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

Hoofdstuk 3
Massaverhoudingen

§1 Relatieve atoommassa
§2 Behoud van massa en massaverhouding
§3 Overmaat

 

§1     Relatieve atoommassa

In dit hoofdstuk gaan we rekenen aan chemische reacties met behulp van het begrip massa. We beginnen in de eerste paragraaf met het bestuderen van de massa van atomen en moleculen.

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat elke atoomsoort wordt gekenmerkt door een vast aantal protonen in de kern. Het aantal protonen in de kern wordt ook wel het atoomnummer genoemd. In het onderstaande periodiek systeem staat het atoomnummer linksonder elk element genoemd.

Het aantal protonen en neutronen samen noemen we het massagetal. Zoals we in een eerder hoofdstuk geleerd hebben staat het massagetal van een bepaald element niet vast. De meest voorkomende massagetallen van neon zijn bijvoorbeeld 20 en 22. We noemen dit twee isotopen van neon.

De massa van atomen geven we meestal niet in kilogram, maar in atomaire massaeenheid (u). Voor de massa kijken we alleen naar de protonen en de neutronen en niet naar de elektronen, want deze deeltjes zijn veel lichter en dragen daarom zo goed als niks bij aan de massa. Zowel een proton als een neutron hebben beide een massa van rond de 1,0 u. Er geldt:

$$ 1 \text{ u} = 1,66 \times 10^{-27} \text{ kg} $$

Doordat een proton en een neutron elk een massa hebben van ongeveer 1,0 u, komt de massa van individuele atomen in u redelijk overeen met het massagetal. Maar omdat stoffen meestal uit een mix van verschillende isotopen bestaan, wordt voor de massa van atomen vaak het gemiddelde genomen. Deze gemiddelden noemen we de relatieve atoommassa's en in het bovenstaande periodieke systeem zijn ze linksboven elk element te vinden, gemeten in u. Deze gemiddelden kan je ook in BINAS vinden.

Met deze kennis kunnen we bijvoorbeeld de massa van het gemiddelde watermolecuul berekenen. Water (H2O) bestaat uit twee waterstofatomen (H) met volgens het periodiek systeem elk een massa van 1,0 u en een zuurstofatoom (O) met een massa van 16,0 u. De totale massa is dan 1,0 + 1,0 + 16,0 = 18,0 u. We kunnen dit als volgt naar kilogram omrekenen:

$$ 18,0 \text{ u} \times 1,66 \times 10^{-27} = 2,99 \times 10^{-26} \text{ kg} $$

We kunnen nu ook het massapercentage van de waterstof en de zuurstof in water uitrekenen. Omdat de massa van het zuurstofatoom 16,0 u is en de massa van water 18,0 u, is het massapercentage zuurstof in water:

Massa 18,0 u 16,0 u
Massaprocent 100 % 88,9 %

De twee waterstofatomen hebben samen een massa van 1,0 + 1,0 = 2,0 u. Op een soortgelijke manier vinden we het massapercentage van waterstof:

Massa 18,0 u 2,0 u
Massaprocent 100 % 11,1 %

Dit zijn trouwens precies de percentages die we vinden als we water ontleden door middel van elektrolyse. Als we beide gassen wegen, dan vinden we inderdaad dat voor elke 11,1 gram waterstof die vrijkomt er 88,9 gram zuurstof wordt geproduceerd.

Laten we hetzelfde doen voor bijvoorbeeld kaliumoxide (K2O). Kalium is een metaal en zuurstof een niet-metaal, dus we hebben hier te maken met een zout. Het vinden van de massapercentages werkt echter hetzelfde. Een kaliumion heeft volgens het periodiek systeem een massa van 39,1 u en een oxide-ion een massa van 16,0 u. Omdat we twee kaliumionen hebben in de verhoudingsformule vinden we een totale massa van 39,1 + 39,1 + 16,0 = 94,2 u.

De kaliumionen in de verhoudingsformule hebben een massa van 39,1 + 39,1 = 78,2 u. Het massapercentage kalium in kaliumoxide wordt hiermee:

Massa 94,2 u 78,2 u
Massaprocent 100 % 83,0 %

Het massapercentage zuurstof in kaliumoxide is:

Massa 94,2 u 16,0 u
Massaprocent 100 % 17,0 %

         Voorbeeld

 

Vraag:

Per dag wordt in een fabriek 1200 ton bauxiet (Al2O3) verwerkt tot aluminium door middel van elektrolyse. Bereken hoeveel ton aluminium per dag kan worden geproduceerd.

