Chemie Overal 5e ed/FLEX - Hoofdstuk 4 - Moleculaire stoffen oefentoetsen & antwoorden

De aantrekkingskracht tussen moleculen in de vaste fase en de vloeibare fase is de vanderwaalskracht.Waterstofatomen kunnen waterstofbruggen vormen wanneer ze onderdeel zijn van een OH-groep of NH-groep. Ze vormen een waterstofbrug met een O uit een OH-groep of een N uit een NH-groep.Dit komt doordat in een OH-groep of een NH-groep de deeltjes een beetje geladen zijn. De H atomen zijn een beetje positief geladen en de N en O atomen een beetje negatief. De positieve H atomen trekken de negatieve N of O atomen aan.Een atoombinding waarbij de lading verschoven is, heet een polaire atoombinding.Een nevel is een mengsel van kleine druppeltjes vloeistof die in een gas zweven.Ppm staat voor parts-per-million. Hiermee is te berekenen hoeveel milligram stof er per kilogram mengsel aanwezig is. Met de covalente bindingen gebeurt er niks, deze blijven onveranderd. De moleculen blijven namelijk intact.De vanderwaalsbindingen verbreken en er worden nieuwe vanderwaalsbindingen gevormd.Bij een chemische reactie worden uit beginstoffen nieuwe stoffen gevormd. Hierbij worden de covalente bindingen binnen de moleculen verbroken en worden nieuwe covalente bindingen gevormd.Ook de vanderwaalsbindingen tussen de moleculen worden hierbij verbroken en opnieuw gevormd.Het kookpunt van stoffen is afhankelijk van de sterkte van de vanderwaalsbindingen en deze is weer afhankelijk van de molecuulmassa van de moleculen in de stof. Hoe zwaarder de moleculen, hoe sterker de vanderwaalsbindingen en hoe hoger het kookpunt. Waterstofbruggen zijn sterker dan vanderwaalsbindingen. Een stof die waterstofbruggen kan vormen, heeft dus een hoger kookpunt dan je zou verwachten aan de hand van de molecuulmassa van de moleculen.Bereken met behulp van tabel 99 in BINAS de molaire massa’s van de drie stoffen:Hexaan (C6H14) heeft een molaire massa van 86,18 g mol-1.Propanol (C3H7OH) heeft een molaire massa van 60,06 g mol-1.Chloor (Cl2) heeft een molaire massa van 70,91 g mol-1.Propanol (C3H7OH) heeft de lichtste moleculen, maar kan waterstofbruggen vormen. Deze stof heeft dus het hoogste kookpunt.Hexaan (C6H14) kan geen waterstofbruggen vormen, maar heeft de zwaarste moleculen. Deze zal dus het middelste kookpunt hebben.Chloor (Cl2) kan geen waterstofbruggen vormen en heeft lichtere moleculen dan hexaan. Deze zal dus het laagste kookpunt hebben.Een stof die goed oplosbaar is in water, moet waterstofbruggen kunnen vormen. Ethanol en pentanol kunnen beide waterstofbruggen vormen. Pentanol heeft naast de OH-groep ook een lange staart die geen waterstofbruggen kan vormen. Deze staart kan niet goed mengen met water en zit dus in de weg als je de stof in water probeert op te lossen. Ethanol heeft een veel kleiner staartje, waardoor deze minder in de weg zit en wel goed kan mengen met water.Soms komen stoffen in een mengsel in hele kleine hoeveelheden voor. Het werkt dan makkelijker om met ppm of ppb te rekenen dan met percentage. In 1 gram bloed zat 5,0 x 10-11 g clenbuterolmassa-ppb = (massa deel / massa geheel) x 109 ppbHet clenbuterolgehalte in bloed is: (5,0 x 10-11 g x 109 ppb = 0,05 massa-ppb20 ng= 20 x 10-9 g (Binas 2) = 2,0 x 10-8 