Chemie Overal 5e ed/FLEX - Hoofdstuk 3 - Moleculaire stoffen oefentoetsen & antwoorden

P₂O₅ is een moleculaire stof dus geef je het aantal atomen aan met voorvoegsels. Er zijn twee fosforatomen dus : difosfor.Er zijn vijf zuurstofatomen en tweede element/atoomsoort eindigt altijd op -ide; dus : pentaoxide.Totale naam van P₂O₅ wordt dan difosforpentaoxide.CO₂ is : monokoolstofdioxide (volgens de juiste naamgeving).Er is één koolstofatoom dus : monokoolstofAls de eerste atoomsoort maar 1x voorkomt, mag mono weggelaten worden.Er zijn twee zuurstofatomen, dus : dioxide Totale naam van CO₂ wordt dan : koolstofdioxideToelichting:CO₂ wordt ook wel koolzuur en kooldioxide genoemd.N₂O is distikstofmono-oxide   (distikstofoxide is fout).Er zijn twee stikstofatomen dus : distikstof.Er is één zuurstofatoom dus : mono-oxide.Er bestaan meerdere oxides van stikstof.Mono mag niet weggelaten worden (bij tweede atoomsoort).Veel moleculaire stoffen hebben een ‘skelet’ van koolstofatomen, waaraan bijvoorbeeld waterstof, zuurstof en/of halogenen) zijn gebonden.CCl₄ heeft één C-atoom.Dit is afgeleid van CH₄ = methaan (zie binas 66D).Hierbij zijn de 4 H-atomen vervangen door 4 Chlooratomen.Dus : tetrachloormethaan. Tin is een metaal. Het kan zowel in vaste als in vloeibare fase stroom geleiden.Siliciumtetrachloride is een moleculaire stof.Si is géén metaalatoom, maar behoort tot de metalloïden.Zie H2.1 Het periodiek systeem, blz 38 onderaan.Cl is niet-metaalatoom.In geen enkele fase kan deze stof stroom geleiden.Aluminiumfluoride is een zout.Al is een metaalatoom.F is een niet-metaal.In vaste toestand is er geen stroomgeleiding, in gesmolten toestand wel.Toelichting:Let op(!) het verschil in naamgeving bij een zout en een moleculaire stof:Bij AlF₃ = zout : geen numeriek voorvoegsel, niet tri(fluoride).De lading bepaald het aantal ionen (elektrisch neutraal), Zie H4.1.Bij SiCl₄ = moleculaire stof : wel gebruik van numerieke voorvoegsels.mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa  (BINAS 66C). Kalium is een metaal. Je tekening moet laten zien dat de metaalatomen regelmatig op elkaar zijn gestapeld. Deze kristalstructuur heet een metaalrooster (bovenste plaatje).In je tekening hebben de metaalatomen een positieve lading.Daartussen bewegen de elektronen met negatieve lading vrij door het rooster (zie onderste plaatje).Toelichting:De elektronen in de buitenste schil van een metaalatoom zijn de vrije elektronen. Deze vrije elektronen kunnen overstappen en vrij bewegen tussen de verschillende metaalatomen.De positieve kernen van het metaal kunnen niet bewegen.De wolk van negatieve elektronen en positieve atoomresten trekken elkaar aan. Zo worden de metaaldeeltjes bij elkaar gehouden.Deze binding heet de metaalbinding.Kaliumchloride (KCl) is een zout.Zouten zijn opgebouwd uit positieve (K⁺) en negatieve (Cl⁻) ionen. Je tekening moet laten zien dat de ionen regelmatig zijn gerangschikt (positief en negatief wisselen elkaar af).Deze kristalstructuur heet het ionrooster (bovenste plaatje 3D, rechts 2D).Toelichting:Het zout als geheel is ongeladen (elektrisch neutraal).Evenveel positieve als negatieve lading (in dit geval evenveel +/- ionen) -> verhoudingsformule (H4.1).De positieve en negatieve ionen trekken elkaar (sterk) aan.Deze binding heet de ionbinding. Kalium: metaalbinding: Aantrekking tussen de positieve metaaldeeltjes en de negatieve vrije elektronen. Dit is een sterke