Antwoord:

In het periodiek systeem vinden we dat de massa van een aluminiumatoom gelijk is aan 27,0 u. De massa van een zuurstofatoom is 16,0 u. Al2O3 heeft dus een massa van 27,0 + 27,0 + 16,0 + 16,0 + 16,0 = 102,0 u. Het aluminium in dit zout heeft een massa van 27,0 + 27,0 = 54,0 u.

Hiermee kunnen we nu het massapercentage aluminium in bauxiet berekenen:

Massa 102,0 u 54,0 u
Massaprocent 100 % 52,9411 %

Er wordt in totaal per dag 1200 ton bauxiet verwerkt (1 ton = 1000 kg). Met een verhoudingstabel vinden we hoeveel ton overeenkomt met 52,9411 %:

Massa 1200 ton 635 ton
Massaprocent 100 % 52,9411 %

Er wordt dus 635 ton aluminium geproduceerd per dag (in 3 significante cijfers).

 

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je met behulp van het periodiek systeem de relatieve atoommassa's kan vinden in de atomaire massaeenheid (u) en zorg dat je hiermee o.a. de massa van moleculen kan berekenen
  • Zorg dat je de atomaire massaeenheid (u) kan omrekenen naar kilogram (kg)
  • Zorg dat je het massapercentage van een atoomsoort in een stof kan achterhalen met behulp van de relatieve atoommassa's

         Opdrachten
  1. Bereken de massa van de volgende moleculen in in u en kg.
    1. (2p) Koolstofdioxide
    2. (2p) Waterstofperoxide
    3. (2p) Methaan
    4. (2p) Glucose
    5. (2p) Fluor
  2. Bij elektrolyse van keukenzout ontstaat natrium en chloorgas.
    1. (3p) Bereken het massapercentage van natrium in keukenzout.
    2. (1p) Bereken het massapercentage van chloor in keukenzout.
  3. Een leerling verbrandt 100 gram sucrose (C12H22O11). Hierbij ontstaat koolstof en water.
    1. (4p) Bereken hoeveel gram koolstof bij de verbranding ontstaat. Bereken hiervoor eerst het massapercentage koolstof in sucrose.
    2. (1p) Bereken hoeveel gram water bij de verbranding ontstaat.
  4. Een brok ijzererts (Fe2O3) heeft een massa van 4,5 kg.
    1. (4p) Bereken hoeveel kilogram ijzer hieruit te winnen is. Bereken hiervoor eerst het massapercentage van ijzer in ijzererts.
    2. (1p) Bereken hoeveel kilogram zuurstof in de erts zit.
    3. (1p) Per dag verwerkt een hoogoven 2500 ton Fe2O3. Bereken hoeveel ton ijzer deze hoogoven per dag maximaal kan produceren.
  5. (4p) Een vaccin bevat 1,34 mg aluminiumfosfaat (AlPO4). Laat met een berekening zien dat het aluminiumfosfaat in het vaccin 0,3 mg aluminiumionen bevat.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  6. (4p) Een oplossing bevat 4,12 mg natriumhydroxide per mL. Bereken de concentratie hydroxide-ionen in mg/mL in deze oplossing.

 

§2     Behoud van massa en massaverhouding

In deze paragraaf bespreken we een belangrijk principe uit de scheikunde genaamd het behoud van massa. We gaan dit principe gebruiken om uit te rekenen in welke massaverhouding verschillende stoffen reageren.

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat atomen behouden blijven bij een chemische reactie. Dit betekent dat we voor en na de reactie precies dezelfde atomen hebben. Omdat de massa van deze atomen tijdens de reactie ook gelijk blijft, moet de totale massa van de stoffen voor en na de reactie ook gelijk zijn. We noemen dit principe de wet van behoud van massa.

Bij sommige reacties lijkt het in eerst instantie of massabehoud niet geldt. Neem bijvoorbeeld het verbranden van een blok hout. Als je het blok voor en na de verbranding weegt, dan lijkt het alsof er massa verdwenen is. Dit komt echter doordat er bij de verbranding gassen zijn vrijgekomen. Als deze gassen netjes opgevangen en gewogen worden, dan blijkt dat de massa netjes gelijk gebleven is.

