Inleiding 15. Inleidende oefeningen Basisbegrippen fysica en wiskunde 17

Transcriptie

1 Inhoud Inleiding 15 Inleidende oefeningen Basisbegrippen fysica en wiskunde 17 Reeks I.1: wiskunde 17 Reeks I.2: fysica 19 Reeks I.3: gemengd 19 Antwoorden 21 Hoofdstuk 1 De samenstelling van de materie 23 Indeling van de materie, fysische en chemische processen 23 Reeks 1.1: indeling van de materie 23 Reeks 1.2: symbolische, submicroscopische en macroscopische beschrijving 24 Reeks 1.3: fysische en chemische processen 25 Atomen 25 Reeks 1.4: massawetten en atoomtheorie van Dalton 25 Reeks 1.5: samenstelling en eigenschappen van atomen 26 Reeks 1.6: absolute en relatieve atoommassa 27 Reeks 1.7: isotopenverdeling 28 Zuivere stoffen 29 Reeks 1.8: chemische formule en moleculemassa 29 Reeks 1.9: verband tussen massa, mol en aantal deeltjes 30 Reeks 1.10: samenstelling van zuivere stoffen 31 Reeks 1.11: moleculeformule afleiden uit samenstelling 32 Reeks 1.12: moleculeformule afleiden uit massa s 33 Reeks 1.13: moleculeformule afleiden door verbranding 33 Reeks 1.14: calcium in de voeding 34 Mengsels 35 Reeks 1.15: samenstelling van vaste mengsels 35 Reeks 1.16: samenstelling van vloeibare mengsels 36 Reeks 1.17: samenstelling van gasmengsels 37 Reeks 1.18: molariteit van oplossingen 38 Reeks 1.19: oplossingen verdunnen en verdelen 39 Reeks 1.20: oplossingen verdunnen en verdelen 40 Reeks 1.21: oplossingen bereiden 40 Reeks 1.22: oplossingen bereiden 41 Antwoorden 42 Uitgewerkte antwoorden 48

2 6 inhoud Hoofdstuk 2 De atoomstructuur en de periodieke eigenschappen 57 Atoomstructuur 57 Reeks 2.1: het kwantummechanisch atoommodel 57 Reeks 2.2: golffuncties en atoomorbitalen 58 Reeks 2.3: energieveranderingen in waterstof en ionen met één elektron 59 Reeks 2.4: absorptie- en emissiespectrum van waterstof en ionen met één elektron 60 Reeks 2.5: polyelektronische atomen, elektronenconfiguraties 60 Reeks 2.6: elektronenconfiguraties van ionen 61 Periodieke eigenschappen 62 Reeks 2.7: tabel van Mendeljev, valentie-elektronen 62 Reeks 2.8: effectieve kernlading 63 Reeks 2.9: atoomstraal 63 Reeks 2.10: ionisatie-energie 64 Reeks 2.11: elektronenaffiniteit en elektronegativiteit 65 Reeks 2.12: periodieke eigenschappen, samenvatting 66 Antwoorden 67 Uitgewerkte antwoorden 73 Hoofdstuk 3 De chemische binding algemene begrippen 75 Ionbinding 76 Reeks 3.1: elektronenconfiguraties van ionen 76 Reeks 3.2: energieverandering 76 Reeks 3.3: roosterenergie 77 Covalente binding 78 Reeks 3.4: bindingsenergie 78 Reeks 3.5: Lewisformules 79 Reeks 3.6: meer dan 8 valentie-elektronen 80 Reeks 3.7: resonantie 81 Reeks 3.8: bindingslengte 82 Reeks 3.9: bindingsenergieën en energieveranderingen 82 Moleculaire geometrie 83 Reeks 3.10: het VSEPR-model 83 Reeks 3.11: geometrie van moleculen van de vorm XY n E m 84 Reeks 3.12: geometrie afleiden uit Lewisformule 85 Reeks 3.13: bindingshoek 86 Reeks 3.14: geometrie en polariteit 87 Reeks 3.15: ionische stoffen met polyatomische ionen 88 Antwoorden 88 Uitgewerkte antwoorden 95

