Een reactievergelijking kloppend maken:

Chemisch rekenen klas 3
-1-
Chemisch rekenen klas 3
Paragraaf 1 Opstellen van reactievergelijkingen.
»
Beginstoffen die met elkaar reageren, zijn precies even zwaar als de
reactieproducten die ontstaan. Hoe komt dat?
Voordat we ons gaan bezighouden met het opstellen van reactievergelijkingen,
herhalen we eerst een paar begrippen:
Molecuulformule:
Een molecuulformule geeft aan uit welke atomen een molecuul is opgebouwd, en uit
hoeveel atomen per atoomsoort. Voorbeelden van molecuulformules zijn H2O, NH3 en
CH4.
Index:
Een getal wat rechtsonder een atoomsoort staat
Dit getal geeft het aantal atomen van elke soort weer
Coëfficiënt:
Het getal voor de formule geeft het aantal deeltjes weer.
De coëfficiënt 1 wordt weggelaten.
Bij een chemische reactie verdwijnen de moleculen van de beginstoffen. Daarvoor in de
plaats komen de moleculen van de reactieproducten.
De moleculen van de beginstoffen vallen uiteen in ‘losse’ atomen. Die ‘losse’ atomen
gaan op een andere manier aan elkaar vast zitten en vormen zo de moleculen van de
reactieproducten.
Chemische reactie
Een chemische reactie is een hergroepering van atomen.
Op dit plaatje is een chemische reactie te
zien, en wel een verbranding van een
koolstofverbinding. In molecuulformules
wordt deze reactie zo opgeschreven:
C3H8 + 5 O2
4 H2O + 3 CO2
Als je goed kijkt zie je dat het aantal atomen links van de pijl gelijk is aan het aantal
atomen rechts van de pijl. De moleculen worden bij een scheikundige reactie kapot
gemaakt, maar de atomen blijven behouden. Ze worden anders aan elkaar gebonden.
Er verdwijnen dus geen atomen.
-2-
Chemisch rekenen klas 3
Op de afbeelding hiernaast is een ontleding te zien. Bij
een ontleding maak je de moleculen kapot en ontstaan
er andere moleculen.
Deze ontleding zou in molecuulformules zo kunnen
worden opgeschreven:
3 CO2
3 C + 3 O2
Experiment “Wat is een chemische reactie?”
Benodigdheden:
- Rekje met reageerbuizen
- Loodnitraat
- Driepoot met gaasje
(100 ml)
- Helder kalkwater
- Magnesiumpoeder
zoutzuur
- Kaarsvet
- Lucifers
- Bruistablet
- Brander
- Kaliumjodide
- Bekerglas
- Ballon
- Demiwater
- Kraanwater
- Verdund
Experiment 1: magnesiumpoeder en zoutzuur
Doe in een reageerbuis een schepje magnesium. Voeg hier 1 cm zoutzuur aan toe.
Houd je duim op de reageerbuis. Als je druk voelt op je duim houd je een aansteker bij
de opening van de buis.
Experiment 2: kaarsvet
Voeg 1 cm kaarsvet in een reageerbuis. Verwarm het kaarsvet gedurende enkele
minuten.
Experiment 3: loodnitraat met kaliumjodide
Voeg een druppel van loodnitraat- oplossing toe aan kaliumjodide- oplossing.
Experiment 4: bruistablet
Voeg 3 cm demiwater in een reageerbuis. Voeg hier een halve bruistablet aan toe en
zet direct een ballon op de reageerbuis. Breng het gas dat in de ballon zit in contact
brengen met helder kalkwater, dat in een andere reageerbuis zit. Doe dat door eerst de
ballon op het buisje met helder kalkwater te plaatsen (ballon goed dichtknijpen zodat er
geen gas ontsnapt). Het gas in de ballon komt in contact met het heldere kalkwater door
in de ballon te knijpen en het buisje zachtjes te schudden.
Experiment 5: Soda en azijn
Voeg een schepje soda toe aan een azijn- oplossing (eventueel wat rode koolsap
toevoegen).
Opdrachten:
1. Noteer alle waarnemingen.
2. Leg aan de aan hand van je waarnemingen uit of er een chemische reactie heeft
plaats gevonden.
3. Welk gas is er ontstaan bij experiment 1?
-3-
Chemisch rekenen klas 3
Het kloppend maken van reactievergelijkingen.