binding: dus de meeste metalen hebben hoog smeltpunt.Kaliumchloride: ionbinding: Aantrekking tussen de positieve-ionen en de negatieve-ionen. Sterke binding: ook zouten hebben een hoog smeltpunt. (Zouten zijn vast bij kamertemperatuur.) Natriumazide, NaN₃(s) ontleedt in de niet-ontleedbare stoffen.Bij de ontleding ontstaan natrium en stikstof.In woorden: natriumazide → natrium + stikstofIn formules: NaN₃(s) → Na(s) + N₂(g)Kloppend maken: 2 NaN₃(s) → 2 Na(s) + 3 N₂(g)Toelichting:Er zijn 7 elementen die uit twee-atomige moleculen bestaan: Broom, Jood, Stikstof, Chloor, Waterstof, Zuurstof en Fluor.Br₂(l), I₂(s), N₂(g), Cl₂(g), H₂(g), O₂(g), F₂(g).Ezelsbruggetje : Br-I-N-Cl-H-O-F Het volume van het luchtkussen wordt bepaald door de hoeveelheid stikstofgas.Gegeven:  60,0 gram natriumazide.Gevraagd: bereken het volume (in liter) stikstof. Hierbij gebruik je 3 (reken)stappen:Bereken het aantal mol natriumazide (via molaire massa van natriumazide).Bereken mbv de molverhouding (uit de reactievergelijking) het aantal mol stikstofgas.Bereken het volume stikstofgas mbv het molair volume.zet in juiste eenheid en significantie.Stap 1: Aantal mol natriumazide via de molaire massa.Molaire massa M(NaN₃) = massa Na + 3x massa N (Binas tabel 99).M(NaN₃) is 22,99 + 3x 14,01 = 65,02 g/molhoeveelheid (mol)1,00xmassa (gram)65,0260,0x = 60,0 gram / 65,02 gram = 0,9228 mol60,0 gram NaN₃ komt overeen met 0,9228 mol NaN₃Stap 2: Aantal mol stikstofgas.Met behulp van de molverhouding uit de reactievergelijking.Molverhouding NaN₃ : N₂  =  2 (mol) : 3 (mol)Mol (NaN₃)20,9228Mol (N₂)3xx = 0,9288 x 3 : 2 = 1,384 mol Er ontleed : 0,9228 mol NaN₃Er ontstaat : 1,384 mol N₂(g)Stap 3 : Bereken het volume stikstofgas.Dit kan rechtstreeks met het molair volume.Gebruik Binas tabel 7A  : Vₘ = 2,45.10⁻² m³mol⁻¹   (p=p₀, T=298 K)Volume = aantal mol x Vₘhoeveelheid (mol)1,001,384volume (m³)2,45.10⁻²xx =  1,384 x 2,45.10⁻² m³  = 3,391.10⁻² m³Volume =  3,391.10⁻² m³Omrekenen  naar juiste eenheid : 1m³  = 1000 dm³  = 1000 liter3,391.10⁻² m³ = 3,391.10⁻² x 1000 = 33,9 liter N₂Antwoord in drie significante cijfers.Conclusie: Bij de ontleding van 60,0 gram NaN₃(s), ontstaat 1,38 mol N₂(g). Dit heeft een volume van 33,9 liter (Bij p=p₀ en T=298 K). De beginstoffen zijn stikstof en waterstof, het product is ammoniak.In woorden: stikstof + waterstof → ammoniakIn formules:  N₂(g) + H₂(g) → NH₃(g)zie opmerking/toelichting bij opg 4a.Kloppend maken : N₂(g) + 3 H₂(g) → 2 NH₃(g)In een structuurformule geef je de atoombindingen aan met een streepje.Het stikstof-atoom heeft covalentie 3 (kan 3 bindingen maken).Het waterstof-atoom heeft covalentie 1 (zit altijd aan de buitenkant).De structuur(formule) :                          of        In Binas tabel 40A staat van alle atoomsoorten de elektronegativiteit vermeld.De elektronegativiteit van een Stikstofatoom (N) is :  3,0De elektronegativiteit van een Waterstofatoom (H) is :  2,1Het verschil (∆EN) is 3,0 - 2,1 = 0,9Er is dus sprake van een polaire atoombinding.Toelichting:Als het verschil kleiner of gelijk is aan 0,4 dan noem je de atoombinding : apolair.Als het verschil tussen de 0,4 en 1,7 zit, is de atoombinding : polairBij een verschil boven de 1,7 spreek je niet meer van een atoombinding, maar van een ionbinding.Bepaal eerst welke fase ammoniak heeft bij -35 ⁰C.Reken Celsius naar Kelvin om: -35 ⁰C is 273,15 - 35 = 238,15 K. Dit ligt boven het smeltpunt en onder het