Chemische reacties
Zuren en basen
Massaverhoudingen
...
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden

Hoofdstuk 1
Chemische reacties

§1 Ontledingsreacties
§2 Elektrolyse
§3 Reactievergelijkingen
§4 Verbrandingsreacties en neerslagreacties
§5 Reactiesnelheid

 

§1     Ontledingsreacties

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat bij het mengen van stoffen een chemische reactie kan optreden. Chemische reacties kunnen ook plaatsvinden met slechts één beginstof. We moeten in dat geval meestal energie aan de stof toevoegen. Sommige stoffen splitsen hierdoor op in twee of meerdere stoffen. We noemen een dergelijke reactie een ontledingsreactie.

Het ontleden van stoffen kan op verschillende manieren gebeuren. Ontleden door het verhitten van een stof noemen we thermolyse. Ontleden met behulp van licht  noemen we fotolyse. Een voorbeeld van fotolyse is het verkleuren van verf in de zon. Ontleden met behulp van elektriciteit heet elektrolyse. Deze methode wordt o.a. gebruikt bij het ontleden van water in waterstof en zuurstof.

Een andere soort ontleding vindt plaats bij dynamiet (zie de linker onderstaande afbeelding). Deze stof ontleedt al als er een kleine kracht op wordt uitgeoefend. Bij de ontleding ontstaan koolstofdioxide, waterdamp, stikstof en zuurstof. Dit zijn allemaal gassen en gassen nemen veel meer ruimte in dan vaste stoffen. Als gevolg vindt een explosie plaats. Merk op dat er geen zuurstof nodig is bij deze reactie (hoewel zuurstof wel vrijkomt bij de reactie). Het is dus geen verbranding, maar een echte ontledingsreactie.

Stoffen die we kunnen ontleden noemen we ontleedbare stoffen. Stoffen die we niet kunnen ontleden noemen we niet-ontleedbare stoffen. Suiker is een voorbeeld van een ontleedbare stof, omdat we het kunnen ontleden in koolstof en water (zie het onderstaande filmpje, waar suiker wordt ontleed door er zwavelzuur aan toe te voegen).

De koolstof die ontstaat bij het ontleden van suiker, kunnen we niet verder ontleden, maar het water wel. Zoals we hebben gelezen kan met elektrolyse water worden ontleed in waterstof en zuurstof (zie de onderstaande afbeelding). Zuurstof en waterstof kunnen we niet verder ontleden.

In de onderstaande afbeelding zien we dezelfde twee ontledingsreacties op atomair niveau. Merk op dat de ontleedbare stoffen uit meerdere soorten atomen bestaan. Een suikermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit waterstof-, zuurstof- en koolstof (C) atomen en een watermolecuul uit waterstof- en zuurstofatomen. We noemen dit type stoffen ook wel verbindingen. De niet-ontleedbare stoffen bestaan uit slechts één soort atoom. Dit geldt in dit voorbeeld voor koolstof (C), waterstof (H2) en zuurstof (O2). We noemen dit type stoffen ook wel enkelvoudige stoffen of elementaire stoffen. Merk hieruit op dat bij een ontledingsreactie verschillende soorten atomen van elkaar losgetrokken worden.

Hieronder zien we links de ontleding van suiker in koolstof en water en rechts het scheiden van suikerwater in water en suiker (wat bijvoorbeeld met indampen gedaan kan worden). Bij ontleden ontstaan nieuwe moleculen en dus nieuwe stoffen. Er is hier dus sprake van een chemische reactie. Suikerwater daarentegen is een mengsel. Mengsels bestaan uit meerdere soorten stoffen en dus ook meerdere soorten moleculen. Tijdens het scheiden ontstaan geen nieuwe moleculen, maar worden de moleculen alleen gesorteerd. Hier heeft dus geen chemische reactie plaatsgevonden.






         Leerdoelen:
  • Zorg dat je weet dat ontleden een chemische reactie is waarbij één stof wordt opgesplitst in meerdere stoffen.
  • Zorg dat je weet dat ontledingsreacties kunnen plaatsvinden door middel van o.a. thermolyse, fotolyse en elektrolyse.
  • Zorg dat je weet dat een stof ontleedbaar is als deze uit meerdere soorten atomen bestaat en zorg dat je weet dat ontleedbare stoffen ook wel verbindingen worden genoemd en niet-ontleedbare stoffen enkelvoudige of elementaire stoffen.

         Opdrachten
  1. Leer met het onderstaande programma het verschil tussen ontleedbare en niet-ontleedbare stoffen, mengels en zuivere stoffen, enkelvoudige stoffen en verbindingen.
  2. (2p) Geef twee verschillen tussen elementen en verbindingen.
  3. (2p) Geef twee verschillen tussen scheiden en ontleden.
  4. (5p) Leg uit of er bij de volgende processen sprake is van ontleding of scheiding:
    1. Zout wordt gewonnen door zeewater te laten verdampen.
    2. Aardgas wordt verbrand in de brander.
    3. Alcohol wordt gedestilleerd uit wijn.
    4. Vlees verkoolt op een barbecue.
    5. In de industrie maakt men chloor uit natriumchloride (keukenzout).
  5. Je kunt water koken en je kunt water ontleden.
    1. (1p) Wat ontstaat er bij het koken van water?
    2. (1p) Wat ontstaat er bij het ontleden van water?
    3. (1p) Om welke soort ontledingsreactie gaat het hier?
    4. (1p) Leg uit in welk geval er een chemische reactie plaatsvindt.
    5. (1p) Leg uit bij welk proces je meer energie nodig hebt.
  6. (2p) Leg uit hoe je met een experiment kan aantonen of een stof een enkelvoudige stof of een verbinding is.
  7. (1p) Op het etiket van multivitamines zijn bewaaradviezen gegeven. Welk bewaaradvies helpt afbraak van vitamines door fotolyse voorkomen? Kies uit: buiten bereik bewaren, donker bewaren, droog bewaren of koel bewaren.

