2 c Vanderwaalsbinding (de aantrekkingskracht tussen moleculen onderling) d Destilleren, gebruikmaken van het verschil in kookpunt. e De dichtheid van benzine = 0,72∙103 kg m−3 = 0,72 kg L−1. 5,1∙109 L benzine = 5,1∙109 × 0,72 = 3,67∙109 kg benzine. Het zwavelgehalte is 250 ppm. Dat is _________   250    × 3,67∙109 = 9,2∙105 kg zwavel. 1 000 000 f Vermindering van 250 ppm naar 50 ppm is een afname van 4/5 aan zwavel. 4/5 × 9,2∙105 = 7,34∙105 kg zwavel = 7,34∙108 g zwavel. Molaire massa zwavel (S) = 32,06 g mol−1. gram

32,06

7,34∙108

mol

1,00

x

1,00 mol × 7,34∙108 g x = ___________________       = 2,29∙107 mol zwavel   32,06 g Molverhouding C4H4S : SO2 = 1 : 1. Er ontstaat 2,29∙107 mol SO2. Molaire massa SO2 is 64,06 g mol−1. mol

1,00

2,29∙107

gram

64,06

x

2,29∙107 mol × 64,06 g x = ____________________       = 1,5∙106 kg SO2 minder.   1,00 mol 6 a Alkanen, cycloalkanen en aromaten. b Nafta is een laagkokende aardoliefractie waarin moleculen voorkomen met vier tot twaalf C-atomen. c Bij de bereiding van benzine en bij de bereiding van etheen. d Het ‘breken’ van grote alkaanmoleculen in een kleiner alkaan en een alkeenmolecuul bij hoge temperatuur. Bijvoorbeeld: C8H18 → C4H10 + C4H8.

82 Hoofdstuk 7



17-12-12 16:28

8 Zuren 8.1 Zuur, basisch of neutraal A 1

8.2 De pH van een oplossing A 2

a De pH van zuiver water is 7. b NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl(aq) c De pH van de oplossing is onder de 7 omdat de oplossing zuur is. d Je doopt een strookje universeel indicatorpapier in de vloeistof. Dit strookje krijgt daardoor een bepaalde kleur die je vergelijkt met de kleuren op het doosje van het indicatorpapier. Op deze manier lees je de pH van de oplossing af en dan weet je of de vloeistof zuur, basisch of neutraal is. e Na+(aq), CO32(aq) en H2O. Er is geen Na2CO3 in de oplossing aanwezig! f De pH van de oplossing is boven de 7 omdat de oplossing basisch is. g Er moeten geladen deeltjes zijn die vrij kunnen bewegen. h Water is een moleculaire stof en bestaat uit moleculen. Er zijn dus geen geladen deeltjes in de oplossing aanwezig. i Een oplossing van een zout bestaat uit ionen. Deze ionen kunnen door de oplossing bewegen. Er wordt dus voldaan aan beide voorwaarden. j Ca(OH)2(s) → Ca2+(aq) 2 OH(aq) k 6,10 g Ca(OH)2 omrekenen naar mol. De molaire massa van Ca(OH)2 is 74,09 g mol1. gram

74,09

6,10

mol

1,00

x

1,00 mol × 6,10 g x = ________________       = 8,23∙102 mol Ca(OH)2.   74,09 g De molverhouding Ca(OH)2 : OH = 1 : 2. In 2,50 L zit dus 2 × 8,23∙102 = 1,65∙101 mol OH-ionen. De con1,65∙101 mol       = 6,59∙102 mol L1. centratie is dan _____________ 2,50 L