Nog een voorbeeld. Als een stuk ijzer oxideert, dan wordt het juist zwaarder. Ook hier lijkt massabehoud in eerst instantie niet te gelden, maar bij nadere inspectie blijkt dat het ijzer zuurstof heeft opgenomen uit de lucht. Als deze zuurstof ook gewogen wordt, dan blijkt massabehoud wederom te gelden.

Met behulp van massabehoud en de relatieve atoommassa's uit de vorige vraag kunnen we achterhalen in welke verhouding stoffen met elkaar reageren of in welke verhouding stoffen ontstaan bij een reactie. Hieronder zien we bijvoorbeeld het ontleden van water.

Bij de ontleding ontstaan 4 waterstofatomen. Volgens het periodiek systeem hebben 4 waterstofatomen een massa van 1,0 × 4 = 4,0 u. Er ontstaan ook 2 zuurstofatomen met een totale massa van 16,0 × 2 = 32,0 u. Waterstofatomen en zuurstofatomen ontstaan bij ontleden dus in de volgende massaverhouding:

$$ 4,0 : 32,0 $$

Dat wil zeggen dat als we bij een ontleding bijvoorbeeld 4,0 gram waterstof produceren, dat er dan ook 32,0 gram zuurstof ontstaat. Of als er 4,0 kg waterstof ontstaat, dat er dan ook 32,0 kg zuurstof ontstaat.

Nu bestuderen we de reactie tussen waterstofgas (H2) en chloorgas (Cl2) waarbij waterstofchloride (HCl) vormt.

Volgens het periodiek systeem hebben 2 waterstofatomen een massa van 1,0 × 2 = 2,0 u. 2 chlooratomen hebben een massa van 35,5 × 2 = 71,0 u. We zeggen in zo'n geval dat de massaverhouding tussen het waterstofgas en het chloorgas gelijk is aan:

$$ 2,0 : 71,0 $$

Stel dat we bijvoorbeeld 2,25 gram waterstofgas willen maken. Hoeveel gram chloorgas komt hier dan bij vrij? Dit kunnen we nu uitrekenen met een verhoudingstabel:

Waterstof 2,0 gram 2,25 gram
Chloor 71,0 gram 79,9 gram

Als we 2,25 gram waterstofgas maken met deze reactie, dan ontstaat er dus ook 79,9 gram chloorgas.

         Voorbeeld

 

Vraag:

Een leerling ontleedt 50,0 gram waterstofchloride. Bereken hoeveel gram waterstof en hoeveel gram chloor hierbij vrijkomt.

Antwoord:

In de bovenstaande tekst hebben we gevonden dat bij het ontleden van waterstofchloride waterstof en chloor vrijkomt in de massaverhouding 2,0 : 71,0. Als we bijvoorbeeld 2,0 gram waterstof produceren, dan ontstaat er ook 71,0 gram chloor. Dankzij massabehoud weten we dat dit geproduceerd moet zijn uit 2,0 + 71,0 = 73,0 gram waterstofchloride.

We kunnen op basis hiervan de volgende verhoudingstabel maken, waarmee we uitrekenen hoeveel gram waterstofgas en hoeveel gram chloorgas er vrijkomt bij de ontleding van 50,0 gram waterstofchloride (zoals gevraagd is):

Waterstof 2,0 gram 1,4 gram
Chloor 71,0 gram 48,6 gram
Waterstofchloride 73,0 gram 50,0 gram

We kunnen nog even checken of we dit goed hebben uitgerekend, door de 1,4 gram waterstofgas en de 48,6 gram chloorgas bij elkaar op te tellen. We vinden dan inderdaad 1,4 + 48,6 = 50,0 gram. Dit klopt!

 

         Voorbeeld

 

Vraag:

Een leerling verbrandt 16,5 gram magnesium. Bereken hoeveel gram zuurstof we hiervoor nodig hebben. Noteer hiervoor eerst de reactievergelijking van de verbranding van magnesium.