3 inhoud 7 Hoofdstuk 4 De chemische binding orbitalen 103 Valentiebindingtheorie 103 Reeks 4.1: basisbegrippen 103 Reeks 4.2: hybridisaties 104 Reeks 4.3: hybridisatie, structuur en geometrie 105 Reeks 4.4: overlappingen 105 Reeks 4.5: ruimtelijke voorstelling van orbitalen en bindingen 106 Reeks 4.6: hybridisaties in complexen 107 Reeks 4.7: hybridisatie en resonantie 108 Reeks 4.8: overlappingsgraad en bindingssterkte 109 Molecuulorbitaaltheorie 110 Reeks 4.9: homonucleaire diatomische moleculen en ionen 110 Reeks 4.10: heteronucleaire diatomische moleculen en ionen 111 Reeks 4.11: polyatomische moleculen en ionen 112 Reeks 4.12: metalen 113 Reeks 4.13: octaëdrische complexen en ligandveldtheorie 113 Reeks 4.14: hemoglobine 114 Antwoorden 114 Uitgewerkte antwoorden 121 Hoofdstuk 5 Intermoleculaire krachten 129 Reeks 5.1: intermoleculaire interacties 129 Reeks 5.2: waterstofbruggen 130 Reeks 5.3: interacties in vloeistoffen 131 Reeks 5.4: interacties in vaste stoffen 132 Reeks 5.5: interacties in oplossingen 133 Reeks 5.6: natuurlijke fasetoestand van stoffen 133 Antwoorden 134 Uitgewerkte antwoorden 136 Hoofdstuk 6 De chemische reactie 139 Reeks 6.1: reactievergelijkingen balanceren 139 Reeks 6.2: reactievergelijkingen schrijven en balanceren 140 Reeks 6.3: ionische reactievergelijkingen schrijven en balanceren 142 Reeks 6.4: reactievergelijkingen aanvullen en balanceren 142 Antwoorden 143 Uitgewerkte antwoorden 144

4 8 inhoud Hoofdstuk 7 Zuurbasereacties 147 Zuren en basen 147 Reeks 7.1: Brønsted-Lowry en Lewis zuren en basen 147 Reeks 7.2: namen en formules 148 Reeks 7.3: geconjugeerde zuurbasekoppels 149 Reeks 7.4: verband tussen zuurheid en moleculaire structuur 149 Reeks 7.5: verband tussen basiciteit en moleculaire structuur 151 Reeks 7.6: relatieve sterkte van zuren en basen 151 Reeks 7.7: voorkomen in oplossing 152 Zuurbasereacties 152 Reeks 7.8: zuurbasereactievergelijkingen 152 Reeks 7.9: de richting van zuurbasereacties 153 Aanverwante verbindingen 154 Reeks 7.10: zouten 154 Reeks 7.11: oxiden en hydroxiden 155 Reeks 7.12: zuurhalogeniden 156 Kwalitatieve analyse met zuurbasereacties 156 Reeks 7.13: kwalitatieve analyse van oxiden, hydroxiden en zouten 156 Antwoorden 157 Uitgewerkte antwoorden 161 Hoofdstuk 8 Oxidoreductiereacties 165 Oxidatie en reductie 165 Reeks 8.1: oxidatietrappen afleiden 165 Reeks 8.2: oxidatie en reductie, halfreacties 166 Reeks 8.3: reductiepotentiaal en Nernstvergelijking 167 Oxidoreductiereacties 168 Reeks 8.4: oxidoreductiereacties herkennen 168 Reeks 8.5: oxidoreductiereacties aanvullen 168 Reeks 8.6: oxidoreductiereacties schrijven en aanvullen 169 Reeks 8.7: de richting van oxidoreductiereacties 170 Reeks 8.8: oxidoreductiereacties afleiden uit standaardreductiepotentialen 171 Reeks 8.9: oxidoreductiereacties afleiden uit standaardreductiepotentialen 171 Reeks 8.10: auto-oxidoreductiereacties 172 Reeks 8.11: wetenswaardige oxidoreductiereacties 173 Reeks 8.12: voedselbederf door oxidoreductie 174 Kwalitatieve analyse met oxidoreductiereacties 176 Reeks 8.13: kwalitatieve analyse van metalen 176 Reeks 8.14: kwalitatieve analyse van oxiden 176 Reeks 8.15: kwalitatieve analyse van zouten 177 Antwoorden 178 Uitgewerkte antwoorden 183

