Sk-05 Chemische Reacties

Transcriptie

1 Auteurs Laatst gewijzigd Licentie Webadres Jan Lutgerink ; 29 January 2016 CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijsleermiddelenplein. Wikiwijsleermiddelenplein is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt. Stel zo voor iedere onderwijssituatie de optimale leermiddelenmix samen.

2 Inhoudsopgave ipad: afspelen animaties Samenvatting Reacties Chemische reacties Massabehoud en massaverhouding Warmte-effect Reactietypen Ontledingsreacties Ontleding Verbindingen Thermolyse Elektrolyse Fotolyse Elementen Zoektocht naar elementen Enkele elementen Eén atoomsoort, meerdere niet-ontleedbare stoffen Reactievergelijkingen Reactievergelijking Ontledingsreacties Vormingsreacties Verbrandingsreacties Verbrandingen Verbranding Verbrandingswarmte Onvolledige verbranding Bijzondere verbrandingen Toets Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 ipad: afspelen animaties Voor ipad gebruikers: Om de Flash animaties en video s binnen dit arrangement te kunnen afspelen met een ipad bevelen we Photon Flash Player voor ipad aan. Flash Video & Games plus Private Web Browser van Appsverse Inc.,versie 5.0, kost 4,49. Pagina 2

4 Samenvatting Bij een chemische reactie vormen zich één of meer reactieproducten uit één of meer uitgangsstoffen. We beschouwen een chemische reactie macroscopisch en microscopisch. Macroscopisch kijken we naar de eigenschappen van de betrokken stoffen. Microscopisch kijken we naar de moleculen van die stoffen, die bij de reactie verdwijnen en ontstaan. Pagina 3

5 Reacties Een chemische reactie is een proces, waarbij één of meer stoffen verdwijnen en gelijktijdig één of meer stoffen ontstaan. Chemische reacties kunnen we op verschillende manieren indelen naar reactietypen. Bij een chemische reactie gelden de volgende regels of wetten: Wet van behoud van massa (wet van Lavoisier). Stoffen reageren altijd in een vaste massaverhouding (wet van Proust). Elke reactie gaat gepaard met een energie-effect, meestal een warmte-effect. Chemische reacties Video van de reactie van natrium met chloor Bron foto: Petrucci, General Chemistry Een chemische reactie, of kortweg reactie, is een proces waarbij één of meer stoffen verdwijnen en gelijktijdig één of meer nieuwe stoffen ontstaan. Hierbij kan geen materie, geen massa verloren gaan. De vorming van nieuwe stof(fen) is aan te tonen door de stofeigenschappen van de stoffen vóór en na de reactie met elkaar te vergelijken. Reactieschema Pagina 4

6 Een reactieschema is een korte beschrijving van de begintoestand voor de reactie en van de eindtoestand na de reactie. De stoffen vóór de reactie noemen we de beginstoffen. Andere woorden zijn: uitgangsstoffen of reactanten. De stoffen na de reactie heten de reactieproducten. De reactie zelf, het proces, geven we aan met een pijl, de reactiepijl. Algemeen: beginstof(fen)? reactieproduct(en) De reactanten staan links van de reactiepijl, de reactieproducten rechts. Bij meer dan één reactant of reactieproduct schrijven we een + tussen de stoffen. Aangezien het reactieschema een macroscopische beschrijving is van een reactie, schrijven we achter de stoffen meestal de fase van de stoffen. Voorbeelden van reactieschema's zijn die van het verbranden van aardgas en van het roesten van ijzer: aardgas(g) + zuurstof(g)? verbrandingsproducten(g) ijzer(s) + zuurstof(g) + water(l)? roest(s) Chemische reactie op moleculair niveau Chemische reacties kunnen we ook beschrijven met de molecuultheorie. Bij een reactie zou je je kunnen voorstellen dat de moleculen van de beginstoffen uiteen vallen in losse atomen en dat uit deze atomen nieuwe, andere moleculen worden gevormd. Een chemische reactie is in feite een hergroepering van atomen. Dit is het wezen van een chemische reactie. Chemische reactie: moleculen veranderen in andere moleculen. De atomen die tezamen een molecuul vormen, veranderen bij een chemische reactie niet. Atomen zijn onvergankelijk, ze zijn eeuwig. Moleculen zijn wél vergankelijk: moleculen kunnen worden afgebroken en uit de bouwstenen, de atomen, ontstaan nieuwe moleculen. Als we chemische reacties moleculair willen beschrijven, doen we dat met een reactievergelijking waarin de stoffen met hun molecuulformule voorkomen. Zie 'Reactievergelijkingen' in dit thema. Massabehoud en massaverhouding Massabehoud De wet van behoud van massa houdt in dat er geen materie in het niets kan verdwijnen of uit het niets kan ontstaan. In de scheikunde betekent de wet dat de totale massa van de stoffen voor de reactie gelijk moet zijn aan de totale massa van de stoffen na de reactie (de uitgangsstoffen worden uitsluitend als gevolg van hergroepering van de atomen omgezet in andere stoffen). Als er gassen bij de reactie zijn betrokken, is deze wet niet altijd eenvoudig na te gaan. De wet is genoemd naar de Franse geleerde Lavoisier, omdat deze voor het eerst ook gassen opving en woog en zodoende deze wet ontdekte. Massaverhouding Pagina 5

