Energie-effect en reactiesnelheid

Transcriptie

1 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Chemische reacties vjl Energie-effect en reactiesnelheid Leerstof 1 a een reactie waarij energie vrijkomt verranding van aardgas; verranding van hout c een reactie waarij energie nodig is d elektrolyse van water; thermolyse van hout of suiker 2 1 Verhoog de temperatuur. 2 Maak het contactoppervlak groter. 3 Verhoog de concentraties van de reagerende stoffen. 4 Maak geruik van een katalysator. Toepassing 3 a Verranden van enzine levert energie in de vorm van warmte op: exotherm. Thermolyse etekent datje moet verhitten, dus er is energie nodig: endotherm. c Het koken van water kost energie: endotherm. d Het evriezen is het omgekeerde van smelten. Smelten kost energie dus evriezen levert energie op: exotherm. e Verranden van aardgas levert energie op: exotherm. 4 a In een hogedrukpan kookt water ij een temperatuur oven 100 C. Dus het proces van gaar worden gaat dan sneller, want reacties verlopen sneller ij een hogere temperatuur. Dan zou je de aardappelen en groente in kleinere stukjes moeten snijden, waardoor het contactoppervlak toeneemt. 5 a Nee, alleen het aansteken kost even een eetje energie. Daarna komt er heel veel energie vrij. Je het een veel groter contactoppervlak, waardoor de reactie ook veel sneller verloopt en je vonkjes kunt waarnemen. 6 a Veel randstoffen verranden pas goed als ze in dampvorm zijn. De lont dient ervoor om gesmolten kaarsvet in de hete vlam te rengen, waardoor het kaarsvet verdampt en ontrandt. Vloeistoffen verdampen makkelijk. Ze vormen al snel een randare damp. 7 a aluminium + jood > aluminiumjodide Water doet niet mee aan de reactie, maar versnelt de reactie wel. Water is dus een katalysator. 28

2 a c d De aanwezigheid van meel als poeder. Meelpoeder levert een explosief mengsel als het in lucht opdwarrelt. Het kan dan razendsnel verranden als er een vonk ij komt. Bij las- of slijpwerkzaamheden kunnen vonken ontstaan. Deze vonken kunnen het luchtmeelmengsel laten ontranden. Waterschermen zorgen ervoor dat de rand niet kan uitreiden naar aanliggende panden. Nalussen is nodig om te voorkomen dat het vuur door nasmeulende resten weer opnieuw oplaait. Plus Overleven in het heelal 9 a een elektronisch systeem dat estaat uit een computer, sensor en zuurstofgenerator De sensor meet het zuurstofgehalte en als dat te laag is, wordt een elektrisch signaal verzonden naar de zuurstofgenerator. In de generator wordt een zuurstofverinding verhit, waarij deze ontleedt en er zuurstof ontstaat. c De zuurstofverinding wordt verhit, dus is het een thermolyse. 10 a Water maakt een ruimteschip erg zwaar en de elektrolyse van water kost veel elektrische energie, waarvoor weer extra zonnecellen nodig zijn. Bij de elektrolyse ontstaat ook waterstof dat een zeer randaar gas is. 11 Bij de rand komt warmte vrij. Deze warmte kan de zuurstofverinding verhitten, waarij zuurstof ontstaat. Ook kan het zijn dat het systeem weer nieuw zuurstof aanmaakt, omdat de sensor een laag zuurstofgehalte meet. 2 Reacties en moleculen Leerstof 12 a Bij een reactie verdwijnen de eginstoffen. c De moleculen worden afgeroken. De atomen hergroeperen zich tot nieuwe moleculen, de moleculen van de reactieproducten. 13 Een reactievergelijking is kloppend als links en rechts van de reactiepijl evenveel atomen van elke soort staan. Toepassing 14 a het gas zwaveldioxide een molecuul zwaveldioxide of de molecuulformule van zwaveldioxide c twee moleculen zwaveldioxide 15 Overeenkomst: het zijn twee zuurstofatomen. Verschil: 0 2 is een molecuul, 2 0 zijn twee zuurstofatomen. 29