a Onder het omslagtraject van een indicator verstaan we het pH-traject waarbinnen de indicator een ‘mengkleur’ vertoont. Voor bijvoorbeeld de indicator broomthymolblauw, zal volgens Binas tabel 52A de kleur in het pH-gebied onder de 6,0 geel zijn. Boven de 7,6 is de kleur blauw. In het gebied 6,0 − 7,6 (het omslagtraject) is de kleur dus groen. b Ja, eigenlijk gaat het om twee verschillende stoffen, want kleur is een stofeigenschap. Maar de afspraak is om die beide dezelfde naam te geven. Dat is scheikundig wel te rechtvaardigen, omdat het om een kleine verandering in een groot molecuul gaat. c Rood lakmoespapier wordt gemaakt door papier te kleuren met een licht zure lakmoesoplossing. Blauw lakmoespapier wordt gemaakt door papier te kleuren met een licht basische lakmoesoplossing. A 3 a Een natriumsulfietoplossing is kleurloos. b De pH is ongeveer 9, dus kresolrood kleurt de oplossing rood. c De oplossing is kleurloos. B 4 Broomthymolblauw kleurt alleen geel als de pH van de oplossing kleiner is dan 6,0. Congorood is alleen oranje rood in een oplossing met een pH groter dan 5,0. De pH ligt dus tussen de 5,0 en de 6,0. B 5 a Het water uit de regenton zorgt ervoor dat de bloemen blauw worden. De hortensia’s krijgen deze kleur bij een pH onder de 5, dus zuur. Het regenwater zal dus zuur zijn. b De bloemen kleuren weer rood, dus de pH is gestegen. Het mengsel zal dus basisch zijn.

Zuren 83

17-12-12 16:28

B 6 a De pH was lager dan 7 (zuur). Door het toevoegen van water zal de pH richting de 7 gaan omdat dit de pH is van zuiver water. b De pH was hoger dan 7 (basisch). Door het toevoegen van water zal de pH richting de 7 gaan omdat dit de pH is van water. c De invloed van het ene druppeltje zure oplossing op 100 L water zal verwaarloosbaar klein zijn. De pH verandert niet.

8.3 Zuren in water A 7 a Het kookpunt van waterstofjodide is 238 K, van methanol 338 K en van kaliumjodide 1603 K. b Waterstofjodide en methanol zijn moleculaire stoffen. De moleculen bestaan uit niet-metaalatomen. Kaliumjodide is een zout en bestaat dus uit ionen. c In een zout is er tussen de ionen de ionbinding. Deze binding is heel sterk. Deze sterke binding moet verbroken worden om de stof in de gasfase te brengen. Dus het kookpunt is heel hoog. d Beide stoffen zijn moleculair en hebben tussen de moleculen de zwakke vanderwaalsbinding. In methanol zit een OH-groep in het molecuul. Naast de vanderwaalsbinding kan methanol dus ook waterstofbruggen tussen de moleculen vormen. Deze zijn behoorlijk sterk en verhogen het kookpunt. e Methanol is een moleculaire stof. Oplossingen van moleculaire stoffen kunnen geen elektrische stroom geleiden omdat er geen geladen deeltjes in de oplossing aanwezig zijn. f Kaliumjodide is een zout. In een oplossing van een zout zijn ionen aanwezig, nodig voor elektrische stroomgeleiding. g Waterstofjodide is een zuur. In een oplossing van een zuur zijn, door de reactie met water, ionen aanwezig, deze zorgen voor elektrische stroomgeleiding. A 8 Een sterk zuur ioniseert volledig, een zwak zuur ioniseert voor een deel. Bij een oplossing van een sterk zuur zijn er veel meer ionen aanwezig en is er dus betere stroomgeleiding.

84 Hoofdstuk 8


A 9 a 1p b proton A 10 a Waterstofjodide is een sterk zuur, het ioniseert volledig. De reactievergelijking: HI(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + I(aq) De notatie van de zure oplossing is: H3O+(aq) + I(aq) b Waterstofsulfide is een tweewaardig zwak zuur, er treedt een evenwicht op. De reactievergelijking: H2S(g) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HS(aq) De notatie van de zure oplossing: H2S(aq) Omdat het evenwicht al ver naar links ligt, treedt de tweede ionisatiestap bijna niet op. B 11 a HBr(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + Br(aq) b HF(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + F(aq) B 12 a Schoonmaakazijn: Het massapercentage azijnzuur is 10%. Als we uitgaan van een dichtheid van 1,0 kg L1, dan is er dus 1,0∙102 g azijnzuur in 1,0 L oplossing aanwezig. Tafelazijn: Het massapercentage is 5,0%. Er is dan dus 50 g azijnzuur in 1,0 L oplossing aanwezig. b De molmassa van azijnzuur is 60,05 g mol1. Schoonmaakazijn: gram

60,05

1,0∙102

mol

1,00

x

1,00 mol × 1,0∙102 g x = __________________       = 1,7 M.   60,05 g Tafelazijn: gram

60,05

50

mol

1,00

x

1,00 mol × 50 g x = ______________       = 0,83 M.   60,05 g c Aangezien in schoonmaakazijn de concentratie van de ionen hoger is, zal de geleidbaarheid van deze oplossing ook hoger zijn. d De [H3O+] is het hoogst in de oplossing met de hoogste molariteit azijnzuur. Er is hier verhoudingsgewijs meer zuur. De [H3O+] is dus hoger in de schoonmaakazijn dan in de tafelazijn.