Antwoord:

Bij deze reactie ontstaat magnesiumoxide. Dit is een zout. Een magnesiumion heeft lading 2+ en een zuurstofion heeft lading 2-. De verhoudingsformule wordt hiermee: MgO. Een eerste poging tot een reactievergelijking wordt hiermee:

$$ \text{... Mg} + \text{... O}_2 \rightarrow \text{... MgO}$$

Deze vergelijking maken we als volgt kloppend:

$$ \text{2 Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{2 MgO}$$

Nu we de reactie hebben kunnen we de massaverhouding berekenen van het magnesium en de zuurstof bij de reactie.

Met behulp van het periodiek systeem vinden we dat 2 zuurstofatomen een massa hebben van 16,0 × 2 = 32,0 u. 2 magnesiumatomen hebben een massa van 24,3 × 2 = 48,6 u. De massaverhouding tussen zuurstof en magnesium wordt hiermee:

$$ 32,0 : 48,6 $$

In de vraag lezen we dat 16,5 gram magnesium verbrand is. Met een verhoudingstabel berekenen we hoeveel zuurstof hiermee reageert:

Zuurstof 32,0 gram 10,86 gram
Magnesium 48,6 gram 16,5 gram

Er heeft dus 10,9 gram zuurstof gereageerd.

Vraag:

Bereken hoeveel magnesiumoxide hierbij ontstaat.

Antwoord:

De hoeveelheid gram magnesiumoxide kunnen we vinden met behulp van de wet van behoud van massa. Als 16,5 gram magnesium en 10,9 gram zuurstof met elkaar reageren, dan ontstaat er 16,5 + 10,9 = 27,4 gram magnesiumoxide.

 

         Voorbeeld

 

Vraag:

Als magnesium (Mg) met fosfor (P4) reageert, ontstaat het zout magnesiumfosfide. Bepaal de massaverhouding waarin magnesium en fosfor met elkaar reageren. Schrijf hiervoor eerst de reactievergelijking uit.

Antwoord:

Eerst willen we de verhoudingsformule van het zout magnesiumfosfide te weten komen. We beginnen met het opschrijven van de ionen waaruit dit zout bestaat:

$$ \mathrm{Mg}^{2+} \;\;\;\; \mathrm{P}^{3-} $$

Omdat een zout neutraal moet zijn, moeten de ionen in de volgende verhouding voorkomen:

$$ \mathrm{Mg}^{2+} \;\; \mathrm{Mg}^{2+} \;\; \mathrm{Mg}^{2+} \;\;\;\; \mathrm{P}^{3-} \;\; \mathrm{P}^{3-}$$

De verhoudingsformule wordt dus:

$$ \mathrm{Mg}_3\mathrm{P}_2 $$

De eerste poging tot het maken van een reactievergelijking wordt hiermee:

$$ \mathrm{... Mg} + \mathrm{... P}_4 \rightarrow \mathrm{... Mg}_3\mathrm{P}_2 $$

Nu maken we de reactievergelijking kloppend:

$$ 6 \mathrm{Mg} + \mathrm{P}_4 \rightarrow 2 \mathrm{Mg}_3\mathrm{P}_2 $$

Met behulp van het periodiek systeem vinden we dat 4 fosforatomen een massa hebben van 31,0 × 4 = 124,0 u. 6 magnesiumatomen hebben een massa van 24,3 × 6 = 145,8 u. De massaverhouding tussen zuurstof en magnesium wordt hiermee:

$$ 145,8 : 124,0 $$

 



Open het periodiek systeem in een nieuwe tab.

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kan redeneren met massabehoud, ook in situaties waar gassen worden vervormd of opgenomen
  • Zorg dat je met de relatieve atoommassa's in het periodiek systeem de massaverhouding kan vinden waarin stoffen met elkaar reageren of waarbij stoffen ontstaan bij een reactie
  • Zorg dat je met de massaverhouding kan uitrekenen hoeveel gram je nodigt hebt om stoffen volledig met elkaar te laten reageren of hoeveel gram er van verschillende stoffen ontstaan bij een reactie

