Nova Scheikunde MAX 2021 deel B - Hoofdstuk 4 - Rekenen aan reacties oefentoetsen & antwoorden

Bij een endotherme reactie is er energie nodig om de reactie te laten plaatsvinden. Dit is de activeringsenergie.De molverhouding betekent het aantal deeltjes dat met elkaar reageren in een bepaalde verhouding. Dit is in een reactievergelijking terug te zien aan de coëfficiënten die voor de stoffen staan. De wet van massabehoud betekent dat er geen massa verloren gaat of bijkomt bij een chemische reactie. De massa van de beginstoffen is gelijk aan de massa van de reactieproducten.Molariteit = aantal mol opgeloste stof / volume van de oplossing in literof: $M = \frac{n}{V}$.  Functie: reactie versnellen.Naam: katalysator.Exotherm (want de energie ligt na de reactie lager). Bij een hogere temperatuur gaan deeltjes sneller bewegen. Als deeltjes sneller bewegen is de kans groter dat ze met elkaar gaan botsen en dat er dus meer effectieve botsingen ontstaan. De reactiesnelheid zal hoger worden. Bij een hogere concentratie zijn er meer deeltjes, de kans dat deeltjes gaan botsen en dus meer effectieve botsingen is hoger. De reactiesnelheid zal hoger worden.  Stap 1: beschrijvingBij de reactie tussen natrium en chloor wordt er natriumchloride gevormd.Stap 2: reactieschema opstellenNatrium + chloor → natriumchlorideStap 3: omzetten in molecuulformules$\rm … \ Na + … \ Cl_2 \rightarrow … \ NaCl$ (Let op: chloor is $\rm Cl_2$, want chloor komt altijd met 2 atomen in een molecuul voor. Tip: gebruik het ezelsbruggetje Br I N Cl H O F: deze stoffen vormen altijd moleculen met twee atomen).Stap 4: reactievergelijking kloppend maken$\rm 2 \ Na + Cl_2 \rightarrow 2 \ NaCl$De molverhouding in deze reactie is 2 : 1 : 2. Oftewel 2 mol natrium reageert met 1 mol chloor tot 2 mol natriumchloride.Als er 100 gram gevormd wordt, dan moeten de beginstoffen samen ook 100 gram zijn. Dus 100 - 43 gram = 57 gram.  Om de molariteit van de oplossing te berekenen, reken je eerst de massa magnesiumchloride (3 g) om naar aantal mol door deze te delen door de molaire massa van magnesiumchloride.Molaire massa van MgCl2: 24,30 + 2 x 35,45 = 95,20 g/mol$n=\frac{M}{m} = \frac{3}{95,20} = 0,0315…$ mol MgCl2Molariteit: $M = \frac{n}{V} = \frac{0,0315}{0,500} = 0,06$ (1 significant cijfer!) Stap 1: ReactievergelijkingIjzer + zuurstof → Ijzeroxide, dus $\rm 2 \ Fe + O_2 \rightarrow 2 \ FeO$Let op dat je de reactievergelijking kloppend maakt! Stap 2/3: Berekenen van het aantal mol: we hoeven hier alleen de verhouding te hebben, dus kunnen gewoon rekenen met 2 mol Fe : 1 mol O$_2$ (de molverhouding)Stap 4: Reken het aantal mol om naar gramMolecuulmassa Fe is 55,85, dus 2 mol Fe weegt 2 x 55,85 = 111,70 gramMolecuulmassa O$_2$ is 2 x 16,00 = 32,00, dus 1 mol O$_2$ weegt 32,00 gramConclusie: de massaverhouding is ijzer : zuurstof = 111,70 : 32,00.Stap 1: We hebben bij opgave a al de reactieverhouding opgesteld: $\rm 2 \ Fe + O_2 \rightarrow 2 \ FeO$Stap 2: Bereken het aantal mol Fe$n=\frac{m}{M}$ geeft: $n = \frac{200}{55,85} = 3,58 $ mol ijzerStap 3: Aantal mol gevraagde stof berekenenDe molverhouding tussen ijzer en ijzeroxide is 1:1, dus 3,58 mol ijzer wordt 3,58 mol ijzeroxide.Stap 4: Aantal mol terugrekenen naar gevraagde eenheid (gram)Molaire massa van ijzeroxide = 55,85 + 16,00 = 71,85 g/mol$m=n \cdot N = 3,58 \cdot 71,85 = 257,223 $ gramStap 5: Controleer je antwoordSignificantie is 3 cijfers (de gegeven waarde was 200). Dus 257 gram ijzeroxide. De verdelingsgraad wordt groter, het contactoppervlak neemt toe. Dit betekent dat er meer kans is op effectieve botsingen en dus een hogere reactiesnelheid.  