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

C 13 a Je kunt de pH van beide oplossingen meten. De oplossing met de laagste pH heeft een hogere [H3O+]. Je kunt hiervoor bijvoorbeeld universeel indicatorpapier gebruiken. De pH van de wc-reiniger met zoutzuur zal een lagere pH geven dan de wcreiniger met azijnzuur. Het waterstofchloride is een sterk zuur en volledig gesplitst in ionen, het azijnzuur is een zwak zuur. b Neem zuiver azijnzuur en doe dit bij kalk. In zuiver azijnzuur zijn geen H3O+-ionen aanwezig. c Door de reactie met het kalk worden de H3O+-ionen uit de oplossing verwijderd. Het evenwicht: CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CH3COO(aq) zal daardoor naar rechts verschuiven. Uiteindelijk worden zo alle azijnzuurmoleculen omgezet in ionen. d De concentratie HCl in reiniger A is kennelijk lager dan de azijnzuurconcentratie in reiniger B. C 14 a 2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g) b SO3(aq) + 2 H2O(l) → H3O+(aq) + HSO4(aq) c HSO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + SO42(aq) d Zwavelzuur is in staat om twee waterstofionen (H+) af te staan aan water. Daarom noemen we het wel een tweewaardig zuur.

8.4 Formules en namen van zuren

A 17 Deze internetopdracht is ter beoordeling van de docent. B 18 a Waterstofjodide is een gas bij kamertemperatuur. Het is een eenwaardig sterk zuur en reageert dus aflopend met water: HI(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + I(aq) b Fosforzuur is een driewaardig zwak zuur. Er treedt dus een evenwichtsreactie op, waarbij fosforzuur maar 1 H+-ion afgeeft: H3PO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + H2PO4(aq) c Zwavelzuur is een vloeistof bij kamertemperatuur. Het is een tweewaardig zuur. Omdat het zuur sterk is, reageert het aflopend met water: H2SO4(l) + H2O(l) → H3O+(aq) + HSO4(aq) De HSO4-ionen die ontstaan zijn een zwak zuur. Er treedt dus naast de aflopende reactie ook nog een evenwichtsreactie op: HSO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + SO42(aq) d Het waterstofsulfaation is een eenwaardig zwak zuur: HSO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + SO42(aq) e Het ammoniumion is een eenwaardig zwak zuur: NH4+(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + NH3(aq) B 19 a H3O+(aq) + I(aq) b H3PO4(aq) c H3O+(aq) + HSO4(aq) d HSO4(aq) e NH4+(aq) B 20

A 15 a sterk b zwak c sterk d zwak e zwak A 16 Waterstofjodide, waterstofsulfaationen en ammonium ionen zijn éénwaardige zuren. Zwavelzuur is een tweewaardig zuur. Fosforzuur is een driewaardig zuur.



a HCOOH(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HCOO(aq)

O

b H

C

OH (aq) + H2O(l) ⇄ O

H3O+(aq) + H

C

-

O (aq)

B 21 Als aluminiumnitraat in water oplost, dan ontstaan er aluminiumionen: Al(NO3)3(s) → Al3+(aq) + 3 NO3(aq) Deze aluminiumionen worden gehydrateerd. Het gehydrateerde ion is een zuur en zal in water H+-ionen afstaan: Al(H2O)63+(aq) + H2O ⇄ H3O+(aq) + AlOH(H2O)52+(aq)

Zuren 85

17-12-12 16:28

B 22 SO2(g) + 2H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HSO3(aq)

