voorbeeldhoofdstuk havo scheikunde

Transcriptie

1 voorbeeldhoofdstuk havo scheikunde

2 havo scheikunde Dr. J.R. van der Vecht Dr. C. Ris

3 Voorwoord Beste docent, Voor u ligt een deel van de nieuwe Samengevat havo scheikunde. Dit katern bevat een voorbeeldhoofdstuk, waarmee u een goede indruk krijgt van de vernieuwde uitgave. In de zomer van 2008 verschijnt de complete Samengevat. De inhoudsopgave hiervan vindt u ook in dit katern. Uw examenleerlingen kunnen zich met de meest actuele Samengevat voorbereiden op hun examen in 2009! De belangrijkste wijziging in de nieuwe Samengevat is de aanpassing aan het examenprogramma dat vanaf 2007 van kracht is. Daarnaast zijn nog andere verbeteringen doorgevoerd: Examenbundel en Samengevat zijn nog beter op elkaar afgestemd, doordat de hoofdstukindeling gelijk loopt. Het lettertype is aangepast om de leesbaarheid te vergroten. De onderwerpen voor het schoolexamen worden apart aangegeven. De didactische scheiding tussen de schematische theorie op de linker pagina en de toelichting en voorbeelden op de rechter pagina is duidelijker, mede door gebruik van een steunkleur. De tabellen zijn van kleur voorzien voor een betere leesbaarheid. Heeft u vragen over Samengevat en/of Examenbundel? Neem dan contact op met Anja Haggeman van Docentenlijn via telefoonnummer Ik wens u veel succes met de beoordeling van dit katern. Bent u enthousiast en wilt u de complete Samengevat ontvangen zodra het van de drukpers rolt? Mail dan uw gegevens naar: info.avo@thiememeulenhoff.nl en vermeld welke uitgave van Samengevat u wilt ontvangen. Judith ten Brummelhuis Uitgever Examentraining Zutphen, januari 2008

4 inhoud (met verwijzing naar het examenprogramma) voorwoord hoe werk je met dit boek 1 Stoffen (domein B + subdomein A1,2) 2 Reacties (domein E) 3 Koolstofchemie en biochemie (domeinen C en D) 4 Zuren en basen (domein G) 5 Redox (domein H) 6 Chemie en milieu (domein F) 7 Vaardigheden (delen van domein A) trefwoordenregister overzicht van formules en namen

5 begrippen en relaties 1 2 Reacties kenmerken van reacties ontstaan van nieuwe stoffen reactieproducten worden gevormd uit beginstoffen hergroepering van atomen atomen gaan niet verloren hieruit volgt vaste massaverhouding van beginstoffen molecuulsamenstelling van reactieproduct bepaalt hoeveel van elk van de atomen nodig is wet van massabehoud massa voor de reactie is gelijk aan massa na de reactie reactievergelijking beschrijft reactie op atomaire schaal reactiepijl geeft omzetting aan temperatuureffect op reactiesnelheid * ook andere factoren beïnvloeden reactiesnelheid energie-effect * vorming van stoffen kost energie of levert energie op soorten reacties ontledingsreacties van verbindingen thermolyse ontleding door verhitting elektrolyse ontleding door elektrische stroom fotolyse ontleding door (ultraviolet) licht neerslagreacties ontstaan van onoplosbare zouten bij mengen van zoutoplossingen (in water) als gevolg van slecht oplosbare negatieve ionen zie ook Binas tabel 45A carbonaten behalve die van Na + en K + fosfaten behalve die van Na + en K + sulfieten behalve die van Na + en K + sulfiden hierop zijn meerdere uitzonderingen hydroxiden behalve die van Na +, K +, Ca 2+ en Ba 2+ slecht oplosbare positieve ionen zie ook Binas tabel 45A zilverzouten behalve het nitraat en acetaat kwikzouten behalve het nitraat en acetaat loodzouten behalve het nitraat, acetaat, chloride en bromide zuur-basereacties zie hoofdstuk 4 redoxreacties zie hoofdstuk 5; ook verbrandingsreacties behoren hiertoe bepaalde reacties van koolstofverbindingen zie hoofdstuk 3 * Dit onderwerp wordt uitsluitend geëxamineerd tijdens het schoolexamen. O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02L.doc /5