gmassa-ppb = (massa deel / massa geheel) x 109 ppbHet toegestane clenbuterolgehalte in bloed is:(2,0 x 10-8 g x 109 ppb = 20,0 massa-ppb0,05 massa-ppb (antwoord 3a) is lager dan 20,0 massa-ppbDe concentratie in zijn bloed was dus lager dan de grens, op basis hiervan had hij niet geschorst mogen worden.De maximale toegestane hoeveelheid clenbuterol is 20 ng per gram bloed= 20 x 10-9 g per gram bloed (Binas 2) = 20 x 10-6 g per kg bloed= 20 x 10-6 g per liter bloed (aanname in vraag).Deel de massa (per liter) door de molaire massa van clenbuterol: 20 x 10-6 g / 277,19 g mol-1 = 7,2 x 10-8 mol Of gebruik een verhoudingstabel:aantal mol clenbuterol1,00 molxmassa clenbuterol277,19 g20 x 10-6 g  aantal mol clenbuterol = 20 x 10-6 g x 1,00 mol / 277,19 g = 7,2 x 10-8 molHet maximaal toegestane aantal mol clenbuterol per liter bloed is dus7,2 x 10-8 mol L-1.Bij deze vraag gebruik je deels basiskennis. Vind je het lastig om tussen gram en mol om te rekenen, dan kun je in §3.4 de uitleg nog eens bekijken.Het aantal mol clenbuterol dat deze persoon in zijn lichaam mag hebben: 7,2 x 10-8 mol L-1 x 5,6 L = 4,0 10-7 molaantal mol clenbuterol1,00 mol4,0 10-7 molmassa clenbuterol277,19 gx 4,0 10-7 mol x 277,19 g/mol (molaire massa clenbuterol) = 1,1 10-4 g = 1,1 10-1 mg (= 0,11 mg)Bij deze vraag gebruik je deels basiskennis. Vind je het lastig om tussen gram en mol om te rekenen, dan kun je in §3.4 de uitleg nog eens bekijken. De beginstoffen zijn stikstof en waterstof, het product is ammoniak.In woorden: stikstof + waterstof → ammoniakIn formules:  N₂(g) + H₂(g) → NH₃(g)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         Het smeltpunt is 195 K = -78 oC en het kookpunt is 240 K = -33 oC.-33 oC ligt boven het smeltpunt en onder het kookpunt, ammoniak is bij deze temperatuur dus een vloeistof.In het NH₃ molecuul zit tussen de N-H atomen, de atoombinding.dit is een (polaire atoombinding).Tussen de moleculen NH₃ is de vanderwaalsbinding/molecuulbinding aanwezig.Tussen de moleculen NH3 zijn er H-brug aanwezig (stoffen met -OH en -NH bindingen kunnen H-bruggen vormen).Het smeltpunt is 195 K = -78 oC en het kookpunt is 240 K = -33 oC.0 ⁰C ligt boven het kookpunt, ammoniak is bij deze temperatuur dus gasvormig.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 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:~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 de mol verhouding tussen deze twee.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.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/mol ammoniakhoeveelheid stof (mol)1,00xmassa (g)17,03125,0 waterhoeveelheid stof (mol)1,00xmassa (g)18,01575,0Er is dus : 25,0  gram / 17,031 = 1,468 mol ammoniakEn: 75,0  gram / 18,015 = 4,163 mol waterStap 3 : de molverhouding is (ook) de verhouding van de moleculen.Om van mol naar moleculen te gaan moet je vermenigvuldigen met Nₐ (Avogadro) = 6,022.10²³Beide kanten vermenigvuldigen met hetzelfde getal is niet nodig Valt  meteen weer wegMol verhouding in het mengsel, water : ammoniak = 4,163 : 1,468Delen door 1,468Verhouding water : ammoniak =    2,84 : 1Per ammoniakmolecuul zijn er dus ongeveer drie moleculen water.