8.5 pH-berekeningen aan zure oplossingen

B 23 a H3PO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + H2PO4(aq) b NaH2PO4(s) → Na+(aq) + H2PO4(aq) c H2PO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HPO42(aq) d Na2HPO4(s) → Na+(aq) + HPO42(aq) HPO42(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + PO43(aq) e Hoe zwakker een zuur is, hoe minder het zuur ioniseert. Fosforzuur is het minst zwakke zuur en ioniseert dus het meest. Daarna volgt het diwaterstoffosfaation. Het monowaterstoffosfaation ioniseert vrijwel niet. C 24 a Salpeterzuur en zwavelzuur zijn sterke zuren. Oplossingen van deze zuren hebben dus een veel hogere [H3O+] dan de zwakke zuren. Omdat zwavelzuur een tweewaardig zuur is, treedt er naast de aflopende reactie ook een evenwichtsreactie op. Dit verhoogt de [H3O+] nog meer. Van de twee zwakke zuren is waterstofhypojodiet het zwakst, de [H3O+] is bij een oplossing van dit zuur dus het laagst. De volgorde is: waterstofhypojodiet, waterstoffluoride, salpeterzuur, zwavelzuur. b Je moet weten hoeveel van het zuur is opgelost in water. Als je dat niet weet, weet je ook niet of er meer of minder H3O+-ionen in de oplossing zitten. C 25 a DENF–H = 4,1 − 2,1 = 2,0 DENCl-H = 2,8 − 2,1 = 0,7 DENBr-H = 2,7 − 2,1 = 0,6 DENI-H = 2,2 − 2,1 = 0,1 Je zou dus verwachten dat de volgorde van de sterkte van de zuren precies andersom is. HF zou het sterkste zuur moeten zijn, HI het zwakst. b HF heeft een hele sterke binding. Deze binding moet verbroken worden om te ioniseren. Omdat deze binding veel sterker is dan de binding van de andere halogeenzuren is HF dus toch een zwak zuur.

A 26 Oplossing a: pH = -log (1,0∙104) = 4,00 Oplossing b: pH = -log (5,0∙104) = 3,30 Oplossing c: pH = -log (6,7∙103) = 2,17 A 27 a [H3O+] = 101,4 = 4∙102 mol L1 b [H3O+] = 104,42 = 3,8∙105 mol L1 c [H3O+] = 10+1,05 = 11 mol L1 B 28 We moeten de [H3O+] weten om de pH te berekenen. Waterstofjodide (HI) is een sterk zuur: HI(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + I(aq) Je rekent eerst het aantal mol waterstofjodide uit: gram

127,9

89,6

mol

1,00

x

1,00 mol × 89,6 g x = ________________       = 0,701 mol HI.   127,9 g Er is dus 0,701 mol H3O+ in 150 mL. Dan reken je de [H3O+] uit: mol

0,701

x

liter

0,150

1,00

1,00 L × 0,701 mol x = _________________       = 4,67 mol L1   0,150 L De pH is: pH = -log 4,67 pH = -0,669 B 29 a HCN(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CN(aq) [H3O+][CN]       Kz = ___________ [HCN] b H3PO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + H2PO42(aq) [H3O+][H2PO4]       Kz = _____________ [H3PO4] c HSO4(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + SO42(aq) [H3O+][SO42]       Kz = ____________ [HSO4] d Cu(H2O)62+(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CuOH(H2O)5+(aq) [H3O+][CuOH(H2O)5+]       Kz =___________________   [ Cu(H2O)62+]

86 Hoofdstuk 8



17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

B 30 HIO3 is een zwak zuur. Om de pH te kunnen berekenen moeten we eerst de [H3O+] berekenen. [HIO3]

[H3O+]

[IO3–]

t0

0,60

0

0

omgezet

−x

+x

+x

0,60 − x

x

x

tev

[H3O ][IO3 ] Kz = ___________      [HIO3] (x)2      1,7∙101 = _________ (0,60 − x) x = 0,2455 [H3O+] = 0,2455 mol L1 pH = -log (0,2455) = 0,61 +



De [H3O+] is dus gelijk aan de molariteit van het zuur. pH = -log[H3O+] pH = -log (1,0000∙103) pH = 3,00000 Zonder verwaarlozen: We stellen de [H3O+] nu gelijk aan 1,0000∙103 + 1,0∙107 = 1,0001∙103 M pH = -log[H3O+] pH = -log (1,0001∙103) pH = 2,99996 Verwaarlozen is bij deze concentratie dus terecht! c Het woord zoutzuur betekent: een oplossing van waterstofchloride in water. Zoutzuur is dus al een oplossing. B 34