6 toelichting 1 wet van behoud van massa De totale massa van de stoffen na een reactie (reactieproducten) is gelijk aan de totale massa van de stoffen vóór de reactie (beginstoffen). reactievergelijking kloppend maken voorbeeld Maak de reactievergelijking NH 3 + NO 2 N 2 + H 2 O kloppend. Het maakt niet zoveel uit met welke atoomsoort je begint, als je stoffen die uit één atoomsoort bestaan, zoals N 2, maar tot het laatst bewaart. - Bv. eerst O kloppend maken; dan H kloppend maken: 4 NH 3 + NO 2 N H 2 O - O opnieuw aanpassen: 4 NH NO 2 N H 2 O - Tenslotte N kloppend maken (rechts keer N 2). - Alle coëfficiënten verdubbelen: 8 NH NO 2 7 N H 2 O constante massaverhouding De verhouding tussen de massa's van reagerende stoffen is voor een bepaalde reactie constant. Voorbeeld: 1,0 g H 2 reageert volledig en explosief met 8,0 g O 2 (in knalgas is de massaverhouding dus 1 : 8). Alle massa's die aan deze verhouding voldoen, zullen volledig reageren, dus 4,2 g H 2 reageert volledig met 33,6 g O 2. overmaat is de hoeveelheid van een stof die niet reageert. Voorbeeld: Meng 1,0 g H 2 met 10,0 g O 2 en steek dit mengsel aan. 1,0 g H 2 reageert volledig met 8,0 g O 2 (zie boven). In dit geval is er dus een overmaat aanwezig van 10,0 8,0 = 2,0 g O 2. ontledingsreactie is een reactie waarbij één stof wordt omgezet in twee of meer andere stoffen (zie onderstaande voorbeelden). - thermolyse van glyceryltrinitraat (explosief bestanddeel van dynamiet): 4 C 3 H 5 N 3 O 9 12 CO 2 (g) 10 H 2 O(g) 6 N 2 (g) O 2 (g) - elektrolyse van water: 2 H 2 O(l) 2 H 2 (g) O 2 (g) - fotolyse van zilverbromide: 2 AgBr(s) 2 Ag(s) Br 2 (l) neerslagreacties toepassingen - de aanwezigheid aantonen van bepaalde ionen, bv. zilverionen, door aan een oplossing van een zilverzout fosfaationen toe te voegen; er ontstaat dan een geel neerslag van zilverfosfaat: 3 Ag (aq) PO 3 4 (aq) Ag 3 PO 4 (s) - bereiden van zouten door combinatie van twee zoutoplossingen, bv. bariumsulfaat uit oplossingen van barium- en van sulfaationen: Ba 2 (aq) SO 2 4 (aq) BaSO 4 (s) - verwijderen van ionen uit een oplossing door neerslagvorming, bv. van ijzer(iii)ionen uit water bij drinkwaterbereiding: Fe 3 (aq) 3 OH (aq) Fe(OH) 3 (s) - ook het indampen van een oplossing, bv. van een zoutextract, wordt weergegeven als een neerslagreactie: Na (aq) Cl (aq) NaCl(s) Binas: formules van niet-ontleedbare stoffen (40A); formules van ontleedbare stoffen (42, 98) O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02R-.doc /5

7 begrippen en relaties reacties 2 exotherme en endotherme processen * exotherme processen hierbij komt energie vrij bij fase-overgangen stollen, condenseren en rijpen oplossen bv. zwavelzuur of NaOH in water reacties waarbij energie vrijkomt uit de beginstoffen in de vorm van warmte bv. bij verbrandingsreacties elektriciteit bv. bij batterij of accu licht bv. bij vuurwerk of reactie van magnesium met zuurstof endotherme processen hiervoor is voortdurend energietoevoer nodig bij fase-overgangen smelten, verdampen/ koken en vervluchtigen oplossen bv. van NaCl of NH 4 NO 3 in water, reacties waarbij energie wordt opgenomen en opgeslagen in de reactieproducten opgenomen als warmte bv. bij thermolyse van suiker (verkoling) elektriciteit bv. bij opladen accu en elektrolyse van water licht bv. bij fotolyse, fotosynthese en fotografie O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02L.doc /5