De vormingswarmte is -272000 J/mol. Dit betekent dat er -272000 J per 1 mol vrijkomt. We hebben in dit geval geen 1 mol, maar 200 gram. Bij opgave b is al berekend dat dit overeenkomt met 3,58 mol ijzer. Vermenigvuldig het aantal mol met de vormingswarmte per mol: 3,58 x -272000 = -973760 J Conclusie: De reactiewarmte is -9,74 x 10$^5$ J (3 significante cijfers) Het felle licht ontstaat door de hitte die vrijkomt bij de reactie. Deze reactie (en elke andere verbrandingsreactie) is dus exotherm.Stap 1: Reactievergelijking2 Mg + O2 → 2 MgOStap 2 en 3: we hoeven alleen de massaverhouding, dus we gaan rekenen met de molverhouding magnesium : zuurstof = 2 : 1.Stap 4: Omrekenen naar gramDe molaire massa van twee Mg atomen is 2 x 24,3 = 48,6 g/mol en de massa van een O2-molecuul is 2 x 16,00 u = 32,00 g/mol.Magnesium en zuurstof reageren in deze reactie dus in de massaverhouding 48,6 : 32,0.Manier 1: Gebruik de massaverhouding via een verhoudingstabel: massaverhoudingaanwezig in reactiemagnesium48,65,0zuurstof32,0?Dat geeft: $? = \frac{32,0 \times 5,0}{48,6} = 3,3$ Dus er is 3,3 gram zuurstof nodig.Manier 2: berekening via de reactieStap 1 en 2: De molverhouding kennen we al uit de vorige opgave: magnesium : zuurstof = 2 : 1.Stap 3: Er is dus $n=\frac{m}{M} = \frac{5}{24,3} = 0,206$ mol magnesium.Stap 4: Dat geeft (verhouding 2:1) dus 0,206 : 2 = 0,103 mol zuurstof. De massa daarvan is $m = n \cdot M = 0,103 \cdot 32,00 = 3,3$ gramStap 5: Dus 3,3 gram zuurstof nodig (2 significante cijfers).Alle massa van de beginstoffen komt volgens de wet van massabehoud in de reactieproducten. De totale massa beginstoffen is 5 (g) + 3,3 (g) = 8,3 g. MgO is in deze reactie het enige reactieproduct dus er ontstaat 8,3 g MgO.Voorbeelden van een goed antwoord zijn:De verdelingsgraad verhogen door in plaats van een blokje fijngemalen magnesiumpoeder te gebruiken. Een katalysator aan de reactie toevoegen.De eerste reactie (onderste curve) bereikt de maximale hoeveelheid MgO na 4 minuten. De tweede reactie bereikt de maximale hoeveelheid MgO na 2 minuten. Aan het begin van de reactie is er meer beginstof om te reageren waardoor de reactiesnelheid hoger is dan tegen het eind van de reactie. De hoeveelheid MgO neemt in het begin dus snel toe en neemt geleidelijk af.Toelichting: Je hoefde alleen een schets te maken, dus het gaat om de vorm van de grafieken; belangrijk is dat de grafieken vlak worden op het moment dat de reactie voorbij is (dus na 2 en 4 minuten). Het eerste blok is de reactor, waarin methaan en chloor worden omgezet tot dichloormethaan en waterstofchloride.Het tweede blok is voor scheiding: hier wordt het mengsel van stoffen wat uit de reactor komt van elkaar gescheiden.Bij nummer 1 hoort Chloor.Chloor is een van de beginstoffen van de reactie. Tijdens de reactie wordt een overmaat chloor gebruikt. Het deel wat niet gereageerd heeft komt de reactor uit en kan na scheiding worden gerecirculeerd naar de reactor.Bij nummer 2 hoort Dichloormethaan.Gegeven is dat methaan en chloor (1) reageren tot dichloormethaan en waterstofchloride (3).Bij nummer 3 hoort Waterstofchloride.Dit is een bijproduct van de reactie en wordt na de scheiding als afval naar buiten afgevoerd.Tips: Je herkent het reactorvat omdat daar meerdere beginstoffen in gaan.Om te bepalen welke pijl waarbij hoort, lees je goed de tekst en bedenk je eerst: welke stoffen reageren en wat ontstaat er? Zo weet je welke twee stoffen er hier in het reactorvat moeten en kun je al gelijk weten dat 1 hoort bij chloor.Verder herken je een plek van scheiding doordat er één pijl ingaat en meerdere pijlen uit.