Wat je moet weten:
De symbolen van de atoomsoorten in bijlage 1.
De zeven twee atomige elementen: Br2 N2 H2 F2 Cl2 I2 O2
Verbranding is een reactie met zuurstof voor de reactiepijl
Volledige verbranding van koolwaterstoffen (CxHy) geeft CO2 en H2O na de
reactiepijl.
Er zijn geen vaste regels voor het kloppend maken van een reactievergelijking.
Er zijn wel twee “vuistregels” die je kunt gebruiken.
1.
2.
Begin met het kloppend maken van reactievergelijkingen altijd met het element
dat in het minste aantal moleculen voorkomt.
Eindig bij het kloppend maken van reactievergelijkingen (als dit kan) met een
molecuul dat maar één elementsoort bevat (dus: O2, Cl2, Fe, Cu, enzovoort).
Voorbeeld 1
Het reactieschema voor de synthese van ammoniak is:
stikstof + waterstof
ammoniak
Als je de namen vervangt door de formules krijg je:
N2 + H2
NH3
Als we kijken naar de stikstofatomen in de reactievergelijking zien we dat links van de
pijl twee stikstofatomen staan en rechts van de pijl één stikstofatoom. Omdat we nooit
iets mogen veranderen aan de indexcijfers in een molecuul mogen we niet N 2H3 of N2H6
noteren. Als de verbinding N2H3 (of N2H6) zou bestaan zou het hele andere
eigenschappen hebben dan NH3.
We mogen alleen getallen vóór de moleculen zetten. We mogen dus wel opschrijven
2NH3, dus twee moleculen ammoniak. Onze vergelijking wordt:
N2 + H2
2NH3
Kijken we nu naar het aantal waterstofatomen dan zien we dat er links van de pijl twee
staan en rechts van de pijl zes want er zijn twee moleculen ammoniak en elk molecuul
bevat drie waterstofatomen. Samen zijn dat er zes. Als we nu links van de pijl drie
waterstofmoleculen zetten met in elk molecuul twee waterstofatomen staan er ook links
van de pijl zes waterstofatomen. De reactievergelijking wordt nu:
N2 + 3H2
2NH3
Als we nu nog eens alles controleren blijkt dat links van de pijl dezelfde en hetzelfde
aantal atomen staat als rechts van de pijl. De reactievergelijking klopt.
-4-
Chemisch rekenen klas 3
Voorbeeld 2
Ammoniak reageert onder speciale omstandigheden met zuurstof tot stikstofmono-oxide
(NO) en water.
Het reactieschema is:
Ammoniak + zuurstof
water + stikstofmono-oxide
We vervangen de woorden door formules en krijgen dan:
NH3 + O2
H2O + NO
Links staat een molecuul dat bestaat uit maar één atoomsoort. We moeten dus eindigen
met het kloppend maken van de zuurstof links van de pijl. We beginnen met stikstof.
Links en rechts klopt stikstof al. We gaan verder met waterstof. Links staan drie
waterstofatomen en rechts twee. Als we rechts ook drie waterstofatomen willen hebben
moeten we het water molecuul met 1½ vermenigvuldigen. Dus:
1½ H2O + NO
NH3 + O2
Coëfficiënten mogen alleen gehele getallen zijn (halve moleculen bestaan niet) dus
moeten we de moleculen links en rechts met waterstof met twee vermenigvuldigen. Dan
krijgen we:
2NH3+ O2
3H2O + NO
Kijken we nog even naar stikstof dan blijkt dat er links nu twee en
rechts maar één stikstofatoom staat. We moeten dus het molecuul
met stikstof rechts van de pijl met twee vermenigvuldigen.
De vergelijking wordt dan:
2NH3 + O2
3H2O + 2NO
Nu, als laatste, moeten we de zuurstofatomen kloppend maken. Als laatste kijken we
naar het zuurstof molecuul links van de pijl want in dat molecuul zitten geen andere
elementen. Rechts staan vijf zuurstof moleculen en links maar twee. We moeten het
zuurstofmolecuul links dus met 2½ vermenigvuldigen:
2NH3 + 2½ O2
3H2O + 2NO
Er mogen geen breuken in de reactievergelijking voorkomen dus moeten we nu alles
met twee vermenigvuldigen:
4NH3 + 5O2
6H2O + 4NO
Controleren we nog eenmaal de hele vergelijking dan zien we dat dit een kloppende
vergelijking is.