‘Toevallig’ is dat ook 25%, (niet helemaal toevallig), Want water en ammoniak zijn ongeveer even zwaar! De oplosbaarheid van  NH4HCO3 bij 20oC is 21,7 g / 100 ml. Voor 100 ml water heb je dus 21,7 g  NH4HCO3 nodig om een verzadigde oplossing te maken.1 liter = 1000 ml = 10 x 100 ml. Voor 1 liter water heb je dus 21,7 x 10 = 217 g  NH4HCO3 nodig om een verzadigde oplossing te maken.Bij 80oC bevat een verzadigde oplossing NH4HCO3 109 g / 100 ml water. In de 200 ml water van 80oC doet Laila dus 109 x 2 = 218 g NH4HCO3.Bij 40oC bevat een verzadigde oplossing NH4HCO3 36,6 g / 100 ml water.In 200 ml water van 40oC kan dus maximaal 109 x 2 = 73,2 g NH4HCO3 opgelost zijn.Van de 218 g toegevoegde NH4HCO3 bij 80oC zit nog 73,2 g NH4HCO3 opgelost bij 40oC.De rest kan niet opgelost blijven en ligt dus op de bodem. Dit is: 218 - 73,2 = 145 g NH4HCO3. Een verzadigde oplossing bij 60oC bevat 59,2 g NH4HCO3 per 100 ml water.1 liter water weegt 1,00 kg (gegeven). Dit is 1,00 x 103 g per liter en 1,00 x 102 g per 100 ml = 100 g per 100 ml. (BINAS tabel 2).In een verzadigde oplossing bij 60oC is dus 59,2 g NH4HCO3 en 100 g water aanwezig per 100 ml. De totale massa van deze oplossing is 100 + 59,2 159,2 g per 100 ml.Het massapercentage NH4HCO3 is bij 60oC 59,2 / 159,2 x 100% = 37,2%Op de verticale as staat de oplosbaarheid in g / 100 ml water.Op de horizontale as staat de temperatuur in oC.Trek een lijn verticaal omhoog bij 50oC.Trek vanaf het punt waar deze lijn de ijklijn raakt een horizontale lijn tot aan de verticale as (de as met de oplosbaarheid).Lees de oplosbaarheid af waar de horizontale lijn de as raakt: ~47 g / 100 ml. (Een antwoord tussen de 45 en 50 g / 100 ml is goed, afhankelijk van hoe de ijklijn bij 5c precies is getekend). Geef de reactievergelijking in woorden. Noteer de fasen achter elke stof, deze zijn allemaal uit de opgaven af te leiden.dicyaan (g) + ammoniak (aq) + water (l) → ureum (s) + blauwzuur (l)Geef de reactievergelijking in molecuulformules. Voor dicyaan, ammoniak en blauwzuur zijn deze gegeven. Voor water behoort de leerling deze te kennen. Voor ureum is deze af te leiden uit de gegeven structuurformule.C2N2 (g) + NH3 (aq) + H2O (l) → CN2H4O (s) + HCN (l)Voor de reactie aanwezig: 2xC, 3xN, 5xH, 1xO. Na de reactie aanwezig: 2xC, 3xN, 5xH en 1xO. Deze zijn gelijk aan elkaar, de reactievergelijking is dus al kloppend.Moleculaire massa CN2H4O = 12,01 + 2 x 14,01 + 4 x 1,008 + 16,00 = 60,062 umassa% = (moleculaire massa van de atomen van één soort / massa moleculaire massa van het molecuul) x 100%massa % H = (4 x 1,008) / 60,062 * 100 = 6,7 % = 6,7 %massa % C = 12,01/ 60,062 *100 = 19,8 %          = 20 %massa % N = (2 x 14,01) / 60,062 * 100 = 46,65% = 47 %massa % O = 16,00 / 60,062 * 100 = 26,6% = 27 %De massapercentages waar Wöhler op uit kwam, kloppen dus.Moleculaire massa CN2H4O = 60,062 g mol-1hoeveelheid stof (mol)1,00xmassa (g)60,06225,0025,00 gram CN2H4O/ 60,062 = 0,4162 mol CN2H4O ontstaanmolverhouding 1:1 dus er is 0,4162 mol C2N2 nodigDe molaire massa van C2N2 = 52,04 g mol-1hoeveelheid stof (mol)1,000,4162massa (g)52,04x0,4162 mol C2N2 x 52,04 g mol-1 = 21,66 gram C2N2 Bij deze vraag gebruik je deels basiskennis. Vind je het lastig om tussen gram en mol om te rekenen, dan kun je in §3.4 de uitleg nog eens bekijken.