8 toelichting 2 exotherme en endotherme processen voorbeelden - fase-overgangen Voor smelten en koken is energie nodig: smelten en koken zijn endotherme processen, bv. het smelten van ijs, H 2 O(s) H 2 O(l) en het koken van water, H 2 O(l) H 2 O(g) Dezelfde energie komt weer vrij als de vloeistof stolt of de damp condenseert, dus stollen en condenseren zijn exotherme processen. - oplossen Als een stof oplost in water is er meestal een warmte-effect. Als een stof endotherm oplost, is warmte nodig. Deze wordt geleverd door het oplosmiddel dat daardoor (enigszins) afkoelt, bv. bij het oplossen van natriumchloride in water: H2O NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) Als een stof exotherm oplost, komt er warmte vrij, waardoor de oplossing warmer wordt. Wordt een kleine hoeveelheid water bij geconcentreerd zwavelzuur gevoegd, dan komt er zoveel warmte vrij, dat het water gaat koken en druppels zwavelzuur kunnen wegspatten! H2O oplosvergelijking: H 2 SO 4 (l) 2 H + (aq) + SO 2 4 (aq) Ook het oplossen van natriumhydroxide is sterk exotherm (NaOH wordt gebruikt als H2O gootsteenontstopper): NaOH(s) Na + (aq) + OH (aq) - reacties Ontledingsreacties zijn in het algemeen endotherm. Vormingsreacties, waarbij uit twee of meer stoffen één product wordt gevormd, verlopen bijna altijd exotherm. Elke verbrandingsreactie is exotherm; het aansteken is alleen nodig om de benodigde ontbrandingstemperatuur te krijgen: de beginstoffen moeten worden geactiveerd. Als het eenmaal brandt, zorgt de vrijkomende warmte voor de benodigde temperatuur. exotherm en endotherm in diagrammen weergegeven exotherme reactie bv. verbranding van methaan endotherme reactie bv. elektrolyse van water E CH O 2 2 H 2 + O 2 E CO H 2 O 2 H 2 O wet van energiebehoud De totale hoeveelheid energie verandert nooit. Wel kan bij een (exotherme) reactie de (chemische) energie die in beginstoffen is opgeslagen, worden omgezet in een andere vorm van energie, bv. warmte. O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02R-.doc /5

9 begrippen en relaties reacties 3 10 reactiesnelheid afhankelijk van soort stoffen bv. ijzer reageert sneller dan koper met zoutzuur concentratie hogere concentratie van de stoffen grotere snelheid verdelingsgraad groter oppervlak van de stoffen grotere snelheid temperatuur hogere temperatuur grotere snelheid katalysator specifiek voor een bepaalde reactie botsende-deeltjesmodel verklaring voor verschillen in reactiesnelheid beschrijft invloed van concentratie hoe groter de concentratie, hoe meer botsingen plaatsvinden verdelingsgraad hoe fijner de stof verdeeld is, hoe groter het contactoppervlak en hoe meer botsingen plaatsvinden temperatuur bepaalt de heftigheid van de botsingen en het aantal botsingen per seconde verandering van concentraties tijdens een reactie concentratie van beginstof(fen) neemt af daardoor afname van reactiesnelheid concentratie van reactieproduct(en) neemt toe O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02L.doc /5