3 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Chemische reacties 16 a Het getal voor de formule is een coëfficiënt, dus het getal 5. De getallen in de formule, dus de getallen 6, 12 en 6. c Het gaat om 5 moleculen glucose. d Per molecuul zijn 12 waterstofatomen aanwezig. e Elk molecuul evat 24 atomen, dus 5 moleculen evatten samen 5 24 = 120 atomen. 17 Het aantal atomen van elke soort lijft hetzelfde ij een chemische reactie. 18 a De formule van water is H 2 0. De formule van zuurstof is 0 2. c Halve moleculen estaan niet. d Het aantal waterstofatomen links en rechts van de reactiepijl is niet aan elkaar gelijk. e De formule van waterstof is H 2. f Het aantal zuurstofatomen links en rechts van de reactiepijl is niet aan elkaar gelijk. 19 a 1 2Mg + 0 2^2MgO 2 2 CaS » 2 CaO + 2 S H > 2 H CaC0 3 -> CaO + C C 2 H » 4 C H KC10 3 -> 2 KCl C 2 H > 2 C H 2 0 c 8 2 Al + 3 S -> Al 2 S 3 Reacties 3, 4 en 6 zijn ontledingsreacties, want daarij ontstaan uit één stof meerdere nieuwe stoffen. Reacties 1, 2, 5 en 7 zijn verrandingsreacties, want verrandingsreacties zijn reacties met zuurstof. 20 a CaC 2 (s) + 2 H 2 0(l) -> C 2 H 2 (g) + Ca(0H) 2 (s) 2 C 2 H 2 (g) (g) -> 4 C0 2 (g) + 2 H 2 0(l) c De formule van de ontrekende stof is C0(g), koolstofmono-oxide. Plus Katalase katalyseert 21 a 65 uur = 3900 minuten. De halveringstijd is 650 minuten : 650 = 6, dus 3900 minuten is 6x de halveringstijd. Dus de concentratie is Vz Vz Vz Vz Vz Vz 0,68 = (1/2) 6 0,68 = 0,0106 g/l. Dan is (0,0106/0,68) 100% = 1,56% nog over. Dus er is 98,44% ontleed. c De helling van de lijn wordt steeds minder steil. d De concentratie wordt steeds lager waardoor de reactiesnelheid ook steeds kleiner wordt. 22 a De halfwaardetijd is nu 6,5 minuten, want na 6,5 minuten is de concentratie precies de helft van de eginconcentratie. De reactie verloopt loox sneller want de halfwaardetijd is gedaald van 650 minuten naar 6,5 minuten. c Katalase versnelt de reactie. Katalase is een katalysator. d een ontledingsreactie, een fotolysereactie e 2 H,0,(l) -> 2 H 2 0(l) + 0,(g) 30

