Uitwerkingen van de vragen en opdrachten van

Hfst 1 VWO deel 1
Uitwerkingen van de vragen en opdrachten van hoofdstuk 1
Paragraaf 1.2
Vragen en opdrachten
A2
a
b
A3
De atoomkern bestaat uit protonen en neutronen. Beide deeltjes hebben een massa van 1,0 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.
Een proton heeft een lading van +1e. Een elektron heeft een even grote maar tegengestelde lading: 1e. Een neutron heeft geen lading. Nu is het aantal elektronen in de elektronenwolk gelijk aan het
aantal protonen in de atoomkern. De totale lading van een atoom is dus nul. Het atoom is derhalve
elektrisch neutraal.
Error! = Error! = 1,8 · 103
Een proton is dus 1,8 · 103 keer zo zwaar als een elektron.
A4
a
b
c
d
Zuurstof heeft atoomnummer 8. Dat betekent dat een zuurstofatoom 8 protonen heeft en ook 8
elektronen. Het massagetal bedraagt 16 en dus is het aantal neutronen in de kern: 16 - 8 = 8
neutronen.
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.
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.
Waterstof heeft atoomnummer 1. Dus 1 proton in de kern en 1 elektron in de elektronenwolk. Een
waterstofatoom met massagetal 1 bezit: 1 - 1 = 0 neutronen in de kern.
A5
symbool atoom-
A6
nummer
aantal
protonen elektronen
N
17
17
17
17
14
Li
13
13
13
14
17
Zn
30
30
30
36
66
Cl
17
17
17
20
37
P
15
15
15
16
31
a
b
aantal
massagetal
De lading van een elektron is zeer klein ten opzichte van de SI-eenheid voor lading: namelijk 1
Coulomb. De lading van een elektron, uitgedrukt in Coulomb bedraagt: 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 noemen we de elementaire ladingseenheid (e).
Voor de atomaire massaeenheid geldt eigenlijk hetzelfde. De massa van een atoom is zeer klein ten
opzichte van de SI-eenheid van massa: de kilogram. Wederom heeft men een atomaire massaeenheid (u) ingevoerd teneinde het werken met zeer kleine getallen te vermijden.
A7
a
b
23 - 11 = 12 neutronen
12 - 6 = 6 neutronen
A8
a
22
c
d
10 Ne of Ne-22
A9
aantal
neutronen
30 - 14 = 16 neutronen
17 - 8 = 9 neutronen
b
40
20
Ca of Ca-40
a
M NH3 = 14,01 + (3 · 1,008) = 17,03 u.
b
M H2SO4 = (2 · 1,008) + 32,06 + (4 · 16,00) = 98,08 u.
c
M Br2 = 2 · 79,90 = 158,80 u.
d
M C8H10N4O2 = (8 · 12,01) + (10 · 1,008) + (4 · 14,01) + (2 · 16,00) = 194,20 u.
Hfst 1 VWO deel 1
B10
a
b
c
d
e
Boor heeft atoomnummer 5. In de natuur komen voor: B-10 en B-11 (zie BINAS tabel 25).
Hun massagetal is respectievelijk 10 en 11.
Beide boorisotopen bezitten 5 protonen in de kern en 5 elektronen in de elektronenwolk.
B-10 bevat 10 - 5 = 5 neutronen in de kern, terwijl de B-11 11 - 5 = 6 neutronen in de kern bevat.
Stel we gaan uit van 1000 booratomen. Dan hebben 198 booratomen een massa van 10,012938 u en
802 booratomen hebben een massa van 11,009305 u. De totale massa van deze 1000 booratomen
bedraagt: (198 · 10,012938) + (802 · 11,009305) = 10812,1 u.
De gemiddelde massa van een booratoom wordt dan:
10812
= 10,81 u
1 u; 1000
Deze waarde komt overeen met die in BINAS.
B11
a
M H2O = (2 · 1,008) + 16,00 = 18,02 u.
b
Error! = Error! = 1,111
M D2O = (2 · 2,014102) + 16,00 = 20,03 u.
d
Een molecuul D2O is dus 1,111 maal zo zwaar als een molecuul H2O.