 

§2     Elektrolyse

In deze paragraaf gaan we nauwkeuriger kijken naar elektrolyse.

Als we een stroom laten lopen door een zoutoplossing, dan ontleden we daarmee ook het zout. De opstelling is hieronder weergegeven. Twee stukjes metaal genaamd elektroden zijn in de oplossing geplaatst en zijn verbonden met plus- en de minpool van een spanningsbron. In dit geval zien we bijvoorbeeld een oplossing van aluminium(III)chloride. Dit kunnen we ontleden in aluminium en chloride.

Aluminium(III)chloride bestaat uit de ionen Al3+- en Cl-. De Cl--ionen zijn negatief en worden dus aangetrokken tot de positieve elektrode. De positieve elektrode trekt elektronen uit deze ionen, waardoor de chloride-ionen veranderen in neutrale chlooratomen. In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat chlooratomen zich groeperen in paren. Er ontstaan bij de positieve elektrode dus Cl2 moleculen. Dit is bij kamertemperatuur een geelkleurig gas.

De Al3+-ionen zijn positief en worden dus aangetrokken tot de negatieve elektrode. De ionen trekken elektronen uit de negatieve elektrode en worden hierdoor ook neutraal. Als gevolg ontstaan aluminiumatomen die een metaalrooster vormen op de negatieve elektrode.



         Leerdoelen:
  • Zorg dat je begrijpt dat met elektrolyse een zout te ontleden is. Zorg dat je begrijpt welke ionen tot welke elektrode worden aangetrokken en dat hierbij de ionen veranderen in atomen.

         Opdrachten
  1. Een leerling ontleedt calciumchloride door middel van elektrolyse.
    1. (2p) Welke ionen in deze stoffen worden aangetrokken tot de positieve elektrode en welke tot de negatieve elektrode? Leg je antwoord uit.
    2. (2p) Welke stoffen ontstaan bij de ontleding van calciumchloride? Geef de rationele namen en de formules van deze stoffen.
    3. (2p) Geef voor beide stoffen aan of ze ionen, moleculen of metaalroosters vormen.
    4. (2p) Geef voor beide stoffen aan of ze in vaste, vloeibare of gasvorm voorkomen. Ga uit van kamertemperatuur.
  2. Natrium komt als zuivere stof in de natuur niet voor, maar alleen in verbindingen. Dit komt doordat natrium gemakkelijk reageert met bijvoorbeeld zuurstof en water. Natrium kan worden geproduceerd uit natriumverbindingen met behulp van bijvoorbeeld elektrolyse. Het geproduceerde natrium wordt vervolgens in olie bewaard.
    1. (1p) Tot welk soort stoffen behoort natrium? Kies uit: metalen, moleculaire stoffen of zouten.
    2. (1p) Is de omzetting van natriumverbindingen tot natrium een scheiding of een ontleding. Leg je antwoord uit.
    3. (1p) Welke reacties worden voorkomen door natrium in olie te bewaren?

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  3. Leven op de maan is nu onmogelijk, onder andere omdat op de maan geen zuurstof aanwezig is. De maanbodem (regoliet) biedt misschien uitkomst. Het regoliet is een mengsel van fijn gruis en gesteente en bestaat voor een belangrijk deel uit metaaloxiden. Door middel van elektrolyse kan zuurstof worden gevormd uit deze metaaloxiden. In een laboratorium is dit al gelukt uit nagemaakt regoliet. Doordat op deze manier zuurstof beschikbaar wordt, is het in de toekomst misschien toch mogelijk om langdurig op de maan te verblijven.
    1. (1p) Welk soort proces is de vorming van zuurstof uit regoliet. Kies uit: mengen, ontleden, scheiden of verbranden. Leg je antwoord uit.
    2. (1p) Regoliet bevat ook oxiden van andere elementen. Welk van onderstaande oxiden is volgens Binas geen metaaloxide? Kies uit: MgO, MnO, SiO2 en TiO2
    3. (1p) Het nagemaakte regoliet werd fijngemalen en vermengd met gesmolten calciumchloride. In gesmolten calciumchloride kunnen de aanwezige deeltjes bewegen, waardoor deze stof de elektrische stroom geleidt. Welk soort deeltjes zijn dat? Kies uit: atomen, ionen of moleculen.
    4. (1p) Bij het experiment wordt een elektrode van tin(IV)oxide gebruikt. Welke informatie geeft IV in de naam tin(IV)oxide?
    5. (1p) Bij de elektrolyse worden oxide-ionen omgezet tot zuurstofmoleculen. Bij welke elektrode vindt deze omzetting plaats? Leg je antwoord uit.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)



§3     Reactievergelijkingen

In deze eerste paragraaf chemische reacties uitschrijven met molecuulformules. We doen dit aan de hand van zogenaamde reactievergelijkingen.