4 J Hoeweel stof ontstaat en verdwijnt? Leerstof 23 a De totale massa van alle stoffen voor de reactie is gelijk aan de totale massa van alle stoffen na de reactie. Stoffen reageren in een vaste massaverhouding met elkaar. 24 Als je van een van de reagerende stoffen meer neemt dan volgens de massaverhouding nodig is, houd je van die stof na afloop iets over. Dat noemen we de overmaat. Toepassing 25 a Ja, want de hoeveelheid stof verandert niet. Ja, want de hoeveelheden van de stoffen veranderen niet. c Ja, want de hoeveelheden van de stoffen veranderen niet. 26 a Ze zal zien dat de alans verstoord wordt. Bij de verranding ontstaan gassen die verdwijnen. De weegschaal met de kaars wordt lichter en zal dus gaan stijgen, 1 De alans lijft in evenwicht, omdat de verrandingsgassen niet kunnen ontsnappen. 2 De kaars gaat na korte tijd uit, omdat de zuurstof opraakt. 27 a Ze heeft 36,90-33,50 = 3,40 g suiker afgewogen. Er is 34,93-33,50 = 1,43 g koolstof overgeleven. c Het massa% koolstof is 1,43/3,40 100% = 42,0 massa%. 28 a 3 g magnesium reageert met 2 g zuurstof, dus 6 g magnesium reageert met 4 g zuurstof. Er ontstaat dan 10 g magnesiumoxide (wet van ehoud van massa). c Uit 6 g magnesium ontstaat 10 g magnesiumoxide. Het massa% Mg is dus: 6/10 100% = 60%. 29 a 30 a De totale massa voor de reactie is 23 g; de totale massa van de reactieproducten is 23 g. Deze massa's zijn aan elkaar gelijk, dus zijn alle eginstoffen verdwenen. Gegeven is dat 20 g koperoxide en 3 g koolstof volledig met elkaar reageren. Dan zal 10 g koperoxide met 1,5 g koolstof volledig reageren. Er lijft dan 1,5 g koolstof over. Uit 1,0 g waterstof en 8,1 g zuurstof ontstaat 9,1 g water. Het massa% waterstof in water is: 1,0/9,1 100% = 11%. Het massapercentage zuurstof is dan 89%. Uit 10 g water ontstaat dan 11/ = l,lg waterstof en 10-1,1 = 8,9 g zuurstof. 2 H 2 0(l) -> 2 H 2 (g) (g) Plus Blikje koffie 31 a Ca0(s) + H 2 0(l) -» Ca(0H) 2 (s) c d Er komt warmte vrij, want de temperatuur stijgt, dus is het een exotherme reactie. calciumoxide Blussen doe je vaak met water. Als ongeluste kalk water indt, ontstaat geluste kalk. 31

5 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Chemische reacties 32 Om de koffie en het lik 1 C in temperatuur te doen stijgen, is 3,6 kj nodig. Om de temperatuur 40 graden (van 20 C naar 60 C) te laten stijgen, is 40 x 3,6 kj = 144 kj nodig. Per gram CaO komt 1,16 kj vrij. Voor 144 kj is 144 kj : 1,16 J/g = 124 g CaO(s) nodig. 124 g CaO(s) reageert met (124 g/3,1) x 1,0 = 40 g H 2 0(l). In het likje zit dus 124 g CaO(l) en 40 g H 2 0(l). JL Explosief materiaal Leerstof 33 a Men noemt het ook wel springstoffen of ontplofare stoffen. De tijdsduur van de reactie is zeer kort. c nitroglycerine d Men lost de explosieve stof op in een poreuze vaste stof zoals zaagsel. e een ontledingsreactie f Er is onvoldoende zuurstof aanwezig om alle koolstof om te zetten in koolstofdioxide Semtex is plastisch, dus kneedaar. 2 Semtex is al in kleine hoeveelheden erg doeltreffend. 35 a 4 C 3 H 5 N (s) -> 12 C0 2 (g) + 10 H 2 0(g) + 6 N 2 (g) (g) 4 C 7 H 5 N (s) -» 21 C(s) + 7 C0 2 (g) + 10 H 2 0(g) + 6 N 2 (g) c 2 C 5 H 8 N (s) -> 10 C0 2 (g) + 4 H 2 0(g) + 4 N 2 (g) Toepassing 36 a De energie die vrijkomt, doet dat in een fractie van een seconde, waardoor in korte tijd een geweldige uitzetting (expansie) optreedt. Als ij een reactie het reactiefront sneller gaat dan het geluid. c Brisantie is het verrijzelend effect van de explosie. 37 a De snelheid van het geluid is 340 m/s. Berekening: 5 km/s = 5000 m/s dus 5000/340 = 15 x zo groot. Bij 7 km/s zelfs 7000/340 = 21 x zo groot, c De snelheid is dan 5 x 3600 = km/h, of 7 x 3600 = km/h. 38 a Laag: er is dan maar heel weinig (energie) voor nodig om de reactie te starten. Het aanraken kan al voldoende zijn. Bij nitroglycerine ijvooreeld een kleine stoot of wrijving. Bij weer andere explosieven een flinke mechanische schok, elektrostatische ontlading of een kleine explosie. 39 a Bij temperaturen oven 35 C gaat dynamiet zweten. Dat etekent dat de nitroglycerine als vloeistof vrijkomt. Nitroglycerine is een zeer schokgevoelige stof. Een gas neemt meer ruimte in dan een vloeistof of vaste stof. En als die gassen ook eens verhit worden, krijg je nog een grotere uitzetting. 32