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.
1,00 dm3 zuiver D2O bestaat uit hetzelfde aantal moleculen als 1,00 dm3 zuiver H2O. De dichtheid
e
van zuiver D2O bedraagt derhalve: 1,111 · 0,998 kg dm-3 = 1,11 kg dm-3.
Zuiver D2O wordt zwaar water genoemd omdat het een grotere dichtheid heeft dan zuiver H2O.
c
C12
a
Koper heeft atoomnummer 29. De exacte massa's van de beide koperisotopen bedragen voor de Cu63: 62,92960 u en voor de Cu-65: 64,92779 u.
b
c
De totale massa van die 1000 koperatomen bedraagt: (62,92960 · x) + 64,92779 · (1000 - x)
We vullen in wat we weten:
63,546 =
(62,92960 · x) + 64
92779 · (1000 - x);1000
1000 · 63,546 = (62,92960 · x) + 64,92779 · (1000 - x);
63546 = 62,92960 · x + 64927,79 - 64,92779 · x
d
vereenvoudigd: 1,99819 · x = 1381,79 of: x = 692 (afgerond).
We kunnen concluderen dat 692 van de 1000 atomen een massagetal van 63 hebben (zo was immers
onze x gedefinieerd!). Het percentage Cu-63 in natuurlijk koper bedraagt dan:
Error! · 100 = 69,2 % (en uiteraard 30,8% Cu-65)
e
Het niet afgeronde antwoord (69,152%) komt vrijwel overeen met de waarde in BINAS (69,1%).
Paragraaf 1.3
Vragen en opdrachten
A13
a
b
c
Fluor, chloor, broom, jood en astaat.
Lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium en francium.
Helium, neon, argon, krypton, xenon en radon.
A14
Zowel Cl-35 als Cl-37 staan op dezelfde plaats in het Periodiek Systeem, namelijk in de 3de periode en in de
17de groep.
A15
De elementen die chemisch gezien enigszins op magnesium lijken staan in dezelfde groep als magnesium. Het
zijn: beryllium, calcium, strontium, barium en radium.
Hfst 1 VWO deel 1
B16
Bij de elementen uit groep 14 treedt van boven naar beneden een geleidelijke overgang op van
niet-metaalkarakter naar metaalkarakter. Zo behoren C en Si tot de niet-metalen en Sn en Pb behoren tot de
metalen. Germanium zit daar met zijn eigenschappen een beetje “tussen in”.
C17
De elektronen wolk zit aan de buitenkant van het atoom, terwijl de kern middenin zit. De elektronenwolk is
veel en veel groter dan de kern en bepaald hoe een atoom zich gedraagt.
B18
darmstadtium 110 en roentgenium 111 ( zie tekst bij plaatje)
C19
a
b
c
d
Het element met atoomnummer 116 zou je moeten plaatsen in de 7de periode en in de 16de groep.
Het element met atoomnummer 124 zou terechtkomen in de 8de periode.
Element 124 zou linksonder in het Periodiek Systeem komen te staan, dat wil zeggen midden tussen
de metalen.
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.
Paragraaf 1.4
Experiment 1
Zie de lestekst na het experiment.
Vragen en opdrachten
A20
a
b
Met behulp van het elektrisch geleidingsvermogen kun je bepalen tot welke groep de te onderzoeken
stof behoort. In de vaste fase geleiden slechts de metalen elektrische stroom.
In de vloeibare toestand geleiden behalve de metalen ook de zouten elektrische stroom. De
moleculaire stoffen geleiden in het geheel geen elektrische stroom.
In de formule van een moleculaire stof komen slechts symbolen van niet-metaalatomen voor. In de
formule van een zout komen zowel symbolen van metalen als van niet-metalen voor. De formule van
een metaal bestaat slechts uit het symbool van het betreffende metaal.