B 31

a Monochloorazijnzuur is een zwak zuur.

a In dat geval was de [H3O+] gelijk aan de molariteit van het opgeloste zuur. (Of in het geval van zwavelzuur zelfs hoger). b Per zuur molecuul (HZ) dat reageert met water ontstaat er één oxoniumion en één zuurrestion (Z). De concentratie van deze ionen is dus gelijk. c Voor de reactie is er 0,20 mol L1 van het onbekende zuur. Er ontstaat 1,33∙104 mol L1 H3O+. Er ontstaat dus ook 1,33∙104 mol Z. Er reageert dus 1,33∙104 mol HZ: [HZ]

[H3O+]

[Z–]

t0

0,20

0

0

omgezet

−1,33∙104

+1,33∙104

+1,33∙104

tev

0,20 − 1,33∙104

1,33∙104

1,33∙104

[H3O ][Z ] Kz = _________      +



[HZ] (1,33∙104)2       Kz =  _______________ (0,20 − 1,33∙104) 8 Kz = 8,9∙10 Het is dus waterstofsulfide (H2S). d [Z] = 1,33∙104 mol L1, [HZ] = 0,20 mol L1 1,33∙104 ________      × 100% = 0,067% 0,20 B 32 HClO4 heeft een grotere Kz-waarde en is dus het sterkste zuur. B 33 a [H3O+] = 107,00 = 1,00∙107 mol L1 b Zoutzuur is een oplossing van het sterke zuur waterstofchloride in water. Met verwaarlozen:



H H

C

O OH

Cl

(aq) + H2O(l) ⇄

C

H H3O (aq) + H +

C Cl

O C

(aq)

O

-

b Er was voor de reactie 0,10 mol L1 CH2ClCOOH. Een deel hiervan reageert: [CH2ClCOOH]

[H3O+]

[CH2ClCOO–]

t0

0,10

0

0

omgezet

−x

+x

+x

tev

0,10 − x

x

x

[H3O+][CH2ClCOO] Kz = __________________         [ CH2ClCOOH] 2 (x)      1,4∙103 = _________ (0,10 − x) x = 0,0112 [H3O+] = x = 1,1∙102 mol L1 B 35 We willen weten hoeveel gram propaanzuur er is opgelost. Om dit te berekenen moeten we eerst weten hoeveel mol propaanzuur er in de oplossing aanwezig is. Om het aantal mol te berekenen moeten we eerst de concentratie van het zuur bepalen. Er treedt een evenwichtsreactie op. De [H3O+] = 102,55 = 2,8∙103 mol L1. De [CH3COO] is ook 2,8∙103 mol L1.

Zuren 87

17-12-12 16:28

[CH3CH2COOH]

[H3O+]

[CH3CH2COO–]

t0

x

0

0

omgezet

−2,8∙103

+2,8∙103

+2,8∙103

tev

x − 2,8∙103

2,8∙103

2,8∙103

[H3O+][CH3CH2COO] Kz = ___________________         [CH3CH2COOH] (2,8∙103)2        1,4∙105 = ____________ (x − 2,8∙103) x = 0,562 [CH3CH2COOH] = 0,562 mol L1 Er is 0,500 L van de oplossing. Het aantal mol propaanzuur is dus: mol

0,562

x

liter

1,00

0,500

0,500 L × 0,562 mol x = __________________       = 0,281 mol propaanzuur.   1,00 L Omrekenen naar gram: mol

1,00

0,281

gram

74,08

x

0,281 mol × 74,08 g x = __________________       = 21 g propaanzuur   1,00 mol C 36 a [H3O+] = 101,48 = 3,3∙102 mol L1 b Als het een sterk zuur is, dan is de [H3O+] gelijk aan (of hoger dan) de molariteit van de zure oplossing. De molariteit van de zure oplossing is: mol

50,0∙103

x

liter

0,1000

1,000

t0

0,500

[H3O+]

[Z–]

0

0

omgezet

2

−3,3∙10

+3,3∙10

+3,3∙102

tev

0,500 − 3,3∙102

3,3∙102

3,3∙102

2

[H3O+][Z] Kz = _________      [HZ] (3,3∙102)2       Kz =  _______________ (0,500 − 3,3∙102) 3 Kz = 2,3∙10 Het is het zuur waterstofteluride (H2Te).