-5-
Chemisch rekenen klas 3
Opdracht 1:
Neem de onderstaande reactievergelijkingen over en maak ze kloppend
a.
… H2O + …F2  … HF + … O2
b.
… C2H6O + … O2  … CO2 + …H2O
c.
… HNO3 …O2 + … NO2 +…H2O
d.
… H2O2  … H2O + … O2
e.
… C3H8 + …O2  … CO2 + … H2O
f.
… CO2 + … H2O  C6H12O6 + … O2
Opdracht 2:
Geef de kloppende reactievergelijkingen.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
Het maken van Fe2O3 uit de elementen ijzer en zuurstof
De bereiding van distikstoftrioxide (N2O3) uit de elementen stikstof en zuurstof
De ontleding van fosforpentachloride (PCl5) in fosfor en chloor
Het maken van HgI uit de elementen kwik en jood
De vorming van PbO uit de elementen lood en zuurstof
Waterstofchloride (HCl) en zuurstof reageren tot water en chloor
Fe2O3 en waterstof reageren tot water en ijzer
Ethaan (C2H6) verbrandt volledig
Fosforpentachloride (PCl5) en water reageren tot H3PO4 en waterstofchloride
(HCl)
Na2O en water reageren tot NaOH
Difosforpentaoxide (P2O5) en water reageren tot H3PO4
-6-
Chemisch rekenen klas 3
Paragraaf 2: De mol: een veel gebruikte eenheid in de chemie.
»
Suiker wordt verkocht in pakken van een kilo. Maar je zou ook kunnen vragen om
drie mol suiker. Dat is toevallig evenveel als een kilo.
Voor dat we gaan beginnen met rekenen in de chemie gaan we eerst weer enkele
begrippen herhalen.
De atomaire massa-eenheid
Een pak suiker heeft een massa van 1 kilogram. In een pak suiker zitten onvoorstelbaar
veel suikermoleculen. De massa van een suikermolecuul is dus heel erg klein. Een
suikermolecuul bestaat weer uit atomen. Elk atoom heeft dus een nog kleinere massa.
Het is dus niet handig om de massa van atomen in grammen of kilogrammen uit te
drukken. We gebruiken daarom een andere eenheid voor de massa van atomen. Dat is
de atomaire massa-eenheid. Deze geven we weer met de letter u.
Atoommassa (afkorting: A)
De massa van een atoom,uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u)
(1u ≈ 1,6605402 × 10-27 kg).
Van alle atoomsoorten is vastgesteld hoe groot hun massa is.
De atoommassa’s kun je vinden in een tabel (zie bijlage 1) die je altijd mag gebruiken.
Molecuulmassa (afkorting: M)
De som van alle atoommassa’s in een molecuul. Je moet dan wel de molecuulformules
van de stof kennen.
Opdracht 3
Bereken de molecuulmassa van elk van onderstaande stoffen.
a.
b.
c.
d.
e.
ammoniak (NH3)
zwavelzuur (H2SO4)
koolstofdioxide (CO2)
broom
penicilline (C16H18N2O4S)
-7-
Chemisch rekenen klas 3
De mol
In de scheikunde gebruik je voor een hoeveelheid stof
meestal de eenheid mol.
Je praat over een mol suiker of een mol water. In een mol
suiker zitten evenveel moleculen als in een mol water. Maar
een suikermolecuul is zwaarder dan een watermolecuul.
Daarom is een mol suiker ook zwaarder dan een mol water.
Een mol is een groep van ongeveer 6 honderdduizend miljard
moleculen of om het wiskundig te zeggen: 6,0221367 x 10 23
moleculen.
Het is net als met een voetbalelftal: dat bestaat ook uit
meerdere spelers, maar het is soms handiger om over een
elftal te praten.
Waarom rekenen chemici nu met de mol?
Een mol stof kun je afwegen op een weegschaal, 1 u niet.
De molmassa of mol(aire) massa (afkorting: MM)
De molecuulmassa van 1 mol moleculen uitgedrukt in gram
(eenheid= g/ mol)
Voorbeeld 1
Hoeveel gram weegt 3,0 mol water?
Aanpak:
De molecuulformule van water is H2O.