A21
formule
groep
geleiding in
vaste fase
geleiding in
vloeibare fase
K
metalen
+
+
Hg
metalen
+
+
KF
zouten
-
+
C12H22O11
moleculaire stoffen
-
-
S8
moleculaire stoffen
-
-
C18H36O2
moleculaire stoffen
-
-
A22
a
b
c
d
fosforpentaoxide
distikstoftetraoxide
zwavelhexafluoride
propaan
B23
a
Een verbinding bestaat uit tenminste twee verschillende atoomsoorten (daardoor kun je een
verbinding ontleden).
Een element bestaat uit slechts één atoomsoort. (Daardoor kun je een element niet ontleden.)
Moleculaire stoffen kunnen ook elementen zijn, bijvoorbeeld: Cl2, N2, P4, S8 etc.
Meestal zijn moleculaire stoffen verbindingen.
Een metaal is altijd een element.
Zouten zijn altijd verbindingen. Hun formule is immers altijd opgebouwd uit een metaal en een nietmetaal, dus (tenminste) twee verschillende atoomsoorten.
b
c
Hfst 1 VWO deel 1
B24
a
Zilveramalgaam geleidt zowel in de vloeibare als in de vaste fase elektrische stroom. In beide fasen
zorgen de vrije elektronen voor het ladingstransport.
b
Kwik in de gasvormige fase geleidt geen elektrische stroom. De atomen bewegen in de gasvormige
fase willekeurig door elkaar heen en bevinden zich op grote afstand van elkaar. Van het
gestructureerd doorgeven van elektrische lading door vrije elektronen is in de gasvormige fase geen
sprake.
Paragraaf 1.5
Experiment 2
Vragen
a
Bij de proeven 1 en 3 bleef de kleur van de stof jood behouden. Er trad dus geen chemische reactie op: de I2moleculen bleven intact.
Bij proef 4 loste PVC niet op in hexaan. De PVC-moleculen bleven intact.
b
Bij de proeven 2 en 5 traden chemische reacties op. Hier werden atoombindingen in de reagerende moleculen
verbroken.
Vragen en opdrachten
H
A25
a
H
N
b
H
O
H
Cl
d
Cl
C
e
Cl
H
Cl
A26
O
H
C
O
Cl
H
H
H
H
O
H
N
C
C
O
H
C
C
H
H
C
f
H
H
H
H
H
C
H
c
O
H
N
H
S
O
Cl
H
H
C
N
H
O
H
A27
H
H
O
C
C
O
H
H
O
H
H
C
C
O
H
H
Paragraaf 1.6
A28
a
b
c
C heeft een covalentie van 4 en S heeft een covalentie van 2, dus: S
C
S
Kamertemperatuur is 20 ºC = 293 K. Deze temperatuur ligt precies tussen het smeltpunt en het
kookpunt in, zodat je kunt stellen dat de stof reeds is gesmolten maar nog niet is verdampt.
Conclusie: de stof is bij 293 K vloeibaar.
Bij het kookpunt worden de vanderwaalsbindingen verbroken. Bij het ontledingspunt worden de
atoombindingen verbroken. De atoombindingen zijn veel sterker dan de vanderwaalsbindingen, dus
zal de ontledingstemperatuur ook veel hoger zijn dan het kookpunt.
Hfst 1 VWO deel 1
A29
a
b
In de formule van aceton komen uitsluitend symbolen van niet-metalen voor.
H
H
O
H
C
C
C
H
A30
H
c
Uitsluitend de vanderwaalsbindingen tussen de acetonmoleculen moeten bij het oplossen worden
verbroken.
a
b
In de formule SOCl2 komen alleen symbolen voor van niet-metaalatomen.
Als er 1 atoom zuurstof (met een covalentie van 2) en 2 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
c
d
e
B31
H
S
Cl
De vanderwaalsbindingen tussen de SOCl2 moleculen.
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!