88 Hoofdstuk 8


Beide oplossingen zijn oplossingen van sterke zuren. Om de [H3O+] uit te rekenen moeten we het totaal aantal mol H3O+ en het totaal aantal liter oplossing weten. Eerst berekenen we van beide oplossingen het aantal mol H3O+. Zoutzuur: mol

2,1

x

liter

1,00

0,0750

0,075 L × 2,1 mol x = ________________       = 0,158 mol HCl in 75,0 mL   1,00 L Er is dus ook 0,158 mol H3O+. Salpeterzuuroplossing: mol

1,0

x

liter

1,00

0,0250

0,025 L × 1,0 mol x = ________________       = 0,0250 mol salpeterzuur in   1,00 L 25,0 mL Er is dus ook 0,025 mol H3O+. In totaal is er dus 0,158 + 0,0250 = 0,183 mol H3O+. Het totaal aan liter is: 0,0250 + 0,0750 = 0,1000 L De [H3O+] is dan: mol

0,183

x

liter

0,1000

1,00

1,00 L × 0,183 mol x = _________________       = 1,8 mol L1 H3O+   0,1000 L

1,000 L × 50,0∙103 mol x = _____________________        = 0,500 M   0,1000 L Het is dus een zwak zuur. c Om te weten welk zuur het is, moeten we de Kz uitrekenen: [HZ]

C 37

C 38 a De stof bevat een OH-groep die waterstofbruggen kan vormen met water. b HOCH2CH2SH(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HOCH2CH2S(aq) c [H3O+] = 105,21, de [H3O+] = 6,2∙106 mol L1. De [HOCH2CH2S] is ook 6,2∙106 mol L1. [HOCH2CH2SH]

[H3O+]

[HOCH2CH2S–]

t0

0,20

0

0

omgezet

−6,2∙106

+6,2∙106

+6,2∙106

tev

0,20 − 6,2∙10

6,2∙10

6,2∙106

6

6

[H3O+][HOCH2CH2S] Kz = ___________________         [HOCH2CH2SH] (6,2∙106)2       Kz =  ______________ (0,20 − 6,2∙106) 10 Kz = 1,9∙10


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

8.6 Afsluiting

[C6H5COOH]

1 a Als fenolrood een oplossing geel kleurt, dan is de pH onder de 6,6. Als alizariengeel-R een oplossing rood kleurt, dan is de pH boven de 12,0. Dit kan natuurlijk niet. b Waarschijnlijk heeft Ans de kleuren verkeerd om opgeschreven. c Als we ervan uitgaan dat fenolrood de oplossing rood kleurt, dan is de pH boven de 8,0. Als alizariengeel-R de oplossing geel kleurt, dan is de pH onder de 10,1. De pH ligt dan in het gebied: 8,0 − 10,1. 2 a Zoutzuur: pH = -log (1,0) pH = 0,00 Salpeterzuuroplossing: pH = -log (3,3∙102) pH = 1,48 b Om een oplossing met een pH van 1,00 te krijgen, moet de [H3O+] in deze oplossing gelijk zijn aan: [H3O+] = 101,00 [H3O+] = 0,10 mol L1 Je wilt 1,0 L van deze oplossing maken, dus er is 0,10 mol H3O+ in de oplossing nodig. Stel het aantal liter zoutzuur dat je moet gebruiken gelijk aan x, dan is het aantal liter salpeterzuuroplossing gelijk aan 1 − x. Dit geeft de volgende vergelijking: 0,10 = 1,0 x + 3,3∙102 (1 − x) x = 0,069. Sjaak moet dus 69 mL zoutzuur mengen met 9,3∙102 mL salpterzuuroplossing. 3 a O

C

OH (aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + O

-

C

O (aq)

b [H3O+] = 104,0 = 1,0∙104 mol L1 We gebruiken voor het overzicht molecuulformules. De [C6H5COO] is gelijk aan de [H3O+].