5 inhoud 9 Hoofdstuk 9 Neerslag- en complexatiereacties 191 Oplosbaarheid en neerslagreacties 191 Reeks 9.1: oplossen 191 Reeks 9.2: neerslagreacties 192 Coördinatieve verbindingen en complexatiereacties 193 Reeks 9.3: coördinatieve verbindingen 193 Reeks 9.4: namen en formules 194 Reeks 9.5: complexatiereacties 195 Reeks 9.6: isomerie bij complexen 195 Kwalitatieve analyse met neerslag- en complexatiereacties 196 Reeks 9.7: kwalitatieve analyse van oxiden en zouten 196 Antwoorden 197 Uitgewerkte antwoorden 199 Hoofdstuk 10 Stoichiometrie 203 Stoichiometrische berekeningen 203 Reeks 10.1: verband tussen de hoeveelheden reagentia en reactieproducten 203 Reeks 10.2: mindermaat en overmaat 204 Reeks 10.3: het reactierendement 205 Reeks 10.4: berekeningen met concentraties 206 Reeks 10.5: berekeningen met meerdere reacties 207 Reeks 10.6: moleculeformule afleiden met stoichiometrische berekeningen 208 Reeks 10.7: moleculeformule afleiden met stoichiometrische berekeningen 209 Reeks 10.8: samenstelling van mengsels afleiden met stoichiometrische berekeningen 210 Equivalenten en normaliteit 211 Reeks 10.9: equivalenten 211 Reeks 10.10: normaliteit van oplossingen 212 Titraties 213 Reeks 10.11: rechtstreekse zuurbasetitraties 213 Reeks 10.12: rechtstreekse neerslag- en complexometrische titraties 214 Reeks 10.13: rechtstreekse oxidoreductietitraties 214 Reeks 10.14: analysen met twee rechtstreekse titraties 215 Reeks 10.15: onrechtstreekse titraties 216 Reeks 10.16: onrechtstreekse titraties 218 Reeks 10.17: terugtitraties 219 Berekeningen met de ideale gaswet 221 Reeks 10.18: de dichtheid van gassen 221 Reeks 10.19: gasvolume en druk berekenen met de gaswet 221 Reeks 10.20: stoichiometrische berekeningen aangevuld met de gaswet 222 Antwoorden 224 Uitgewerkte antwoorden 228

6 10 inhoud Hoofdstuk 11 De thermodynamica van de chemische reactie 239 Warmte en arbeid 239 Reeks 11.1: uitwisseling van warmte 239 Reeks 11.2: expansie-arbeid 240 Enthalpie 241 Reeks 11.3: standaardenthalpieverandering 241 Reeks 11.4: enthalpieverandering berekenen uit experimentele gegevens 241 Reeks 11.5: enthalpieverandering berekenen uit bindingsenergieën en atomaire eigenschappen 242 Reeks 11.6: enthalpieverandering berekenen uit standaardvormingsenthalpieën 243 Reeks 11.7: standaardvormingsenthalpie berekenen uit verbrandingsenthalpie 244 Reeks 11.8: enthalpieveranderingen combineren, wet van Hess 245 Reeks 11.9: enthalpieveranderingen opzoeken en berekenen 246 Reeks 11.10: enthalpiediagrammen 247 Entropie 249 Reeks 11.11: entropie als een maat voor spreiding van materie en energie 249 Reeks 11.12: entropieverandering voor fysische processen 250 Reeks 11.13: entropieverandering voor chemische reacties 250 Vrije energie 251 Reeks 11.14: vrije energie en spontaneïteit 251 Reeks 11.15: standaardvrije-energieverandering berekenen uit standaardvrije-energieën van vorming 251 Reeks 11.16: standaardvrije-energieverandering berekenen uit standaardvormingsenthalpieën en standaardentropieën 252 Reeks 11.17: invloed van de temperatuur op de vrije-energieverandering 253 Antwoorden 256 Uitgewerkte antwoorden 261 Hoofdstuk 12 De kinetica van de chemische reactie 267 De reactiesnelheid en de snelheidsvergelijking 267 Reeks 12.1: reactiesnelheid 267 Reeks 12.2: snelheidsvergelijking afleiden uit initiële snelheden 268 Reeks 12.3: reactieorde, snelheidsconstante en halveringstijd 269 Reeks 12.4: concentraties berekenen met de snelheidsvergelijking 270 Reeks 12.5: reactietijden berekenen met de snelheidsvergelijking 271 Reeks 12.6: kinetische gegevens afleiden uit concentratie-tijdgegevens 271 De vergelijking van Arrhenius 274 Reeks 12.7: invloed van de temperatuur 274 Reeks 12.8: activeringsenergie berekenen met de vergelijking van Arrhenius 274