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd chemische reacties uit te schrijven met een reactieschema. In een reactieschema schrijven we in woorden op welke stoffen voor de reactie aanwezig waren (de reactanten) en welke stoffen na de reactie zijn ontstaan (de producten):

$$ \mathrm{reactant} 1 + \mathrm{reactant} 2 + \mathrm{...} \rightarrow \mathrm{product} 1 + \mathrm{product} 2 + \mathrm{...} $$

In deze paragraaf gaan we dit soort reactieschema's uitschrijven met chemische formules. We spreken in dat geval van reactievergelijkingen.

Hieronder zien we bijvoorbeeld een reactie tussen één methaanmolecuul (CH4) en twee zuurstofmoleculen (2 O2). Bij deze reactie ontstaat één koolstofdioxidemolecuul (CO2) en twee watermoleculen (2 H2O). Merk nu het volgende op. Bij een chemische reacties veranderen de moleculen, maar niet de atomen. Merk op dat de atomen die voor de reactie aanwezig waren, ook na de reactie aanwezig zijn. Aan beide kanten van de vergelijking zien we vier waterstofatomen (H), vier zuurstofatomen (O) en één koolstofatoom (C). Het enige dat dus gebeurd is, is dat de atomen tijdens de reactie onderdeel zijn geworden van andere moleculen.

Om reactievergelijkingen goed te begrijpen is het handig reacties na te bouwen met bijvoorbeeld legoblokjes (zie de onderstaande afbeelding). Zowel voor als na de reactie zien we hier vier rode blokjes, vier blauwe blokjes en één zwart blokje. Tijdens chemische reacties veranderen de bouwsels (de moleculen), maar de legoblokjes zelf (de atomen) blijven onveranderd.

Laten we nog een voorbeeld bestuderen. Als we met elektrolyse water (H2O) ontleden, dan ontstaat zuurstofgas (O2) en waterstofgas (H2). Hieronder zien we een eerste poging om de reactie uit te schrijven:

Deze reactievergelijking klopt echter niet, want het aantal atomen voor en na de reactie is niet gelijk. We kunnen dit probleem oplossen door coëfficiënten toe te voegen. Dit zijn de getallen die we voor molecuulformules schrijven om het aantal moleculen aan te geven. Hieronder is dit gedaan:

De reactievergelijking is nu kloppend gemaakt. Zoals je ziet hebben we aan zowel de linker- als de rechterzijde twee zuurstofatomen en vier waterstofatomen.

We zien in de reactievergelijking dat er twee keer zoveel waterstof als zuurstof is ontstaan. Dit kunnen we experimenteel door de elektrolyse van water daadwerkelijk uit te voeren. Als we elektriciteit door water laten lopen, dan ontstaat er inderdaad twee keer zoveel waterstof als zuurstof. Dit kun je zien in de rechter afbeelding, waar in de linker buis zuurstof is ontstaan en in de rechter buis waterstofgas.

Zuurstof en waterstof zijn beide transparante en kleurloze gassen, dus hoe weten we dat hier zuurstof en waterstof is ontstaan? Dat in de linker buis zuurstof aanwezig is, kunnen we aantonen door een gloeiende houtspaander (een gloeiend stukje hout) in het buisje te steken nadat het buisje uit het water is gehaald. Door de aanwezigheid van pure zuurstof gaat de houtspaander feller gloeien. Waterstof is een brandstof. Als we het rechter buisje uit het water halen en een brandende lucifer bij de opening houden, dan vindt een kleine explosie plaatst met een karakteristiek "blafgeluid". Dit toont aan dat we met waterstof te maken hebben.

         Voorbeeld

 

Vraag:

Schrijf de reactievergelijking uit van de reactie tussen alcohol (C2H6O) en zuurstof (O2). Er ontstaat bij deze reactie koolstofdioxide en water.

Antwoord:

Bij de reactie ontstaat koolstofdioxide (CO2) en water (H2O). Een eerste poging tot een reactievergelijking wordt hiermee:

$$ ... \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + ... \text{O}_2 \rightarrow ... \text{CO}_2 + ... \text{H}_2\text{O} $$

Eerst maken we het aantal koolstofatomen (C) links en rechts gelijk:

$$ ... \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + ... \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{CO}_2 + ... \text{H}_2\text{O} $$

Dan maken we het aantal waterstofatomen (H) links en rechts gelijk:

$$ ... \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + ... \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{CO}_2 + 3 \text{H}_2\text{O} $$

We eindigen met de zuurstofatomen (O). Aan de rechterkant van de vergelijking hebben we 7 zuurstofatomen (tel zelf na!), dus links moeten we ook 7 zuurstofatomen hebben:

$$ \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3 \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{CO}_2 + 3 \text{H}_2\text{O} $$

 

         Voorbeeld

 

Vraag:

Als ammoniak reageert met zuurstof, dan ontstaat stikstofdioxide en water. Noteer de reactievergelijking die bij deze reactie hoort.