[H3O+]

[C6H5COO–] 0

t0

x

0

omgezet

−1,0∙104

+1,0∙104

+1,0∙104

tev

x − 1,0∙10

1,0∙10

1,0∙104

4

4

[H3O+][C6H5COO] Kz = ________________         [C6H5COOH] (1,0∙104)2      6,5∙105 =  ___________ (x − 1,0∙104) 4 x = 2,54∙10 De concentratie benzeencarbonzuur is dus 2,54∙104 mol L1. We hebben 5,0 L water dus: mol

2,54∙104

x

liter

1,00

5,0

2,54∙104 mol × 5,0 L x = ___________________       = 1,27∙103 mol benzeen  1,00 L zuur. Dit is: mol

1,00

1,27∙103

gram

122,1

x

1,27∙103 mol × 122,1 g x = _____________________        = 0,2 g benzeen  1,00 g carbonzuur 4 a Als we zwavelzuur zien als een tweewaardig sterk zuur, dan geldt: H2SO4(l) + 2 H2O(l) → 2 H3O+(aq) + SO42(aq) Het aantal gram zwavelzuur omrekenen naar mol en dan de [H3O+] uitrekenen. gram

98,08

5,4

mol

1,00

x

5,4 g × 1,00 mol x = _______________       = 5,51∙102 mol L1 H2SO4   98,08 g De molverhouding H2SO4 : H3O+ = 1 : 2, de [H3O+] is dus 2 × 5,51∙102 = 1,1∙101 mol L1 pH = -log (1,1∙101) = 0,96 b We werken nu in twee stappen. Eerst is er een aflopende reactie omdat zwavelzuur een sterk zuur is: H2SO4(l) + H2O(l) → H3O+(aq) + HSO4(aq) Aangezien er voor de reactie 5,51∙102 mol H2SO4 is, is er na stap 1: 5,51∙102 mol H3O+ en 5,51∙102 mol HSO4. HSO4 is een zwak zuur, dus: [HSO4–]

[H3O+]

[SO42–]

t0

5,51∙102

5,51∙102

0

omgezet

−x

+x

+x

tev

5,51∙10

2

−x

5,51∙10

2

+x

x

Zuren 89

17-12-12 16:28

[H3O+][SO42] Kz = ____________       [ HSO4] (5,51∙102 + x) × (x)         1,0∙102 = _________________ (5,51∙102 − x) x = 7,58∙103 [H3O+] = 5,51∙102 + 7,58∙103 = 6,3∙102 mol L1 pH = -log (6,3∙102) pH = 1,20 c Het volume van het meer blijft gelijk. Dus de zure lozingen en de neerslag compenseren de verdamping. De neerslag en de verdamping bevatten geen zuur. Er komt dan steeds meer zuur in hetzelfde volume en dus daalt de pH. d De pH in het afgedamde deel is 0,85, de [H3O+] = 100,85 = 1,4∙101 mol L1. Je kunt nu de volumeverhouding uitrekenen van het afgedamde deel en het totale meer. De diepte is 1,3 m. En met de volumeverhouding kun je de [H3O+] in het totale meer uitrekenen. Volume afgedamde deel is 42 × 1,3∙103 = 5,46∙102 km3 Volume totale meer is 2,6∙103 × 1,3∙103 = 3,38 km3

[H2CO3]

[H3O+]

[HCO3–]

t0

x

0

0

omgezet

−3,2∙106

+3,2∙106

+3,2∙106

tev

x − 3,2∙106

3,2∙106

3,2∙106

[H3O+][HCO3] Kz = _____________       [H2CO3] (3,2∙106)2      4,5∙107 =  ___________ (x − 3,2∙106) 5 x = 2,5∙10 Dus [H2CO3] = 2,5∙105 mol L1 d Uit 1 mol CO2 ontstaat per liter regenwater 2,5∙105 mol H2CO3. Er ontstaat 576 mol CO2. Er is: mol

2,5∙105

576

liter

1,00

x

5,46∙102 km3 Bij dambreuk wordt de [H3O+]: ____________       3,38 km3

576 mol × 1,00 L  = 2,3∙107 L regenwater nodig. x = _______________       2,5∙105 mol e 1 m2 = 100 dm2 van 1 mm = 0,01 dm hoog is 100 dm2 × 0,01 dm = 1 dm3 = 1 L. Er is dus 1 L nodig om 1 m2 regenwater van 1 mm hoog een pH van 5,50 te geven. Met 2,3∙107 L kan dus 2,3∙107 m2 regen van 1 mm hoog een pH van 5,50 krijgen. f 100 bij 100 m = 1,00∙104 m2. Dus:

× 1,4∙101 mol L1 = 2,3∙103 mol L1. De pH = -log (2,3∙103) = 2,64

2,3∙107   = 2,3∙103 voetbalvelden.  ________4  1,00∙10

5

6

a Je rijdt: 2 × 80 = 160 km. De auto rijdt 1 : 14, dus je verbruikt: 160 : 14 = 11,43 L. De dichtheid van benzine is 0,72∙103 kg m3 = 720 g L1. Dus je hebt:

a Fe(H2O)63+(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + FeOH(H2O)52+(aq) b De pH = 5,10, dus: [H3O+] = 105,10 = 7,9∙106 mol L1. We hebben 100 mL, daarin bevinden zich dus:

liter

1,0

11,43

mol

7,9∙106

x

gram

720

x

liter

1,000

0,1000

11,43 L × 720 g x = ______________       = 8,23∙103 g octaan 1,0 L De molaire massa van octaan is: 114,2 g mol1 Er is dus: gram

114,2

8,23∙103

mol

1,00

x

1,00 mol × 8,23∙103 g x = ___________________       = 72,05 mol C8H18   114,2 g De reactie voor het verbranden van octaan is: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O Molverhouding C8H18 : CO2 = 1 : 8, er ontstaat: 72,05 × 8 = 576 mol CO2. b CO2(aq) + H2O(l) ⇄ H2CO3(aq) c De pH = 5,50. De [H3O+] = 105,50 = 3,2∙106 mol L1 H2CO3(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HCO3(aq)

90 Hoofdstuk 8


7,9∙106 mol × 0,1000 L x = _____________________        =   1,000 L 7 + 7,9∙10 mol H3O -ionen. Dit bevindt zich in 2,00 gram papier, het boek heeft 250 g papier dus: mol gram

7,9∙107

x

2,00

250

7,9∙10 mol × 250 g x = __________________       = 9,9∙105 mol H3O+-ionen.   2,00 g Dus 9,9∙102 mmol H3O+-ionen in het boek. 7


17-12-12 16:28

© Noor

vers bv

7 a Evenwicht A is een heterogeen evenwicht, omdat picrinezuur in twee fasen aanwezig is, namelijk vast en opgelost. Evenwicht B is een homogeen evenwicht, omdat alle deeltjes zich in dezelfde opgeloste toestand bevinden. b Aantal gram picrinezuur omrekenen naar mol. De molaire massa is 229,1 g mol1. gram

229,1

1,4

mol

1,00

x

1,4 g × 1,00 mol x = _______________       = 6,1∙103 mol picrinezuur.   229,1 g Dit zit in 100 mL. mol

6,1∙103

x

liter

0,100

1,00

6,1∙103 mol × 1,00 L x = ___________________       = 6,1∙102 mol picrinezuur   0,100 L per liter. c 89% van het picrinezuur is geïoniseerd.  89  × 6,1∙102 = 5,4∙102 mol L1 De [H3O+] = ____ 100 pH = 1,27 d C6H3N3O7(s) → C6H3N3O7(g)



Zuren 91

17-12-12 16:28

Verantwoording

Colofon Omslagontwerp: Lava, Amsterdam, Foto omslag: Science Photo Library Ontwerp binnenwerk: Marieke Zwartenkot, Amsterdam, i.s.m. Robin Peterman, Oss Opmaak: PrePressMediaPartners, Wolvega Technisch tekenwerk: DDCom, Veldhoven Deze uitgave is gedrukt op FSC-papier. 0 / 13 © 2013 Noordhoff Uitgevers, Groningen, The Netherlands. Behoudens de in of krachtens de Auteurswet van 1912 gestelde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voorzover het maken van reprografische verveelvoudigingen uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16h Auteurswet 1912 dient men de daarvoor verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Reprorecht (postbus 3051, 2130 KB Hoofddorp, www.reprorecht.nl). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) kan men zich wenden tot Stichting PRO (Stichting Publicatieen Reproductierechten Organisatie, postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp, www.stichting-pro.nl). All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise without prior written permission of the publisher. ISBN 978-90-11-11378-7


243371

17-12-12 16:28

Antwoorden Chemie Overal 4 vwo

Recommend Documents