7 inhoud 11 Reeks 12.9: kinetische gegevens berekenen met de activeringsenergie 276 Theoretische modellen 277 Reeks 12.10: botsingstheorie 277 Reeks 12.11: theorie van de transitietoestand 278 Het reactiemechanisme 278 Reeks 12.12: kinetica en reactiemechanisme 278 Reeks 12.13: katalyse 281 Antwoorden 281 Uitgewerkte antwoorden 285 Hoofdstuk 13 Het chemisch evenwicht algemene principes 291 De evenwichtsconstante, de omzettingsgraad, de samenstelling van het evenwichtsmengsel 291 Reeks 13.1: evenwichtsconstante en omzettingsgraad 291 Reeks 13.2: verband tussen evenwichtsconstanten van verschillende reacties 292 Reeks 13.3: evenwichtsconstante en omzettingsgraad berekenen uit samenstelling bij evenwicht 293 Reeks 13.4: samenstelling bij evenwicht berekenen uit evenwichtsconstante 294 Reeks 13.5: druk bij evenwicht berekenen uit evenwichtsconstante 295 Evenwicht en thermodynamica 296 Reeks 13.6: verband tussen G, G 0 en samenstelling van het reactiemengsel 296 Reeks 13.7: de thermodynamische evenwichtsconstante 297 De invloed van temperatuur, druk en concentraties 298 Reeks 13.8: kwalitatieve beschrijving van de invloed van temperatuur en druk 298 Reeks 13.9: temperatuur van evenwichtstoestand berekenen 300 Reeks 13.10: thermodynamische gegevens berekenen uit de invloed van de temperatuur 300 Reeks 13.11: evenwicht verschuiven door druk- of volumeverandering 302 Reeks 13.12: evenwicht verschuiven door concentratieverandering 303 Antwoorden 304 Uitgewerkte antwoorden 306 Hoofdstuk 14 Het zuurbase-evenwicht 315 Zuurbase-evenwichten in water 315 Reeks 14.1: zuurbase-evenwichten herkennen 315 Reeks 14.2: evenwichtsconstanten van zuurbasereacties in water 316 Reeks 14.3: verband tussen evenwichtsconstante en sterkte van zuren en basen 317