Antwoord:

Ammoniak is NH3, zuurstof is O2, stikstofdioxide is NO2 en water is H2O. Een eerste poging tot een reactievergelijking wordt hiermee: $$ \text{... NH}_3 + \text{... O}_2 \rightarrow \text{... NO}_2 + \text{... H}_2\text{O} $$

Het is handig om bij het kloppend maken niet te starten met de atomen die aan dezelfde kant van de vergelijking meerdere keren voorkomen. Dus in dit geval niet met zuurstof.

Laten we beginnen met de waterstofatomen (H):

$$ \text{2 NH}_3 + \text{... O}_2 \rightarrow \text{... NO}_2 + \text{3 H}_2\text{O} $$

Nu hebben we aan beide kanten 6 waterstofatomen.

Nu de stikstofatomen (N):

$$ \text{2 NH}_3 + \text{... O}_2 \rightarrow \text{2 NO}_2 + \text{3 H}_2\text{O} $$

We hebben nu aan beide kanten 2 stikstofatomen.

Dan de zuurstof. Aan de rechterkant hebben we in totaal 7 zuurstofatomen. Om links ook 7 zuurstofatomen te krijgen, zouden we 3,5 O2 moleculen nodig hebben:

$$ 2 \text{NH}_3 + 3,5 \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{NO}_2 + 3 \text{H}_2\text{O} $$

3,5 O2 is natuurlijk onzinnig. We lossen dit op door alle coëfficiënten in de reactie te verdubbelen:

$$ 4\text{NH}_3 + 7\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} $$

Nu is de reactie kloppend (ga dit zelf maar na).

 


         Leerdoelen:
  • Zorg dat je reactievergelijkingen kloppend kan maken. Het is handig om bij het kloppend maken niet te starten met de atomen die aan dezelfde kant van de vergelijking meerdere keren voorkomen.
  • Zorg dat je weet dat bij reactievergelijkingen de atomen links en rechts van de pijl gelijk moeten blijven. Alleen de moleculen veranderen.

         Opdrachten
  1. Maak de volgende reactievergelijkingen kloppend:
  2. Error: Embedded data could not be displayed.
  3. (2p) Geef de reactievergelijking van de reactie tussen koolstofmonoxide en zuurstof waarbij koolstofdioxide ontstaat.
  4. (2p) Geef de reactievergelijking van de reactie tussen waterstof en chloor waarbij waterstofchloridegas (HCl) ontstaat.
  5. Ammoniak (NH3) ontleedt in stikstof en waterstof. Geef de reactievergelijking en maak ook een bijbehorende tekening van de ontleding op atomair niveau.
  6. (2p) Kwikoxide (HgO) ontleedt in kwik en zuurstof. Geef de reactievergelijking.
  7. (2p) Waterstofdisulfide en chloor vormen octosulfide (S8 en waterstofchloride. Geef de reactievergelijking.
  8. (2p) Calcium reageert met aluminiumchloride (AlCl3) en vormt calciumchloride (CaCl2) en aluminium. Geef de reactievergelijking.
  9. (3p) Ammoniak (NH3) reageert met zuurstof en vormt stikstofmonoxide en water. Geef de reactievergelijking.
  10. (2p) Tetrafosfordecaoxide (deca = 10) reageert met water en vormt triwaterstofmonofosfortetraoxide. Geef de reactievergelijking.
  11. (3p) Ammoniak (NH3) reageer met stikstofmonoxide en vormt stikstof en water. Geef de reactievergelijking.
  12. (3p) IJzersulfide (FeS2) en zuurstof reageert tot ijzeroxide (Fe2O3) en zwavedioxide. Geef de reactievergelijking.
  13. Sommige goochelaars gebruiken 'flashpapier' dat door het aan te steken onmiddellijk met een felle vlam lijkt te 'verdwijnen'. Flashpapier wordt gemaakt door papier te behandelen met salpeterzuur. Papier bestaat hoofdzakelijk uit cellulose (C6H10O5) dat door deze behandeling wordt omgezet tot cellulosenitraat. De reactie die hierbij optreedt kan als volgt worden weergegeven: $$ \text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5 + \text{3HNO}_3 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_7\text{N}_3\text{O}_{11} + \text{3H}_2\text{O} $$
    1. (1p) Het werkzame bestanddeel in flashpapier is cellulosenitraat. Zodra het flashpapier is aangestoken, reageert cellulosenitraat. De vergelijking van deze reactie is hieronder onvolledig weergegeven. In deze vergelijking ontbreken nog drie coëfficiënten. $$ \text{... C}_6\text{H}_7\text{N}_3\text{O}_{11} \rightarrow \text{3CO}_2 + \text{9CO} + \text{... H}_2\text{O} + \text{... N}_2 $$ Vul de drie ontbrekende coëfficiënten in.
    2. (1p) Is hier sprake van een ontledingsreactie of een verbranding? Leg je antwoord uit.
    3. (2p) Flashpapier wordt ook wel 'verdwijnpapier' genoemd, omdat alle reactieproducten van de bovenstaande reactie onzichtbaar zijn. Geef twee stofeigenschappen die zorgen dat de reactieproducten niet zichtbaar zijn.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

 

§4     Verbrandingsreacties en neerslagreacties

In deze paragraaf gaan we nauwkeuriger kijken naar verbrandingsreacties, metaalwinning en neerslagreacties. We gaan deze reacties beschrijven met behulp van reactievergelijkingen.