10 toelichting 3 11 reactiesnelheid is maat voor de snelheid waarmee stoffen worden gevormd of omgezet. Het roesten van ijzer is bv. een zeer langzame reactie; een explosie een zeer snelle reactie. katalysator is een stof die de snelheid van een reactie verhoogt, zonder zelf verbruikt te worden. In vergelijking tot de stoffen die reageren, is de hoeveelheid katalysator klein. Door gebruik van een katalysator kan in eenzelfde tijd meer stof geproduceerd worden. botsende-deeltjesmodel beschrijft een reactie als het gevolg van botsingen tussen deeltjes. Slechts een deel van de botsingen leidt tot een reactie; dit noemen we effectieve botsingen. Een grotere reactiesnelheid wordt veroorzaakt door een groter aantal effectieve botsingen, ten gevolge van hogere temperatuur, grotere concentratie en/of grotere verdelingsgraad. beïnvloeding van reactiesnelheid voorbeeld De onderstaande grafieken hebben betrekking op de ontledingsreactie van waterstofperoxide: 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 - in grafiek is de hoeveelheid gevormde zuurstof weergegeven in afhankelijkheid van de reactietijd; de overige grafieken hebben dezelfde schaal. - bij grafiek is de beginconcentratie van H 2 O 2 verdubbeld. Het gevolg is een tweemaal grotere beginsnelheid en twee keer zo veel gevormde zuurstof. - in grafiek is het effect van temperatuurverhoging weergegeven. De zuurstof wordt sneller gevormd, maar de hoeveelheid aan het einde is even groot als in grafiek. Vuistregel voor het effect van temperatuursverhoging op de reactiesnelheid: een reactie verloopt 2 tot 3 maal zo snel bij 10 temperatuurstijging. - grafiek wordt ook verkregen bij toevoeging van een katalysator. ml O 2 ml O 2 ➁ ml O tijd in sec. tijd in sec. tijd in sec. O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02R-.doc /5

11 begrippen en relaties reacties 4 12 rekenen aan reacties indien massa gegeven is en massa gevraagd wordt stel reactievergelijking op bv. A + 3 B 2 C bereken molaire massa's of zoek ze op: M A, M B en M C bepaal molverhouding tussen gegeven en gevraagde stof(fen) uit de reactie bereken massaverhouding m.bv. de molverhouding en de molaire massa's molverhouding = 1 : 3 : 2 in het gegeven voorbeeld massaverhouding = 1 M A : 3 M B : 2 M C vul de molaire massa's in bereken gevraagde massa uit de gegeven massa en de berekende massaverhouding (zie hierboven); controleer significantie voorbeeld in stappen massaverhouding bv. 39 g (gegeven stof) : 120 g (gevraagde stof) massa gegeven stof bv. 12 g massa gevraagde stof stel x g berekening 12 : x = 39 : 120 x = indien aantal mol gegeven is en aantal gram gevraagd wordt stel reactievergelijking op bv. A + 2 B C bepaal molverhouding hier 1 : 2 : = 37 (g) 39 bereken aantal mol uit gegeven aantal mol en molverhouding bereken gevraagd aantal gram aantal mol M = aantal gram; controleer significantie O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02L.doc /5

12 toelichting 4 13 rekenen aan reacties voorbeelden - In welke massaverhouding reageren magnesium en zuurstof met elkaar? - reactievergelijking: 2 Mg + O 2 2 MgO - molverhouding: 2 : 1 - massaverhouding: 2 24,3 : 1 32,0 = 1,52 : 1,00 (3 significante cijfers) - Hoeveel kg aluminium ontstaat door ontleding van 100 kg Al 2 O 3? - reactievergelijking: 2 Al 2 O 3 4 Al + 3 O 2 - molverhouding: 2 : 4 massaverhouding: 2 102=204 : 4 27,0 = gegeven /gevraagd: 100 kg x kg Hieruit volgt: x = = 52,9 er kan (maximaal) 52,9 kg Al ontstaan. 204 snellere methode: M Al2 O 3 = 102 g mol 1 en M Al = 27,0 g mol 1 Het massapercentage van Al in Al 2 O 3 bedraagt 2 27,0 100% = 52,9%. 102 De hoeveelheid Al die kan ontstaan uit 100 kg Al 2 O 3, is 0, = 52,9 kg. - Hoeveel gram zink kan oplossen in 50 L zwavelzuur van 2,08 M? - vereenvoudigde reactievergelijking: Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 (eigenlijke reactie is met losse ionen: Zn + 2 H + Zn 2+ + H 2 ) - molverhouding Zn : H 2 SO 4 = 1 : 1-50 L van 2,08 M zwavelzuur bevat 50 L 2,08 mol L 1 = 104 mol H 2 SO 4 - er kan dus ook 104 mol zink oplossen (zie molverhouding) mol Zn heeft massa van 104 mol 65,4 g mol 1 = 6, g = 6,8 kg Zn (2 significante cijfers) Binas: molaire massa's van veelgebruikte stoffen (40A, 98, 99) O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02R-.doc /5