8 12 inhoud De ph van waterige oplossingen van zuivere zuren, basen of zouten 318 Reeks 14.4: invloed van zuren, basen en zouten op de ph 318 Reeks 14.5: ph van oplossingen van zuren, basen of zouten berekenen 319 Reeks 14.6: evenwichtsconcentraties in oplossingen van polyprotische zuren berekenen 320 Reeks 14.7: ionisatieconstante en omzettingsgraad berekenen uit de ph 320 De ph van mengsels van zuren, basen en zouten in water 321 Reeks 14.8: invloed van mengsels op de ph 321 Reeks 14.9: ph van mengsels met twee componenten berekenen 322 Reeks 14.10: ph van mengsels met drie componenten berekenen 322 Reeks 14.11: samenstelling van mengsels berekenen uit de ph 323 Buffers 324 Reeks 14.12: buffers herkennen 324 Reeks 14.13: ph van buffers berekenen 324 Reeks 14.14: samenstelling van buffers afleiden uit de ph 325 Reeks 14.15: bufferoplossingen bereiden 326 Reeks 14.16: bufferoplossingen bereiden door reactie in twee stappen 327 Reeks 14.17: ph-verandering bij toevoegen van sterk zuur of sterke base 327 Reeks 14.18: samenstelling van buffers afleiden uit ph-verandering 329 Zuurbasetitraties 330 Reeks 14.19: ph-berekeningen in de loop van zuurbasetitraties 330 Reeks 14.20: titratiecurven 331 Reeks 14.21: zuurbase-indicatoren 333 Reeks 14.22: uitgebreide oefeningen 333 Antwoorden 335 Uitgewerkte antwoorden 341 Hoofdstuk 15 Het oplosbaarheids- en het complexatie-evenwicht 353 Evenwichten met metaalionen in water 353 Reeks 15.1: oplosbaarheid en oplosbaarheidsproduct 353 Reeks 15.2: neerslagvorming 354 Reeks 15.3: complexatie-evenwicht 355 Het gelijkioneffect en de invloed van andere evenwichten op het oplosbaarheidsevenwicht en het complexatie-evenwicht 356 Reeks 15.4: het gelijkioneffect 356 Reeks 15.5: invloed van zuurbasereacties op de oplosbaarheid 356 Reeks 15.6: neerslagvorming door zuurbasereactie 357 Reeks 15.7: neerslag oplossen door zuurbasereactie 357 Reeks 15.8: neerslag oplossen door complexatiereactie 358 Reeks 15.9: neerslag of complex omzetten in andere neerslag of complex 359 Reeks 15.10: neerslagvorming en complexatie met hetzelfde anion 360

9 inhoud 13 Neerslag- en complexatiereacties in de chemische analyse 361 Reeks 15.11: ionen scheiden en onderscheiden door selectieve neerslagvorming 361 Reeks 15.12: oplosbaarheid van metaalsulfiden 362 Neerslagtitraties en complexometrische titraties 363 Reeks 15.13: neerslagtitraties 363 Reeks 15.14: complexometrische titraties 364 Antwoorden 365 Uitgewerkte antwoorden 368 Hoofdstuk 16 Het oxidoreductie-evenwicht en elektrochemie 377 Redoxkoppels, halfreacties en standaardreductiepotentialen 378 Reeks 16.1: relatie tussen standaardreductiepotentialen van verschillende koppels 378 Reeks 16.2: halfreacties met weinig oplosbaar elektrolyt 378 Reeks 16.3: halfreacties met complex 379 Het oxidoreductie-evenwicht 380 Reeks 16.4: evenwichtsconstanten van redoxreacties berekenen uit standaardreductiepotentialen 380 Reeks 16.5: berekeningen met evenwichtsconstanten van redoxreacties 381 Galvanische cellen, celpotentialen 382 Reeks 16.6: galvanische cellen 382 Reeks 16.7: standaardcelpotentiaal berekenen 383 Reeks 16.8: celpotentiaal berekenen 383 Oxidoreductietitraties 384 Reeks 16.9: potentiaalberekeningen in de loop van redoxtitraties 384 Reeks 16.10: titratiecurven van redoxtitraties en redoxindicatoren 385 Potentiometrische metingen 386 Reeks 16.11: meetelektroden en referentie-elektroden 386 Reeks 16.12: oplosbaarheidsproduct potentiometrisch bepalen 387 Reeks 16.13: stabiliteitsconstante potentiometrisch bepalen 387 Reeks 16.14: ionisatieconstante potentiometrisch bepalen 388 Elektrolyse 389 Reeks 16.15: elektrolysereacties 389 Reeks 16.16: de stoichiometrie van elektrolysereacties 390 Antwoorden 391 Uitgewerkte antwoorden 394