         Opdrachten
    1. (2p) Bij het verbranden van een stuk hout is de as lichter dan het oorspronkelijke stuk hout. Leg uit of ook bij deze reactie de wet van massabehoud geldt.
    2. (1p) Een spijker wordt gewogen en daarna een tijdje in vochtige lucht bewaard. Na verloop van tijd weegt men de roestige spijker nogmaals. De massa van de spijker blijkt groter te zijn geworden. Leg uit hoe dit kan.
    3. (3p) Bij de volledige ontbranding van 4,0 gram methaan ontstaat 9,0 gram water en 11,0 gram koolstofdioxide. Hoeveel gram zuurstof heeft er gereageerd?
    4. Magnesium en broom reageren met elkaar.
      1. (3p) Geef de reactievergelijking van de reactie.
      2. (2p) Bereken de massaverhouding waarin deze stoffen met elkaar reageren.
      3. (1p) Bereken hoeveel gram magnesium reageert met 60 gram broom.
      4. (1p) Bereken hoeveel gram magnesium reageert met 10 kg broom.
      5. (1p) Bereken hoeveel gram broom reageert met 60 gram magnesium.
      6. (1p) Bereken hoeveel gram broom reageert met 28 kg magnesium.
      7. (2p) Bereken de massa van de magnesiumbromide die bij vraag c t/m f is ontstaan.
    5. Als een scheikundedocent een mengsel van waterstof met zuurstof met een lucifer aansteekt, hoort de klas een knal.
      1. (1p) Welke stof wordt er gevormd bij deze reactie?
      2. (2p) Geef de reactievergelijking van de reactie.
      3. (2p) Bereken de massaverhouding waarin deze stoffen met elkaar reageren.
      4. (1p) Bereken hoeveel gram waterstof reageert met 28 gram zuurstof.
      5. (1p) Bereken hoeveel gram zuurstof reageert met 15 mg waterstof.
      6. (1p) Bereken hoeveel gram water bij deze twee reacties is ontstaan.
      7. (2p) Bereken hoeveel gram waterstof en zuurstof nodig zijn voor 54 gram water.
    6. Bij de verbranding van glucose (C6H12O6) ontstaat koolstofdioxidegas en waterdamp.
      1. (2p) Schrijf de reactievergelijking op.
      2. (4p) Bereken de massaverhouding waarin glucose en zuurstof met elkaar reageren.
      3. (2p) Bereken hoeveel zuurstof er nodig is als we 8 gram glucose verbranden.
    7. (2p) Magnesium, water en zuurstof kunnen met elkaar reageren volgens de volgende reactievergelijking: $$ \text{2 Mg} + \text{O}_2 + \text{2 H}_2\text{O} \rightarrow \text{2 Mg(OH)}_2 $$ Een druppel water heeft een massa van 0,05 gram. Bereken hoeveel gram magnesium hiermee kan reageren.
    8. (2p) Met beluchting kunnen ijzerionen uit water verwijderd worden. De ijzerionen worden hierbij omgezet tot Fe(OH)3. De vergelijking van deze reactie is hieronder weergegeven. $$ \text{4Fe}^{2+} + \text{O}_2 + \text{2H}_2\text{O} + \text{8HCO}_3^{-} \rightarrow \text{4Fe(OH)}_3 + \text{8CO}_2 $$ Bereken hoeveel kg O2 nodig is om 50,0 kg Fe2+-ionen om te zetten volgens de gegeven vergelijking.

      9. (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
    9. Een koperdraad in een bekerglas wordt overgoten met een kleurloze oplossing. Deze oplossing bevat o.a. zilverionen (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: $$ \text{2Ag}^+\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \rightarrow \text{2Ag(s)} + \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} $$
      1. (2p) Bepaal de massaverhouding waarin de zilverionen en het koper met elkaar reageren. Laat zien dat dit gelijk is aan 3,40 : 1,00.
      2. (2p) Bereken hoeveel mg koper maximaal kan reageren met 50,0 mL kleurloze oplossing die 21,6 mg zilverionen per mL bevat.
    10. (3p) De productie van waterstof met behulp van bruinkool kan vereenvoudigd worden weergegeven met de volgende vergelijking: $$ \text{2C} + \text{O}_2 + \text{2H}_2\text{O} \rightarrow \text{2CO}_2 + \text{2H}_2 $$ Bereken hoeveel kg H2 volgens deze reactie maximaal kan ontstaan per ton bruinkool (1 ton = 1000 kg). Neem aan dat bruinkool 65 massaprocent C bevat.
      (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
    11. Een leerling onderzoekt in welke massaverhouding krijt en azijnzuur met elkaar reageren. Hij weegt 5,0 gram krijt af en doet dit in een erlenmeyer. De leerling voegt dan steeds 5 mL azijnzuuroplossing toe en meet telkens hoeveel koolstofdioxide er ontstaat. Zijn metingen staan beschreven in de volgende grafiek:

      De azijnzuuroplossing bevat 0,10 gram azijnzuur per mL.
      1. (1p) Waardoor gaat de grafiek op den duur horizontaal lopen?
      2. (1p) Bepaal het volume van de azijnzuuroplossing dat heeft reageert met het krijt.
      3. (2p) Bepaal de massaverhouding waarin krijt en azijnzuur met elkaar reageren.
    12. (5p) Sommige mensen slikken natriumfluoride pilletjes om hun tanden te beschermen tegen gaatjes. Als we het zout waaruit deze pilletjes bestaan ontleden, dan ontstaat natrium (Na) en fluor (F2). Vind de reactievergelijking van deze ontledingsreactie en vind de massaverhouding waarin deze twee stoffen ontstaan.
    13. (4p) Als we calcium met chloor laten reageren, dan ontstaat het zout calciumchloride. Vind de reactievergelijking en vind de massaverhouding waarin deze stoffen reageren.
    14. (5p) Het zout pyriet heeft de chemische naam ijzer(II)sulfide. Omdat dit zout een lichtgele metaalachtige glans heeft, werd het vroeger gebruikt als nepgoud. We kunnen ijzersulfide maken met behulp van ijzer (Fe) en sulfide (S8). Vind de reactievergelijking en de massaverhouding bij deze reactie.
    15. Uit malachiet (Cu2CO3(OH)2) kan volgens een oud voorschrift in twee stappen zuiver koper worden gemaakt. Eerst wordt malachiet verhit, waarbij koper(II)oxide (CuO) ontstaat. De reactie die hierbij plaatsvindt, is hieronder onvolledig weergegeven. De formule van één stof is weergegeven met een X. $$ \text{Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2 \rightarrow \text{2 CuO} + \text{CO}_2 + \text{X} $$ Uit het koper(II)oxide wordt vervolgens in de tweede stap koper gemaakt.
      1. (2p) Malachiet is opgebouwd uit koper(II)ionen en twee verschillende soorten negatieve ionen. Geef de namen van deze twee soorten negatieve ionen.
      2. (1p) Welk type reactie is reactie 1? Kies uit: een neerslagreactie, een ontledingsreactie, een verbrandingsreactie of een zuur-basereactie.
      3. Geef de formule van de ontbrekende stof (X).
      4. Een docent verhit 5,0 gram malachiet. Na afloop van reactie 1 is 2,9 gram koper(II)oxide aanwezig. Bereken met behulp van de vergelijking van reactie 1 of alle malachiet is omgezet. Gebruik voor Cu2CO3(OH)2 de massa 221 u en voor CuO de massa 79,5 u.
      5. Het koper(II)oxide (CuO) wordt in een bolbuis verhit, waarbij tegelijkertijd methaan door de bolbuis stroomt. Het koper(II)oxide reageert met een deel van het methaan tot koper, koolstofdioxide en water. Hierbij ontstaat een gasmengsel. Dit gasmengsel stroomt de bolbuis uit en wordt verbrand. Deze opstelling is hieronder afgebeeld:

        Geef de vergelijking van de reactie van koper(II)oxide met methaan.
      6. Het totale proces om koper te maken uit malachiet is in het onderstaande blokschema weergegeven. De namen van twee stoffen zijn vervangen door Y en Z.

        Geef de namen van de stoffen die horen bij de pijlen Y en Z.
        (TIP: In de afbeelding zien we de namen malachiet en koper in woorden staan. Noem de stoffen Y en Z daarom ook in woorden. Als je formules gebruikt, dan verlies je een punt).

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

 

§3     Overmaat

In veel gevallen is er bij een reactie te veel van één van de stoffen aanwezig, waardoor niet alles kan reageren en dus een deel van de beginstoffen overblijft. We spreken dan van een overmaat. In deze paragraaf gaan we hier mee rekenen.