13 begrippen en relaties reacties 5 14 chemisch evenwicht is altijd dynamisch kenmerken beginstoffen reageren bij reactie naar rechts producten reageren bij reactie naar links onvolledige omzetting reactiemengsel bevat zowel producten als beginstoffen reactiesnelheden naar rechts en links zijn gelijk evenwicht is dynamisch de reacties blijven verlopen, maar de hoeveelheden van de stoffen veranderen niet soorten homogeen evenwicht alle stoffen in dezelfde fase (meestal gas) voorbeeld ammoniakbereiding N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) heterogeen evenwicht stoffen in verschillende fasen voorbeelden vaste stof in evenwicht met gas bv. CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) verdelingsevenwicht stof verdeelt zich over twee oplosmiddelen in een vaste verhouding, bv. jood in water en benzine O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02L.doc /5

14 toelichting 5 15 aflopende reactie of evenwicht? We noemen een reactie aflopend als na verloop van tijd geen beginstoffen meer aanwezig zijn (of, bij een overmaat, tenminste één van de beginstoffen is opgebruikt). Een chemisch evenwicht wordt gekenmerkt door de (blijvende) aanwezigheid van alle deelnemende stoffen, omdat uit de reactieproducten weer beginstoffen worden gevormd. Hetzelfde evenwicht kan dus ook worden bereikt door van de producten uit te gaan. concentraties producten concentraties producten tijd er ontstaat evenwicht tijd beïnvloeding van evenwichtsligging één van de eindproducten wegnemen het evenwicht loopt af naar rechts Bijvoorbeeld de bereiding van ongebluste kalk, CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g), wordt een aflopende reactie als het CO 2 kan ontwijken of wordt afgezogen. De reactie naar links kan niet meer verlopen, waardoor de ontleding volledig verloopt. verdelingsevenwicht van jood - Jood (dat apolair is) lost slecht op in zuiver water, maar (door interactie met I ionen) veel beter in een KI oplossing. Hieruit is jood te verwijderen door extractie met (was)benzine. De verhouding van de concentraties van jood in een bepaalde KI oplossing en in benzine bedraagt bij kamertemperatuur [ I 2 (aq)] : [ I 2 (benzine)] = 1 : 2. Als 6 gram jood in 100 ml KI oplossing wordt gemengd met 100 ml benzine, komt 2 in de 3 benzinelaag, dus 2 6 g = 4 gram jood. In de waterige laag blijft 1 6 = 2 gram jood achter Wat zal het resultaat zijn als de waterige laag (na het verwijderen van de benzinelaag) opnieuw geschud wordt met 100 ml benzine? In de benzinelaag komt dan 2 2 = 1,33 gram jood, in de waterige laag blijft achter: = 0,67 gram jood. 3 - Door herhaald schudden met benzine kan vrijwel alle jood uit het water worden geëxtraheerd. O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\SCHEIKUNDE\ _hsk4sg02R-.doc /5

15 examenbundels - zelfstanding voorbereiden op het examen - examen voorbereiden op basis van persoonlijk studieadvies - stapsgewijs toewerken naar het examenniveau - oefenen met recente examens havo Duits havo Engels havo Frans havo Nederlands havo biologie havo natuurkunde havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo geschiedenis havo M&O examenbundel + samengevat = jouw succesformule samengevat - schematisch overzicht van alle examenstof - beknopte en heldere uitleg - snel en overzichtelijk door te nemen en te herhalen - het perfecte uittreksel havo biologie havo natuurkunde havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo M&O I S B N