6 40 a erekening: 1 kg = 1/1,7 = 0,59 L Berekening: het volume neemt toe van 0,59 L naar 9000 L, dus 9000/0,59 = x groter. c De temperatuurstijging, want daardoor stijgt het volume van 650 L naar 9000 L. Deze volumetoename is groter dan het ontstaan van 650 L gas. PlHS TNT als eenheid van energie 41 a energiedichtheid TNT = 1100 kcal/kg, ofwel 4,6 MJ/kg Hierdoor krijg je voor kcal/kg een mooi rond getal. c erekening: 1000 kcal = 1 miljoen cal. 4,2 MJ = 4,2 miljoen J. Dus 1 cal komt overeen met 4,2 J. 42 a erekening: 20 kt = 20/1000 = 0,02 MT; 0,02 MT = 0,02/1000 = 0, GT Je krijgt dan een mooi (klein) getal, zonder getal achter de komma. 43 a 20 kt komt overeen met 20 miljoen kg, dus 20 miljoen x 4,2 MJ = 84 miljoen MJ. 50 MT komt overeen met 50 miljard kg, dus 50 miljard x 4,2 MJ = 210 miljard MJ.

7 TEST JEZELF Hoofdstuk 3 Chemische reacties Test Jezelf 2 B 3 A 6 A 7 C 8 D 9 B Toelichting: 5 g calciumromide ontstaat uit 1 g calcium en 4 g room. Massa% calcium = 1/5 100% = 20%. 10 A Toelichting: 2 g aluminium en 7 g chloor reageren met elkaar tot 9 g aluminiumchloride. Voor 90 g aluminiumchloride he je dan 20 g aluminium en 70 g chloor nodig. 11 D Toelichting: 200 g water evat 88,8% zuurstof = 88,8/ = 177,6 g. 12 C Toelichting: C 18 H (s) (g) -> 18 C0 2 (g) + 18 H 2 0(g) 13 B 14 B 15 a Er is voor de reactie zonlicht (= energie) nodig, dus de reactie is endotherm. De reactie stopt dan. c 6 C0 2 (g) + 6 H 2 0(l) -> C 6 H (s) (g) 16 a 2 CuS(s) (g) -> 2 Cu0(s) + 2 S0 2 (g) 2 S0 2 (g) (g) -> 2 S0 3 (g) c 2 C0(g) (g) -> 2 C0 2 (g) d 2 Fe(s) + 3 Br 2 (l) -» 2 FeBr 3 (s) e 2 P 2 S 5 (s) (g)-> 2 P (s) + 10 S0 2 (g) 17 a 2 Al(s) + 3 Cl 2 (g) -» 2 AlCl 3 (s) Martijn heeft geen gelijk. Uit 9 g eginproducten ontstaat 8,8 g reactieproduct en lijft er 0,2 g eginstof over. Totaal dus ook weer 9 g. c Er lijft 0,2 g aluminium over, dus er heeft 1,8 g aluminium met 7 g chloor gereageerd. d In 8,8 g reactieproduct zit 1,8 g aluminium en 7 g chloor. Massa% aluminium = 1,8/8,8 100% = 20,5%. Dus dan ,5 = 79,5% chloor. 34