In deze paragraaf beginnen we met twee verbrandingsreacties die we kloppend gaan maken.

         Voorbeeld

 

Vraag:

Noteer de reactievergelijking die hoort bij de volledige verbranding van aardgas.

Antwoord:

Aardgas bestaat uit het brandbare gas methaan (CH4). Verbranden is reageren met zuurstof (O2). En bij de volledige verbranding van methaan ontstaat water (H2O) en koolstofdioxide (CO2). Een eerste poging van een reactievergelijking wordt hiermee:

$$ \mathrm{... CH}_4 + \mathrm{... O}_2 \rightarrow \mathrm{... CO}_2 + \mathrm{... H}_2\mathrm{O} $$

Eerst maken we de waterstofatomen kloppend:

$$ \mathrm{CH}_4 + ... \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{CO}_2 + 2 \mathrm{H}_2\mathrm{O} $$

En nu de zuurstofatomen:

$$ \mathrm{CH}_4 + 2 \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{CO}_2 + 2 \mathrm{H}_2\mathrm{O} $$

Ga zelf na dat we alle atomen van voor de reactie ook na de reactie vinden.

 

         Voorbeeld

 

Vraag:

Geef de reactievergelijking die hoort bij de verbranding van natrium.

Antwoord:

Bij elke verbranding is zuurstof (O2) nodig. Als natrium met zuurstof reageert ontstaat natriumoxide. In woorden wordt de vergelijking hiermee:

$$ \mathrm{natrium} + \mathrm{zuurstof} \rightarrow \mathrm{natriumoxide} $$

Natriumoxide bestaat uit een metaal- en een niet-metaalatoom en is dus een zout. Zouten bestaan uit ionen. In het periodiek systeem vinden we dat een natriumion een lading van 1+ heeft en een oxide-ion een lading van 2-. Om hiermee een neutraal zout te krijgen is de verhoudingsformule Na2O.

De eerste poging tot een reactievergelijking wordt hiermee:

$$ \mathrm{... Na} + \mathrm{... O}_2 \rightarrow \mathrm{... Na_2O} $$

Merk op dat we het metaal natrium gewoon als "Na" hebben genoteerd. Metalen noteren we in reactievergelijkingen altijd als "losse atomen".

Nu maken we de reactievergelijking kloppend:

$$ \mathrm{4 Na} + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{2 Na_2O} $$

Ga zelf na dat de reactie klopt.

 

Nu gaan we het winnen van ijzer uit ijzererts beschrijven met reactievergelijkingen. IJzer halen we uit de natuur in de vorm van ijzererts (zie de onderstaande afbeelding).


(Afbeelding: James St. John; CC BY 2.0)

IJzererts bestaat met name uit ijzer(III)oxide. Dit bestaat uit de ionen Fe3+ en O2-. Omdat de stof neutraal moet zijn, vinden we hiermee de volgende verhoudingsformule: Fe2O3.

In zogenaamde hoogovens wordt hier ijzer (Fe) van gemaakt met behulp van zogenaamde cokes, bestaande uit poreus koolstof (C) (zie de linker onderstaande afbeelding). Dit werkt als volgt. Eerst worden de cokes met hete lucht verbrand. Hierbij ontstaat koolstofmonoxide (CO). Als we deze reactie uitschrijven, dan vinden we:

$$ \text{... C} + \text{... O}_2 \rightarrow \text{... CO} $$

Deze vergelijking maken we als volgt kloppend:

$$ \text{2 C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{2 CO} $$

De koolstofmonoxide die hierbij ontstaat laten we reageren met ijzer(III)oxide:

$$ \text{... Fe}_2\text{O}_3 + \text{... CO} \rightarrow \text{... Fe} + \text{... CO}_2 $$

Deze reactie maken we als volgt kloppend:

$$ \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{3 CO} \rightarrow \text{2 Fe} + \text{3 CO}_2 $$

Zoals je kan zien ontstaat bij dit proces elementair ijzer (Fe).

In het volgende voorbeeld bespreken we een zogenaamde neerslagreactie.

         Voorbeeld

 

Vraag:

Een leerling mixt een zilverfluoride- met een kaliumsulfide-oplossing. Geef de reactievergelijking behorende bij de neerslagreactie die plaatsvindt.

Antwoord:

Zilverfluoride bestaat uit Ag+ en F-. Kaliumsulfide bestaat uit K+ en S2- (zie het hoofdstuk "Zouten"). Met BINAS vinden we welke combinaties van deze ionen goed of slecht oplossen:

Ag+ K+
F- g g
S2- s g

Zoals je kan zien, is alleen de combinatie Ag+ en S2- slecht oplosbaar. Deze stof zal dus neerslaan. Als we hiermee een neutraal  zout maken, dan wordt de verhoudingsformule Ag2S. De bijbehorende reactievergelijking is:

$$ \text{... Ag}^+\text{(aq)} + \text{... S}^{2-}\text{(aq)} \rightarrow \text{... Ag}_2\text{S (s)} $$

De vergelijking wordt als volgt kloppend:

$$ \text{2Ag}^+\text{(aq)} + \text{S}^{2-}\text{(aq)} \rightarrow \text{Ag}_2\text{S (s)} $$

Merk op dat de fluoride-ionen en de kaliumionen niet in de vergelijking genoemd zijn. Deze ionen blijven immers gewoon opgelost in het water en nemen dus niet deel aan de reactie.