Water is dus opgebouwd uit 2 H atomen en 1 O- atoom.
De molecuulmassa (M) bedraagt 18,02 u.
De mol(aire) massa (MM) is dan 18,02 gram.
Dit betekent dat:
1 mol H2O weegt 18,02 gram.
3 mol H2O weegt 54,06 gram (54 gram)
Voorbeeld 2
Hoeveel mol is 96 gram O2?
Je weet altijd hoeveel 1 mol van een stof weegt, die is namelijk gelijk aan de
molecuulmassa.
Dus:
Een O2 molecuul heeft een massa van 32 u.
Een mol O2 moleculen weegt dan
32 gram.
Berekening:
1 mol O2 weegt 32 gram
X mol O2 weegt 96 gram  X= (96 • 1)/ 32 = 3 mol O2
-8-
Chemisch rekenen klas 3
Opdracht 4
Bereken de molmassa van:
a.
b.
c.
d.
Keukenzout, NaCl
Ethaan, C2H6
Waterstofperoxide, H2O2
Salpeterzuur, HNO3
Opdracht 5
Hoeveel gram is:
a.
b.
c.
d.
1,2 mol zuurstof
2,7 mol kaliumfluoride (KF)
1,22 mol jood
3 mol ammoniak (NH3)
Opdracht 6
Hoeveel mol is:
a.
b.
c.
d.
460 gram stikstof
0,01 gram suiker (C12H22O11)
8,12 gram distikstofoxide (N2O)
1,2 gram zilver
Opdracht 7
De massa van 0,2 mol citroenzuur is 38,4 gram.
a. Bereken de molmassa van citroenzuur.
b. Hoe groot is de molecuulmassa van citroenzuur?
-9-
Chemisch rekenen klas 3
Paragraaf 3: Rekenen aan reacties
»
»
Zou je kunnen uitrekenen hoeveel kg ijzer kan worden gemaakt uit 1000 kg
ijzererts?
Als je een cake bakt, doe je suiker, boter, eieren en bloem in een bepaalde
verhouding bij elkaar. Zou de cake mislukken als je daarvan afwijkt?
Molverhouding
De coëfficiënten in een reactievergelijking geven de
verhouding weer waarin de deeltjes verdwijnen en
ontstaan. Deze verhouding is gelijk aan de molverhouding
waarin de stoffen verdwijnen en ontstaan.
Kijk maar eens naar de volgende reactievergelijking.
Daarin kun je zien hoe ijzer wordt gemaakt uit ijzererts.
(1) Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2
Uit de reactievergelijking lees je af:
1 mol Fe2O3 reageert met 3 mol CO je krijgt dan 2 mol Fe en 3
mol CO2.
De molverhouding waarin de stoffen met elkaar reageren en ontstaan is:
Fe2O3
CO
Fe
CO
Molverhouding
1
:
3
:
2
:
3
Rekenen met molverhoudingen
Vaak weet je van een stof uit een reactievergelijking hoeveel ervan verdwijnt of
ontstaat. Dan kun je van elke andere stof uit de vergelijking berekenen hoeveel ervan
verdwijnt of ontstaat.
Stappenplan voor deze berekeningen:
1.
2.
3.
4.
Schrijf de kloppende reactievergelijking op.
Reken de gegeven hoeveelheid stof om naar de eenheid mol
Schrijf de molverhouding tussen de gegeven en gevraagde stof op.
Reken met behulp van de molverhouding uit hoeveel mol onbekende stof er
is.
5. Reken de hoeveelheid onbekende stof in mol om naar de gevraagde eenheid.
Bij reacties kan ook een beginstof in overmaat aanwezig zijn.
Dit wil zeggen dat dit het overblijvende deel van de beginstoffen is.
Ideaal is als beide beginstoffen precies op reageren.
- 10 -
Chemisch rekenen klas 3
Een voorbeeld:
Hoeveel kilogram Fe ontstaat uit 1 kg Fe2O3 ?
(1) Stap 1: Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2
(2) Stap 2: 1 mol Fe2O3 weegt 159,7 gram.