kookpunt.Ammoniak is bij deze temperatuur dus een vloeistof.Binding (1) in het molecuul:In het NH₃ molecuul zit tussen de N-H atomen de atoombinding. Dit is een polaire atoombinding (zie antw c).Toelichting: Het N-atoom zit niet in het midden/centrum van de 3 H-atomen, maar aan de bovenkant van het molecuul. Hierdoor heeft het een “N”-kant en een “H”-kant.Bindingen tussen de moleculen:Tussen de moleculen NH₃ is de (2) vanderwaalsbinding/molecuulbinding.Er is een (3) dipool-dipool interactie (zie antw b). (NH₃ is een dipoolmolecuul, en de “N-kant” van NH₃ is negatief  (𝛅-) en de “H-kant” is positief (𝛅+). Door deze ladingsverdeling in het molecuul trekken de positieve en de negatieve kanten van de verschillende NH₃-moleculen elkaar aan.)Tenslotte is er de (4) H-brug (stoffen met -OH en -NH bindingen kunnen H-bruggen vormen).Bij 0 ⁰C (273 K) is ammoniak gasvormig.273 K ligt boven het kookpunt van 240 K.In gasvormig ammoniak is alléén de (polaire) atoombinding nog aanwezig.Toelichting:Bij gassen/dampen bewegen de moleculen zo ver van elkaar, dat er geen bindingen meer tussen de moleculen aanwezig zijn.Tijdens het verdampen wordt de vanderWaalsbinding, dipool-dipool interactie en H-brug verbroken.De atoombinding wordt alleen verbroken bij ontleding, niet bij verdamping.Vier moleculen water (H₂O) en één ammoniakmolecuul (NH₃). Je geeft de H-bruggen met een stippellijn weer. Het O-atoom en N-atoom hebben een kleine negatieve lading (𝛅-). Het H-atoom heeft een kleine positieve lading (𝛅+)Bij een H-brug is het H-atoom van een -OH/-NH groep gebonden aan het O/N-atoom van de -OH of NH groep/binding van een naburig molecuul. Toelichting: Er zijn 4 mogelijkheden voor H-brug:~O-H-----N~~N-H-----O~~N-H-----N~ (alleen in vloeibaar NH3)~O-H-----O~ (alleen tussen twee watermoleculen)De verhouding tussen het aantal moleculen water en het aantal moleculen ammoniak is gelijk aan de molverhouding.Gegeven : 25,0 massa% ammoniak (= mengsel van ammoniak en water).Gevraagd :  mol(ecuul) verhouding tussen water en ammoniak. Hierbij gebruik je 3 (reken)stappen:Bereken hoeveel gram ammoniak en hoeveel gram water er in het mengsel aanwezig is (neem bv. 100 gram).Bereken hoeveel mol ammoniak en hoeveel mol water dit is.Bereken de verhouding en vereenvoudig.Stap 1 :  Gram ammoniak en gram water in (bv. 100 gram) mengsel.Formule:  massa% = massa deel / massa geheel x 100%25,0 massa% = 25,0 gram ammoniak per 100 gram mengsel.Er zit dan 100-25 = 75,0 gram water in het mengsel. Stap 2 : Aantal mol ammoniak en aantal mol water (in 100 gram mengsel).Molaire massa’s : gebruik BINAS tabel 98.M(NH₃) = 17,031 gram/mol en M(H₂O) = 18,015 gram/molMassa NH₃ = 25, 0 gram en massa H₂O = 75,0 gram.hoeveelheid NH₃ (mol)1,00xgram NH₃17,03125,0x = 25,0 gram / 17,031 gram = 1,468 mol NH₃hoeveelheid H₂O (mol)1,00xgram H₂O18,01575,0x = 75,0 gram / 18,015 gram = 4,163 mol H₂ODus:  25, 0 gram ammoniak is  1,468 mol NH₃En: 75,0  gram water is 4,163 mol H₂OTip: Vind je dit lastig? Het is deels voorkennis en in paragraaf 2.4 van het boek wordt het extra uitgelegd.Stap 3 : De mol verhouding is (ook) de verhouding van de moleculen.Om van mol naar moleculen te gaan moet je vermenigvuldigen met Nₐ (Avogadro) = 6,022.10²³1,468 mol NH₃  ≙ 1,468 mol x 6,02.10²³ moleculen4,163 mol H₂O ≙ 4,163 mol x 6,02.10²³ moleculenBeide vermenigvuldigen met hetzelfde getal / valt meteen weer weg.De verhouding vereenvoudingen door te delen