 



         Leerdoelen:
  • Zorg dat je reactievergelijkingen van verbrandingsreacties en neerslagreacties kloppend kan maken.

         Opdrachten
  1. Geef de reactievergelijkingen voor:
    1. (2p) De verbranding van waterstof.
    2. (2p) De volledige ontbranding van propaan (C3H8).
    3. (3p) De verbranding van magnesium.
    4. (3p) De verbranding van natrium.
  2. Calciumcarbide reageert met water tot het gas ethyn (C2H2) en een oplossing van een zout. De vergelijking van deze reactie is hieronder onvolledig weergegeven. Alleen de formule van calciumcarbide ontbreekt. $$ \text{...} + \text{2H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2 + \text{Ca}^{2+} + \text{2OH}^- $$
    1. (1p) Uit de gegeven vergelijking is de formule van calciumcarbide af te leiden. Geef deze formule.
    2. (1p) Tot welk soort stoffen behoort ethyn? Kies uit: koolwaterstoffen, moleculaire stoffen en zouten. Er zijn meerdere antwoorden mogelijk.
    3. (2p) Ethyn kan bij verbranding een explosie veroorzaken. Geef de vergelijking van de volledige verbranding van ethyn.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  3. De brandbare stof in een waxinelichtje is parafine. Geef de reactievergelijking voor de volledige verbranding van parafine. Gebruik voor parafine de molecuulformule C25H32.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)
  4. (1p) Een leerling verhit een stukje koperdraad in een sterk ruisende vlam. Hierbij reageert het koper aan de buitenkant van de draad met zuurstof tot koper(II)oxide. Geef de vergelijking van deze reactie.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
  5. Waterstof kan worden geproduceerd met behulp van bruinkool. Bruinkool bestaat voornamelijk uit koolstof. In de onderstaande afbeelding is deze productie vereenvoudigd en onvolledig in drie stappen weergegeven. Eén naam ontbreekt.

    De stappen worden hier beschreven:
    I: Een deel van de koolstof in bruinkool reageert met zuurstof uit de lucht tot koolstofdioxide.
    II: De overige koolstof in bruinkool reageert met het koolstofdioxide tot koolstofmonoxide.
    III: Het gevormde koolstofmonoxide reageert vervolgens met waterdamp tot waterstof en koolstofdioxide.
    1. Welk soort proces vindt plaats bij stap I? Kies uit: kraken, polymerisatie, thermolyse of verbranden.
    2. Welke naam moet worden ingevuld op het stippellijntje om de afbeelding compleet te maken?
    3. Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt bij stap III.
    4. Waterstof wordt beschouwd als schone brandstof. Dit komt doordat het verbrandingsproduct van waterstof geen bijdrage levert aan het versterkt broeikaseffect. Toch wordt waterstof die is geproduceerd volgens het bovenstaande proces door sommigen niet milieuvriendelijk gevonden. Geef hiervoor een argument.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
  6. In een stalen hoogoven van 48 meter hoog, wordt ijzer geproduceerd uit ijzererts. Het meest gebruikte ijzererts bestaat voornamelijk uit Fe2O3. De hoogoven werkt als volgt: IJzererts en cokes (C) worden in de hoogoven gebracht. Cokes reageert met zuurstof uit lucht tot koolstofmono-oxide. Hierbij ontstaat veel warmte. Vervolgens reageert koolstofmono-oxide met Fe2O3 uit het erts tot ijzer en koolstofdioxide. Het vloeibare ijzer wordt onderaan de hoogoven afgetapt. Van het vloeibare ijzer worden dikke platen gemaakt.

    1. (2p) De temperatuur in een hoogoven kan oplopen tot 2300 oC. De stalen wand van de hoogoven wordt daarom van binnen beschermd met hittebestendige bakstenen en een koelsysteem. Verklaar aan de hand van een gegeven uit BINAS waarom het nodig is de wand van de hoogoven te beschermen.
    2. (2p) Geef de vergelijking van de reactie van cokes met zuurstof.
    3. (1p) Bij het maken van platen uit afgetapt ijzer vindt een faseovergang plaats. Wat is de notatie van deze faseovergang? Kies uit:
      (g) → (s)
      (l) → (g)
      (l) → (s)
      (s) → (l)
    4. (2p) De beschreven processen in de hoogoven zijn hieronder schematisch weergegeven:

      Geef de namen van de stoffen die zijn weergegeven met X en Y.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2014-2)
  7. (1p) In een drinkwaterinstallatie wordt water belucht om ijzerionen uit het water te verwijderen. Het ijzer wordt hierbij omgezet tot Fe(OH)3. Deze stof slaat neer en kan zo gemakkelijk verwijderd worden. De vergelijking van deze reactie is hieronder onvolledig weergegeven: $$ \text{4Fe}^{2+} + \text{O}_2 + \text{... H}_2\text{O} + \text{8HCO}_3^{-} \rightarrow \text{4Fe(OH)}_3 + \text{8CO}_2 $$ Welke coëfficiënt voor H2O maakt de vergelijking kloppend?
  8. Een koperdraad in een bekerglas wordt overgoten met een kleurloze oplossing. Deze oplossing bevat o.a. zilver(I)ionen (Ag+). Op het koper ontstaat een grijswit laagje zilver. De oplossing in het bekerglas verandert hierbij van kleur. De chemische reactie die dit veroorzaakt kan als volgt worden weergegeven: $$ \text{zilver(I)ionen} + \text{koper} \rightarrow \text{zilver} + \text{koper(II)ionen} $$ Geef de reactievergelijking in formules. Vermeld ook de toestandsaanduidingen.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  9. (3p) Een leerling wil aantonen dat bij verbranding van methaan in een brander CO2 ontstaat. Hij gebruikt daarvoor de volgende opstelling met een zogenaamde gaswasfles:

    De verbrandingsgassen worden door een heldere oplossing van calciumhydroxide geleid. Als bij de verbrandingsgassen koolstofdioxide aanwezig is, reageert het met de calciumionen en de hydroxide-ionen tot calciumcarbonaat en water. Na een halve minuut ziet ze duidelijk dat de vloeistof troebel wordt. Het proces dat optreedt in de gaswasfles kan met een vergelijking worden weergegeven. Geef deze vergelijking en maak de vergelijking kloppend.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-2)
  10. Een leerling mengt telkens twee zoutoplossingen. Voer telkens de volgende stappen uit:
    - Ga na welke combinatie van ionen neerslaat.
    - Geef de verhoudingsformule van het zout dat ontstaat.
    - Geef de bijbehorende reactievergelijking.
    1. (3p) De leerling mengt aluminium(III)chloride met zilver(I)nitraat.
    2. (3p) De leerling mengt ijzer(III)sulfaat met lood(II)nitraat.
    3. (3p) De leerling mengt ijzer(III)nitraat met natronloog.

 

§5     Reactiesnelheid

In deze paragraaf gaan we bestuderen hoe snel reacties verlopen.

De reactiesnelheid tussen twee stoffen hangt o.a. af van:

  1. De soort stoffen die reageren
  2. De concentratie van de stoffen
  3. De temperatuur
  4. De verdelingsgraad
  5. De aanwezigheid van een katalysator

De laatste drie punten hebben wat toelichting nodig. Laten we beginnen met de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur van een stof, hoe sneller de deeltjes bewegen. De deeltjes botsen hierdoor vaker en de botsingen zijn ook krachtiger. Het resultaat is dat de reactiesnelheid omhoog gaat.

De verdelingsgraad vertelt ons hoe groot het contactoppervlak is tussen twee stoffen die met elkaar reageren. Neem als voorbeeld het verbranden van hout. Een groot blok hout heeft een relatief klein contactoppervlak en als gevolg is de reactiesnelheid laag. Een even groot volume aan houtsnippers daarentegen heeft een veel groter contactoppervlak. Dit zal daarom veel sneller reageren.

In de onderstaande afbeelding wordt dit effect duidelijk. In de linker afbeelding komt zuurstof in aanraking met een blok met 16 centimeter aan omtrek. In de rechter afbeelding is het blok verdeeld in 16 stukken en komt zuurstof in aanraking met 64 centimeter aan omtrek. Dit is 4 keer zo veel!

Een katalysator is een stof die een reactie versnelt. Als voorbeeld bestuderen we de ontleding van waterstofperoxide (H2O2) in water en zuurstof:

$$ \mathrm{waterstofperoxide} \rightarrow \mathrm{water} + \mathrm{zuurstof} $$

Deze reactie verloopt normaal gesproken extreem langzaam, maar als we een katalysator toevoegen, in dit geval kaliumjodide, dan verloopt de reactie veel sneller

Nog een eigenschap van katalysatoren is dat ze wel gebruikt worden tijdens een reactie, maar niet verbruikt. Na de reactie is er dus evenveel katalysator over als voor de reactie en dit betekent dat we de katalysator dus kunnen hergebruiken.

In het menselijk lichaam bevinden zich ook katalysatoren die processen als de spijsvertering versnellen. Deze katalysatoren zorgen ervoor dat allerlei reacties plaats kunnen vinden die normaal alleen bij hoge temperaturen plaatsvinden. De katalysatoren in ons lichaam worden enzymen genoemd. Enzymen zijn grote moleculen met een speciale vorm waar andere moleculen precies in kunnen klikken (zie de rechter afbeelding). Nadat dit gebeurd is, kan het enzym het ingevangen molecuul bijvoorbeeld opdelen in twee kleinere moleculen.


(Afbeelding: Biocyclopedia)



         Leerdoelen:
  • Zorg dat je weet dat de reactiesnelheid afhankelijk is van de temperatuur, de verdelingsgraad en het gebruik van een katalysator.
  • Zorg dat je weet dat een katalysator een reactie versnelt, maar tijdens de reactie niet gebruikt wordt en dus hergebruikt kan worden.