Stel we laten 25,0 gram magnesium en 25,0 gram zuurstof met elkaar reageren. Hoeveel gram magnesiumoxide ontstaat er dan? In de vorige paragraaf hebben we gezien dat zuurstof en magnesium reageren met massaverhouding 32,0 : 48,6. Hiermee kunnen we bijvoorbeeld uitrekenen hoeveel gram magnesium we kunnen laten reageren met 25,0 gram zuurstof.

Zuurstof 32,0 gram 25,0 gram
Magnesium 48,6 gram 38,0 gram

Als we 25,0 gram zuurstof willen laten reageren, dan hebben we dus wel 38,0 gram magnesium nodig. Maar we hebben slechts 25,0 gram magnesium, dus deze informatie is niet bruikbaar. Laten we in plaats daarvan eens uitrekenen hoeveel gram zuurstof er nodig is om 25,0 gram magnesium te laten reageren:

Zuurstof 32,0 gram 16,5 gram
Magnesium 48,6 gram 25,0 gram

Er is dus slechts 16,5 gram zuurstof nodig om 25,0 gram magnesium te laten reageren. Maar we begonnen met 25,0 gram zuurstof. Dit betekent dat als alle magnesium gereageerd heeft, er nog steeds 25,0 - 16,5 = 8,5 gram zuurstof over is. We zeggen dan dat de zuurstof in overmaat aanwezig is.

Met behulp van de wet van behoud van massa kunnen we ook uitrekenen dat er 25,0 + 16,7 = 41,7 gram magnesiumoxide is ontstaan bij de reactie. We vatten de reactie als volgt samen:

$$ \textbf{25,0 } \mathrm{g\;magnesium} + \textbf{25,0 } \mathrm{g\;zuurstof} \rightarrow \textbf{41,7 } \mathrm{g\;magnesiumoxide} + \textbf{8,3 } \mathrm{g\;zuurstof} $$

Merk op dat de massa van de stoffen aan beide kanten van de vergelijking in totaal 50,0 gram is. Dit is in overeenstemming met de wet van behoud van massa.



Open het periodiek systeem in een nieuwe tab.

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je met de massaverhouding kan uitrekenen hoeveel van een bepaalde stof na een reactie in overmaat aanwezig is

         Opdrachten
  1. Bij het verbranden van magnesium reageren magnesium en zuurstof met elkaar. Bereken in elk van de volgende gevallen welke stoffen je na de reactie nog over hebt en hoeveel gram je van elke stof over hebt. Ga uit van een massaverhouding van 24,3 : 16,0.
    1. (3p) 10 g magnesium en 6 g zuurstof.
    2. (3p) 7,5 g magnesium en 5,7 g zuurstof.
  2. Zwavel (S8) en ijzer (8 Fe) reageren met elkaar tot ijzer(II)sulfide (8 FeS). Bereken in elk van de volgende gevallen welke stoffen je na de reactie nog over hebt en hoeveel gram je van deze stof over hebt. Ga uit van een massaverhouding van 32,1 : 55,8.
    1. (3p) 4 gram zwavel en 10 gram ijzer.
    2. (3p) 10 gram zwavel en 7 gram ijzer.
  3. Als magnesium (Mg) met fosfor (P4) reageert, ontstaat het zout magnesiumfosfide. Het zout komt voor als een geel-groene vaste stof.
    1. (2p) Geef de verhoudingsformule van magnesiumfosfide.
    2. (2p) Geef de reactievergelijking van het ontstaan van magnesiumfosfide.
    3. (2p) Vind met behulp van het periodiek systeem uit in welke verhouding het magnesium en het fosfor met elkaar reageert bij de productie van magnesiumfosfide.
    4. (1p) Een persoon laat 50,0 gram magnesium reageren met 50,0 gram fosfor. Welke stof is in overmaat aanwezig?
    5. (2p) Hoeveel gram is er van deze stof over na de reactie?
    6. (1p) Hoeveel gram magnesiumfosfide is er ontstaan?
  4. (3p) Een leerling mengt azijn en drie eetlepels soda. Hij gebruikt hiervoor azijn dat 40 gram azijnzuur per liter bevat. Bereken welke stof in overmaat was: soda of azijnzuur. Ga bij de berekening uit van de volgende gegevens:
    - Er is 50 mL azijn gebruikt.
    - Drie eetlepels soda (Na2CO3) bevatten samen 9,0 gram.
    - De massaverhouding soda : azijnzuur is bij deze reactie 5,3 : 6,0.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)
  5. Grafeen (C) kan geproduceert worden uit CaCO3 met behulp van de volgende reactie: $$ \text{CaCO}_3 + \text{2 Mg} \rightarrow \text{2 MgO} + \text{C} $$
    1. (2p) Bereken hoeveel gram grafeen maximaal kan ontstaan uit 15 gram calciumcarbonaat.
    2. (1p) De reactie die is uitgevoerd is hieronder in een blokschema weergegeven. Noteer welke stof in overmaat aanwezig was volgens het blokschema. Licht je antwoord toe.