SOCl2 + H2O  SO2 + 2HCl
a en b
stof
smeltpunt (K)
F2
Cl2
Br2
I2
53
172
266
387
kookpunt (K)
molecuulmassa (u)
85
239
331
456
38,00
70,90
158,80
253,8
c en d
[diagram zie boek]
e
Hoe groter de molecuulmassa van een stof, des te sterker is ook de vanderwaalsbinding. Bij sterkere
vanderwaalsbindingen zullen het smeltpunt en het koopunt ook hoger liggen. Gaande van F2 naar I2
neemt de molecuulmassa toe. Ook de smelt- en kookpunten komen dan steeds hoger te liggen.
f
Wanneer een stof een kookpunt heeft dat lager is dan kamertemperatuur, is die stof bij
kamertemperatuur een gasvormige stof. Bij fluor en chloor is dat het geval.
Wanneer een stof een smeltpunt heeft dat lager is dan kamertemperatuur en tegelijkertijd een
kookpunt dat hoger ligt dan kamertemperatuur, is die stof bij kamertemperatuur een vloeistof. Bij
broom is dat het geval.
De stof jood heeft een smeltpunt dat ligt boven kamertemperatuur en daarmee is de stof jood bij
kamertemepartuur een vaste stof.
Paragraaf 1.7
H
Vragen en opdrachten
A32
A33
In de vloeibare fase kunnen de watermoleculen vrij
bewegen. Er worden daar H-bruggen verbroken en
steeds weer nieuwe H-bruggen gevormd. Bij ijs
zitten de watermoleculen op een vaste plaats in het
molecuulrooster en worden de H-bruggen niet meer
verbroken.
H
H
H
C O
H
H
O
H
O
H
C
H
C
H
H
H
De ruimte tussen de moleculen water in ijs is veel groter dan de ruimte tussen de moleculen in vloeibaar
water. Het aantal moleculen per volume-eenheid is in ijs derhalve lager dan in water. IJs heeft dientengevolge
een lagere dichtheid dan water. (Dichtheid is immers massa per volume.)
Hfst 1 VWO deel 1
A34
a
b
In de stoffen 1, 4 en 5.
1
H
H
H
H
C O
H
O
H
O
H
H
H
H
H
C
C
H
4
H
H
H
C
H
N
H
H
H
H
N
H
C
H
H
H
H
H
C
H
N
H
C
H
H
N
H
H
C
H
N
H
C
H
H
H
C
H
N
H
C
H
H
H
H
H
N
H
H
H
H
H
H
O
H
C
H
H
B35
H
H
H
5
N
H
H
N
O
H
O
H
H
H
H
H
O
C35
H
O
C
C
O
H
H
O
Paragraaf 1.8
Vragen en opdrachten
A37
a
b
c
Het zijn metalen dus vormen ze positieve ionen.
Het zijn niet-metalen dus vormen ze negatieve ionen.
IJzer en koper zijn metalen en vormen dus positieve ionen. Zwavel is een niet-metaal en vormt dus
negatieve ionen.
Hfst 1 VWO deel 1
A38
ionsoort
(naam)
notatie
atoomnr
atoom
aantal
elektronen
in het ion
a
kaliumion
K+
19
19 - 1 = 18
b
sulfide-ion
S2-
16
16 + 2 = 18
c
chroomion
Cr3+
24
24 - 3 = 21
d
jodide-ion
I-
53
53 + 1 = 54
A39
Je kunt alleen structuurformules tekenen van moleculaire stoffen. In een molecuul delen de atomen één of
meerdere elektronenparen met elkaar. Bij waterstofbromide is dat het geval. Bij magnesiumbromide echter is
geen sprake van een gemeenschappelijk elektronenpaar. Het magnesiumatoom heeft hier twee elektronen
volledig afgestaan aan twee broomatomen. Bij zouten is nimmer sprake van een gemeenschappelijk elektronenpaar, waardoor je van zouten ook nooit een structuurformule kunt tekenen.
B40
De ionbinding is veel sterker dan intermoleculaire bindingen zoals de H-brug of de vanderwaalsbinding.
In een vast zout hebben de ionen geen enkele 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.
B41
a
b
B42
a
b
c
C43
a
SnBr4 is een zout. Hierin is sprake van een ionbinding. Het Sn-atoom heeft hier vier elektronen
afgestaan een vier broomatomen. Zo is een vierwaardig positief tinion ontstaan en vier éénwaardig
negatieve bromide-ionen.