         Opdrachten
  1. (1p) Je gooit een blokje hout en een handje zaagsel in een brandende open haard. Vergelijk de reactiesnelheid.
  2. In je lichaam treedt ook verbranding op, maar gelukkig bij lage temperatuur en zonder vuurverschijnselen. De gevormde koolstofdioxide verlaat je lichaam als je uitademt.
    1. (1p) Welke brandstoffen verbranden in je lichaam.
    2. (1p) Waardoor kan deze verbranding bij lage temperatuur plaatsvinden?
  3. (1p) In hoogovens wordt cokes verbrand. Cokes is poreus en bevat veel holten. Daardoor verbrandt cokes heftig en snel. Geef aan waarom de holten in cokes zorgen voor een heftige en snelle verbranding.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2014-2)
  4. (1p) Sommige goochelaars gebruiken 'flashpapier', dat door het aan te steken onmiddellijk met een felle vlam lijkt te 'verdwijnen'. Bij deze reactie wordt zwavelzuur gebruikt als katalysator. Geef aan welke invloed zwavelzuur heeft op de reactie.
  5. (1p) Bij een magnesiumbatterij wordt platina als katalysator gebruikt. Als de batterij leeg is moeten een aantal stoffen weer bijgevuld worden. Voor de katalysator is dit niet het geval. Geef aan waarom de katalysator niet hoeft te worden aangevuld.
  6. Als je gloeiend staalwol in de nacht rondslingert aan een koord, worden mooie cirkels van licht zichtbaar. Door het staalwol harder rond te slingeren gaat het feller gloeien. Hieronder staan drie redenen voor dit fellere gloeien:
    a: de reactie versnelt
    b: de temperatuur gaat omhoog
    c: er komt meer zuurstof bij de staalwol
    Wat is de juiste volgorde waarin deze redenen een rol spelen? Kies uit:
    - a-b-c-a
    - b-a-c-a
    - c-a-b-a
    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)
  7. (2p) Hieronder is een reactievergelijking te zien met onbekende moleculaire stoffen genaamd A, B en C: $$ \text{2 A} \rightarrow \text{B} + \text{2 C} $$ Bij de reactie is ook een katalysator D aanwezig. Deze stof is niet vermeld in de vergelijking.
    In de onderstaande afbeelding is het aantal moleculen uitgezet tegen de tijd voor de vier stoffen die bij deze reactie betrokken zijn. Leg uit welk nummer in het diagram hoort bij welke stof.

  8. Een docent wil demonstreren dat natrium reageert met water. De volgende reactie treedt hierbij op: $$ \text{2Na (s)} + \text{2H}_2\text{O (l)} \rightarrow \text{2 Na}^+ \text{(aq)} + \text{2OH}^- \text{(aq)} + \text{H}_2 \text{(g)} $$
    1. (1p) Tot welke soorten deeltjes behoren de reactieproducten? Kies telkens uit: atomen, moleculen of ionen.
    2. (2p) Direct na de bovenstaande reactie vindt een andere heftige reactie plaats. De docent vertelt dat de heftigheid komt doordat het gevormde waterstofgas onmiddellijk explosief reageert met zuurstof uit de lucht. Geef de reactievergelijking van de heftige reactie.
    3. (1p) Vervolgens herhaalt hij de proef. Hij weegt een stukje natrium af dat exact even zwaar is als de eerste keer. Hij snijdt dit in twee gelijke stukken en doet beide stukjes in water. Het effect van de reactie is deze keer nog heftiger. Leg uit waarom. Gebruik hierbij een term uit de paragraaf.
    4. (1p) In de onderstaande diagrammen is aangegeven hoe de hoeveelheid natrium en waterstof verandert in de tijd tijdens het experiment. Links is de eerste proef weergegeven. Welk van de vier recther diagrammen geeft het verloop van de herhalingsproef het best weer?


    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)

Stoffen die je uit je hoofd moet kennen:

Atomen

Metalen

Niet-metalen

Natrium

Na

Waterstof

H

Kalium

K

Koolstof

C

Magnesium

Mg

Stikstof

N

Calcium

Ca

Fosfor

P

Barium

Ba

Zuurstof

O

Chroom

Cr

Zwavel

S

IJzer

Fe

Fluor

F

Nikkel

Ni

Chloor

Cl

Platinum

Pt

Broom

Br

Koper

Cu

Jood

I

Zilver

Ag

Helium

He

Goud

Au

Neon

Ne

Zink

Zn

Argon

Ar

Cadmium

Cd

 

Kwik

Hg

Aluminium

Al

Tin

Sn

Metalloïde

Lood

Pb

Silicium

Si




Moleculen

Water

H2O

Waterstofperoxide

H2O2

Koolstofdioxide

CO­2

Koolstofmonoxide

CO

Methaan

CH4

Ammoniak

NH3

Ethanol (alcohol)

C6H12O

Glucose

C6H12O6

Edelgassen

X

Halogenen

X2

Stikstof

N2

Waterstof

H2

Zuurstof

O2

Ozon

O3




Samengestelde ionen

carbonaat-ion

CO32-

nitraat-ion

NO3-

sulfaat-ion

SO42-

fosfaat-ion

PO43-

hydroxide-ion

OH-

Ammonium-ion

NH4+




Zouten

Keukenzout

Natriumchloride

NaCl

Kalkwater

Calciumhydroxide

Ca(OH)2 (aq)

Kalksteen

Calciumcarbonaat

CaCO3

Soda

Natriumcarbonaat

Na2CO3

Natronloog

Natriumhydroxide

NaOH (aq)




BINAS:
33 Elementen en symbolen
34 Periodiek systeem
35 Oplosbaarheid zouten
42 Triviale en rationele namen stoffen