8 { 18 a 2 C(s) + Ti0 2 (s) + 2 Cl 2 (g) -> 2 C0(g) + TiCl 4 (s) I TiCL(s) + 2 Mg(s) -> Ti(s) + 2 Mgü 2 (s) c Uit 100 g titaanoxide kun je 237,4 g titaanchloride maken. Er zit 25,25% titaan in TiCl 4. Dus 25,25/ ,4 = 59,9 g titaan. 19 a door middel van een schok, een elektrische ontlading of een kleine explosie In zeer korte tijd ontstaat ij de explosie zeer veel gas en zeer veel energie, waardoor een geweldige uitzetting optreedt, c 4 NH 4 Cl0 4 (s) -> 2 N 2 (g) + 4 HCl(g) (g) + 6 H 2 0(g) 20 1 alle drie evatten ze dezelfde atoomsoorten; 2 alle drie zijn het ontledingsreacties; 3 alle drie leveren in korte tijd heel veel energie; 4 alle drie geven ij ontleding heel veel gasvormige reactieproducten

9 EXTRA BASISSTOF Hoofdstuk 3 Chemische reacties C De ruimte in 1 Satellieten worden geruikt voor oservaties op aarde, ijvooreeld voor militaire doeleinden; voor het verrichten van metingen aan de dampkring, ijvooreeld onderzoek aan de ozonlaag; voor navigatie door middel van GPS (Gloal Positioning System); voor communicatiedoeleinden. 2 a ongeveer km/uur ontsnappingssnelheid 3 a Boosters zijn hulpraketten die voor het grootste deel van de stuwkracht zorgen. Boosters evatten een mengsel van ammoniumperchloraat, NH 4 Cl0 4 (s), en aluminium. 4 a waterstof en zuurstof het hete verrandingsgas dat de raket via een straalpijp aan de onderkant verlaat 5 a Vooreelden van ruimteafval zijn oude ruimtevaartuigen, oude satellieten, raketonderdelen en rokstukken van uiteengevallen ruimtevaartuigen. Als je uitgaat van het gezamenlijke oppervlak van alle satellieten, dan is de gemiddelde tijd tussen otsingen met gevolg ongeveer tien jaar. 6 a ammoniumperchloraat zuurstof 7 6 NH 4 Cl0 4 (s) + 10 Al(s) -> 5 Al (s) + 6 HCl(g) + 3 N 2 (g) + 9 H 2 0(g) 36 8 a ongeveer 2 minuten Ammoniumperchloraat en aluminium reageren in de massaverhouding 2,6 : 1. Dus per ton aluminium is er 2,6 ton ammoniumperchloraat aanwezig. Het massapercentage ammoniumperchloraat in de ooster is dus 2,6/3,6 100% = 72,2%. 270 ton mengsel evat 72,2/ = 195 ton ammoniumperchloraat en dus 75 ton aluminium. c Anders lijft een overmaat van een van de stoffen over. Deze massa moet ook omhooggestuwd worden. 9 a De afstand van 60 km (= m) wordt afgelegd in 2 minuten (= 120 seconden). De gemiddelde snelheid = /120 = 500 m/s. 270 ton = kg die in 120 s wordt omgezet. Dat etekent /120 = 2250 kg/s. c Dat klopt, want gemiddeld wordt gedurende de eerste 2 minuten 2250 kg/s omgezet. Deze stof verlaat via de straalpijpen de raket, waardoor de raket per seconde deze massa verliest. 10 a 2 H 2 (g) (g) -> 2 H 2 0(g) Gassen nemen een veel groter volume in dan vloeistoffen. Je zou veel grotere tanks nodig heen die ook nog eens zwaarder zijn. 11 a C 2 H 6 0(l) (g)-> 2 C0 2 (g) + 3 H 2 0(g) stikstofdioxide c N 2 H 4 (L) -> N 2 (g) + 2 H 2 (g) d Het is een ontledingsreactie, want uit één stof ontstaan twee nieuwe stoffen. e De katalysator dient om de ontleding van hydrazine te versnellen.