door het kleinste getalmol/moleculen  NH31,468 mol1 molmol/moleculen  H2O4,163 mol2,84 molBeide delen door 1,468Verhouding water : ammoniak =    2,84 : 1Per ammoniakmolecuul zijn er dus ongeveer drie moleculen water.Toelichting: Het is geen toeval dat 25% gewicht ook 25% in aantal is (1: 3  =  25 : 75), want water en ammoniak zijn ongeveer even zwaar! Gebruik Binas tabel 12 : dichtheid van CO₂ = 1,986 kg.m⁻³Dichtheid = massa / volume.Het volume van één mol gas, het molair volume (Vₘ), is voor alle gassen hetzelfde (bij gelijke temperatuur en druk). Dus 1 mol CO₂ heeft hetzelfde volume als 1 mol SF₆. Daarom kunnen we de berekening maken zonder dat we het volume erin gebruiken.De massa van 1 mol CO₂ is 44,01 gram (molaire massa) en de massa van 1 mol SF₆ is  146,06 gram (molaire massa).De verhouding ertussen is: Massa  SF₆ / massa CO₂ = 146,06 / 44,01 = 3,32, dus SF₆ is 3,32x zo zwaar als CO₂; dus de dichtheid is ook 3,32x zo hoog (omdat beide volumes dus gelijk zijn).Dichtheid SF₆ is dan 3,32 x 1,986 = 6,59 kg.m⁻³Juiste eenheid en significantie  : 6590 gram / 1000 dm³   =  6,59 g.dm⁻³  (3 cijfers)Toelichting: Als we de dichtheid van twee gassen vergelijken (bij dezelfde temperatuur en druk) is dat evenredig met de massa van de gassen, omdat het volume van 1 mol van elk soort gas aan elkaar gelijk is.De gasmoleculen zitten zo ver van elkaar dat de grootte/volume van het molecuul geen invloed meer heeft op het totale volume/ruimte die de moleculen innemen.Dit geldt altijd bij gassen (en alléén bij gassen!)  Bij vloeistoffen en vaste stoffen zitten de deeltjes zo dicht bij elkaar dat de ruimte die de atomen/moleculen innemen niet te verwaarlozen is. Ook zijn er (aantrekkings)krachten (vanderWaals, dipool, H-brug) in vloeistoffen en vaste stoffen die niet in gassen aanwezig zijn. (die de dichtheid beïnvloeden). Berekening via molair volume kan ook :Vm  (bij 273K en p=pₒ)  =  2,241.10⁻² m³/mol  = 22,41 dm³/molMassa van  1 mol SF₆ is 146,06 gram (molaire massa)Volume van 1 mol SF₆ is  22,41 dm³Dichtheid = massa / volume Dichtheid = 146,06 / 22,41  ->   6,52 g.dm⁻³6,52 is ongeveer gelijk aan 6,59 (afronding, en Vₘ is van ideaal gas)Gebruik hierbij Binas tabel 11Dichtheid van water = 0,9982 .10³ kg.m⁻³Dichtheid van benzeen = 0,88 . 10³ kg.m⁻³Water heeft een hogere dichtheid (=zwaarder) en is de onderste laag.Benzeen is lichter en drijft op het water.Als een stof (SF₆) zich verdeelt over twee vloeistoflagen veranderen de concentraties van een stof op een bepaald tijdstip niet meer. Je noemt deze situatie evenwicht. Er gaan nog wel (SF₆)moleculen van de ene laag naar de andere, maar per tijdseenheid gaat evenveel (SF₆)stof van de waterlaag naar de benzeen laag als omgekeerd. Een dergelijk evenwicht is een dynamisch evenwicht.De 0,800 gram SF₆ verdeelt zich over water en benzeen, oftewel: SF₆(aq) + SF₆(benzeen) = 0,800 (gram).Het volume van beide oplossingen is gelijk (100ml)  dus concentratie is evenredig met de hoeveelheid.Dat geeft: [SF₆(aq)] / [SF₆(benzeen)] = 0,06We hebben twee vergelijkingen met twee onbekenden. Stel SF₆(aq) = x   en  SF₆(benzeen) = y. Invullen -> x + y = 0,800, x naar de andere kant geeft →  y = 0,800-xInvullen in de tweede vergelijking →  x / (0,800-x) = 0,06x = 0,06 (0,800-x)   → x = 0,048 - 0,06x1,06 x = 0,048    →  x = 0,048/1,06  = 0,0453y = 0,800 - 0,0453 = 0,755Dus bij evenwicht: 0,045 gram SF₆ in waterlaag en 0,755 gram SF₆ in benzeenlaag.