CBr4 is een moleculaire stof. In de moleculen is sprake van een atoombinding, tot stand gekomen
door gemeenschappelijk gebruik van elektronen. Tussen de moleculen CBr4 heerst de vanderwaalsbinding.
SnBr4 heeft naar alle waarschijnlijkheid het hoogste kookpunt want hier is sprak van een ionbinding
en deze is veel sterker dan de vanderwaalsbinding
De magnesiumionen onderling stoten elkaar af, de oxide-ionen onderling eveneens. De
magnesiumionen en de oxide-ionen trekken elkaar aan.
Elektrostatische aantrekkingskrachten zijn onder andere afhankelijk van de grootte van de ladingen.
De aantrekkingskracht tussen de magnesium- en de oxide-ionen is dan ook beduidend groter dan de
aantrekkingskracht tussen natrium- en chloride-ionen.
Smeltpunt NaCl: 1081 K, smeltpunt MgO: 3200 K.
De ionbinding in MgO is veel sterker dan die in NaCl, met als gevolg een groot verschil in
smeltpunt.
Op de acht hoekpunten van de kubus vind je een achtste Na+ ion. Dat is dus: 8 · 1/8 = 1 Na+ ion.
In het midden van de zes zijvlakken vind je steeds een half Na+-ion. Dat zijn dus: 6 · 1/2 = 3 Na+ionen.
Daarmee hebben we alle Na+-ionen gehad. In de kubus bevinden zich dus 4 Na+-ionen.
In het midden van de twaalf ribben van de kubus tref je steeds een kwart Cl- ion aan. Dat zijn dus
b
c
12 · 1/4 = 3 Cl--ionen.
In het centrum van de kubus bevindt zich nog een heel Cl-ion.
In totaal zijn dat dus 4 Cl--ionen.
Verhoudingsformule is dus: (Na+)4(Cl-)4 = Na4Cl4 = NaCl.
Op analoge wijze:
De eenheidscel van calciumfluoride bevat: (8 · 1/8) + (6 · 1/2) = 4 Ca2+-ionen en (8 · 1) = 8 F-ionen.
De verhoudingsformule voor calciumfluoride wordt dus: (Ca2+)4(F-)8 = Ca4F8 = CaF2.
De eenheidscel van titaanoxide bevat: (8 · 1/8) + (1 · 1) = 2 Ti4+-ionen en (4 · 1/2) + (2 · 1) = 4
O2--ionen.
De verhoudingsformule voor titaanoxide wordt dus: (Ti4+)2(O2-)4 = Ti2O4 = TiO2.
Hfst 1 VWO deel 1
Paragraaf 1.9
Vragen en opdrachten
B44
Het is lood om oud ijzer
De morgenstond heeft goud in de mond
Spreken is zilver, zwijgen is goud
Lood in de schoenen hebben
A45
a
b
c
A46
a
b
In beide is sprake van regelmatig gerangschikte positieve ionen.
In een metaalrooster bevinden zich vrije elektronen, in een ionrooster bevinden zich regelmatig
gerangschikte negatieve ionen.
Een metaal kun je vervormen, een zout niet. Een zout is bros, breekbaar.
Een metaal geleidt elektrische stroom in zowel de vaste als de vloeibare fase, een zout geleidt
elektrische stroom uitsluitend in de vloeibare fase.
Voor stroom geleiding moeten de geladen deeltjes ook kunnen bewegen. Dat kunnen de elektronen
in het metaal wel maar de ionen in de vaste fase kunnen dat niet.
Bij metaal zijn het de elektronen die de geleiding verzorgen en geen ionen.
B47
Tinatomen zijn groter dan koperatomen. Hierdoor fungeren de tinatomen als obstakels bij het over elkaar
glijden van lagen koperatomen. Dit maakt de legering tot een minder vervormbare stof dan zuiver koper of
zuiver tin.
B48
Bij verhitting gaan de vrije elektronen sneller bewegen. Deze toename in kinetische energie wordt
overgedragen op naburige elektronen, waardoor ook elders in het metaal de temperatuur toeneemt.