X mol Fe2O3 weegt 1000 gram  X = (1000 x 1)/ 159,7= 6,3 mol
(3) Stap 3: Fe2O3 : Fe
1
: 2
(4) Stap 4:
6,3
: 12,6 mol
(5) Stap 5: 1
mol Fe weegt 55,8 gram
12,6 mol Fe weegt X gram  X = (12,6 x 55,8)/ 1= 703 gram
Opdracht 8
a) Geef de reactievergelijking voor de volledige verbranding van suiker (C12H22O11).
b) Bij de volledige verbranding van suiker ontstaat 18,0 g water. Wat was de massa
van de suiker die je hebt verbrand?
Opdracht 9
Men laat koper reageren met zuurstof. Het product is een zwarte stof met de formule
CuO.
a. In welke molverhouding hebben koper en zuurstof met elkaar gereageerd?
Het product laat men nu reageren met aardgas.
De volgende reactie treedt op:
…CuO + …CH4  …Cu + …CO2 + … H2O
b. Maak de reactievergelijking kloppend.
c. Hoeveel gram koper kun je maken uit 500 gram CuO?
Opdracht 10
Salpeterzuur HNO3, is een belangrijke grondstof voor onder andere de productie van
kunstmest en explosieven. Salpeterzuur wordt in drie stappen bereid:
Stap 1: …H2 + …N2  … NH3
Stap 2: …NH3 + …O2  …H2O + …NO
Stap 3: …NO + …H2O + …O2  …HNO3
a. Maak alle drie de reactievergelijkingen kloppend.
b. Bereken hoeveel kg NO nodig is om 750 kg HNO3 te maken.
- 11 -
Chemisch rekenen klas 3
Samenvatting
Er zijn maar een paar dingen die je echt uit je hoofd moet weten. Voor de rest is het:
veel oefenen met opgaven.
Wat moet je weten:





Een mol is een aantal deeltjes (net zoiets als een paar (2), een dozijn (12) en
een gros (144)).
De molecuulmassa van een stof is de massa van één molecuul van die stof in u.
De molmassa van een stof is de massa van één mol van die stof in gram.
Je kunt het aantal mol van een stof uitrekenen met de volgende formule:
De coëfficiënten in een reactievergelijking geven aan in welke verhouding de
deeltjes met elkaar reageren. En dus geven ze de molverhouding aan. In de
volgende reactievergelijking zijn de coëfficiënten respectievelijk 1; 2; 1; 2. Ze
staan vóór de moleculen. Als er niets staat voor een molecuul, dan is de
coëfficiënt 1. De molverhouding is gelijk aan de verhouding van de coëfficiënten:
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O.
De molverhouding is hier dus: CH4 : O2 : CO2 : H2O = 1 : 2 : 1 : 2.
In woorden:
Als 1 mol methaan reageert met 2 mol zuurstof ontstaat er 1 mol koolstofdioxide
en 2 mol water. Links en rechts van de pijl hoeven niet dezelfde aantallen mol te
staan.
- 12 -
Chemisch rekenen klas 3
Bijlage 1.
Soort:
Aluminium
Argon
Barium
Broom
Cadmium
Calcium
Chloor
Chroom
Fluor
Fosfor
Goud
Helium
Ijzer
Jood
Kalium
Kobalt
Koolstof
Koper
Krypton
Kwik
Lithium
Lood
Magnesium
Mangaan
Natrium
Neon
Nikkel
Platina
Silicium
Stikstof
Tin
Waterstof
Wolfraam
Xenon
Zilver
Zink
Zuurstof
Zwavel
Atoomsoorten, symbolen en massa’s.
Symbool
massa
(u
)
Atoomnummer
Al
Ar
Ba
Br
Cd
Ca
Cl
Cr
F
P
Au
He
Fe
I
K
Co
C
Cu
Kr
Hg
Li
Pb
Mg
Mn
Na
Ne
Ni
Pt
Si
N
Sn
H
W
Xe
Ag
Zn
O
S
26,98
39,95
137
79,9
112,4
40,08
35,45
52
19
30,97
197
4,003
55,85
126,9
39,1
58,93
12,01
63,55
83,8
200,6
6,941
207,2
24,31
54,94
22,99
20,18
58,71
195,1
28,09
14,01
118,7
1,008
183,9
131,3
107,9
65,4
16
32,1
13
18
56
35
48
20
17
24
9
15
70
2
26
53
19
27
6
29
36
80
3
82
12
25
11
10
28
78
14
7
50
1
74
54
47
30
8
16
- 13 -