    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)
  6. Turners gebruiken 'turnmagnesium' om de handen stroef te maken. Dit poeder is een mengsel van magnesiumzouten. Een van deze zouten is magnesiumcarbonaat. Een leerling onderzoekt hoeveel magnesiumcarbonaat aanwezig is in turnmagnesium. Ze gebruikt de opstelling die hieronder is weergegeven. De leerling weegt 420 mg turnmagnesium af in een erlenmeyer. Vervolgens voegt ze volgens voorschrift zoutzuur toe en doet het stopje met een buisje erdoor op de erlenmeyer. De inhoud van de erlenmeyer gaat bruisen. Het zoutzuur reageert met carbonaationen waarbij koolstofdioxide ontstaat. Het gevormde koolstofdioxide wordt opgevangen. Na afloop van de reactie is 75,9 mL koolstofdioxide ontstaan. De leerling berekent hiermee hoeveel magnesiumcarbonaat heeft gereageerd.

    1. (1p) Zoutzuur bestaat uit watermoleculen en nog twee andere soorten deeltjes. Welke andere deeltjes zijn dit?
    2. (1p) De leerling concludeert op basis van haar waarnemingen dat de reactiesnelheid steeds verder afneemt aan het einde van de proef. Leg uit hoe je dit kan zien.
    3. (1p) Het stopje moet direct na het toevoegen van zoutzuur op de erlenmeyer geplaatst worden. Geef aan waarom de uitkomst van de berekening te laag zal zijn als het stopje te laat geplaatst wordt.
    4. (2p) De leerling berekent dat 288 mg magnesiumcarbonaat heeft gereageerd. Laat met een berekening zien dat deze uitkomst klopt. Ga uit van de volgende gegevens:
      - De massaverhouding bij de reactie is MgCO3 : CO2 = 84,3 : 44,0.
      - 1,00 mL CO2 heeft een massa van 1,98 mg.
    5. (3p) Behalve magnesiumcarbonaat bevat turnmagnesium nog andere zouten. Een daarvan, het magnesiumoxide, reageert ook met zoutzuur, maar vormt hierbij geen gas. Geef de vergelijking van de reactie van magnesiumoxide met zoutzuur.
    6. (1p) De hoeveelheid zoutzuur in het voorschrift is een ruime overmaat. Geef aan waarom een overmaat zoutzuur nodig is voor de juiste uitkomst.
    7. (1p) De leerling berekent de massa magnesiumcarbonaat uit de gevormde hoeveelheid gas. Ze vraagt zich af of ze ook zou kunnen rekenen met de hoeveelheid zoutzuur die is verbruikt wanneer het bruisen stopt. Geef aan waarom de verbruikte hoeveelheid zuur een te hoge uitkomst oplevert.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

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)



Zuren

Basen

Triviale naam

Formule

Triviale naam

Formule

Zoutzuur

HCl (aq)

Natronloog

NaOH (aq)

Salpeterzuur

HNO3

Kalkwater

Ca(OH)2 (aq)

Zwavelzuur

H2SO4

Soda

Na2CO3

Koolzuurhoudend water

H2CO3 (aq)

Ammonia

NH3 (aq)

Azijnzuur

HAc

 

 

Fosforzuur

H3PO4

 

 



Zuur-ionen

Base-ionen

H+

OH-

 

O2-

 

CO32-

 

NH3



BINAS:
33 Elementen, symbolen, atoomnummers en atoommassa's
34 Periodiek systeem
36 Zuur-base-indicatoren
42 Triviale en rationele namen stoffen