7 Stoffen reageren altijd in een vaste massaverhouding (wet van Proust). Deze wet is naar voren gekomen uit talloze proefnemingen, en vormt, met de wet van massabehoud, het begin van de moderne chemie. Later heeft men de wet kunnen verklaren op grond van een uitgebreide atoomtheorie. Met behulp van deze wet kunnen we eenvoudige chemische berekeningen uitvoeren. In het thema 'SK 10 Rekenen in de chemie' gaan we hier uitvoerig op in. Warmte-effect Een chemische reactie gaat altijd gepaard met een energie-effect, meestal een warmte-effect. Er zijn twee mogelijkheden: De reactie is exotherm. Dit houdt in dat er bij de reactie warmte, of een andere vorm van energie, vrijkomt. Tijdens de reactie komt er dus warmte (energie) uit de reagerende massa (exo = uit). De reactie is endotherm. Dit houdt in dat de reactie alleen verloopt als er warmte, of een andere vorm van energie, aan de stoffen wordt toegevoerd. Er moet dus warmte (energie) in de reagerende stoffen worden gebracht om de reactie mogelijk te maken (endo = in). Andere vormen van energie zijn bijvoorbeeld: licht, UV-straling, elektrische stroom of mechanische energie. Zo zijn er exotherme reacties die reeds bij kamertemperatuur verlopen, en waarbij energie vrijkomt in de vorm van licht. En er zijn endotherme reacties waarbij elektrische energie of lichtenergie moet worden toegevoerd (zie 'Ontledingsreacties' in dit thema). Een exotherme reactie moeten we meestal wel op gang brengen door een kleine warmte- of energietoevoer: we moeten de reactie 'aansteken'. Een duidelijk voorbeeld daarvan is de verbranding van aardgas. Het gas moeten we met een lucifer of een elektrische vonk aansteken. De hoeveelheid warmte die bij de verbranding vrijkomt, is echter veel groter dan de hoeveelheid warmte die nodig was om het gas aan te steken. Sieger Kooij geeft uitleg over exotherme en endotherme reacties. kn.nu/wwe06b265 (youtu.be) Reactietypen Het is niet mogelijk één duidelijke en eenvoudige indeling van alle chemische reacties te geven. Er zijn dan ook verschillende indelingen naar reactietypen mogelijk. Twee eenvoudige indelingen zijn: indeling op grond van het aantal stoffen dat bij een reactie is betrokken Een voorbeeld van een reactietype gebaseerd op deze indeling is de ontledingsreactie: een chemische reactie waarbij uit één beginstof twee of meer reactieproducten worden gevormd. Pagina 6

8 In reactieschema: één stof? meerdere stoffen Zo kennen we ook de vormingsreactie: meestal verstaan we hieronder een chemische reactie waarbij er één stof wordt gevormd uit twee of meer elementen. Reacties waarbij uit twee of meer stoffen twee of meer nieuwe stoffen ontstaan hebben geen aparte naam. indeling in oxidatiereacties en niet-oxidatiereacties Een voorbeeld van een reactietype gebaseerd op deze indeling is de v erbrandingsreactie, of kortweg verbranding. Verbranding is een deelverzameling van een grote verzameling chemische reacties die we oxidaties noemen. Verbranding is een chemische reactie van een stof met zuurstof. In reactieschema: brandstof + zuurstof? verbrandingsproducten Wat oxidatie precies is, leggen we hier nog niet uit. Dit gebeurt in het thema 'SK 13 Redoxreacties'. Een voorbeeld van niet-oxidatiereacties zijn de zuur-basereacties (zie het thema 'SK 12 Zuren en basen'). In dit thema gaan we uitvoerig in op ontledingsreacties, vormingsreacties en verbrandingsreacties. Pagina 7

9 Ontledingsreacties Een ontleding is een chemische reactie waarbij uit één stof twee of meer andere stoffen ontstaan. Vrijwel alle stoffen zijn ontleedbaar. Ontledingsreacties kunnen exotherm of endotherm zijn. Endotherme ontledingsmethoden zijn: thermolyse, elektrolyse en fotolyse. Voorbeeld: thermische ontleding van kwik(ii)oxide Bij de thermische ontleding van kwik(ii)oxide (figuur links) ontstaat kwik (figuur rechts) en het gevormde zuurstof ontwijkt (Bron: versuchschemie.de) Zie ook de onderstaande video. Het ontwijkende zuurstof kunnen we aantonen met een gloeiende houtspaander. Proefje: Ontleding van kwik(ii)oxide in kwik en zuurstof. kn.nu/ww895d1a0 (youtu.be) Ontleding Een ontledingsreactie, of kortweg ontleding, is een chemische reactie waarbij uit één beginstof twee of meer reactieproducten ontstaan. De meeste ontledingsreacties zijn endotherme reacties. Daarbij maken we onderscheid tussen drie typen: - ontleding door verhitting (zie 'Thermolyse'), - ontleding door elektrische stroom (zie 'Elektrolyse') - ontleding door licht (zie 'Fotolyse'). Sommige ontledingsreacties zijn echter exotherme reacties. Deze reacties blijven verlopen totdat de stof geheel is omgezet. Voorbeelden hiervan zijn de ontleding van ammoniumdichromaat (zie hieronder) en het exploderen van springstoffen als dynamiet en TNT (zie 'Bijzondere verbrandingen'). Ontleding van ammoniumdichromaat Als we ammoniumdichromaat (oranje vaste stof) even verhitten, komt een reactie op gang. De reactie gaat daarna uit zichzelf verder, waarbij er zichtbaar warmte vrijkomt (vuurverschijnselen). Het is dus een exotherme reactie. De oranje vaste stof verdwijnt en er ontstaat een groen poeder (chroomoxide). Tegelijk ontstaat waterdamp en stikstofgas. Pagina 8

10 Reactieschema: ammoniumdichromaat(s)? chroomoxide(s) + stikstof(g) + water(l) Uit één beginstof ontstaan hier drie reactieproducten, het is dus een ontledingsreactie. (Waterdamp noteren we als water (l) omdat waterdamp na afkoelen weer een vloeistof wordt.) Ontleding op moleculair niveau Op moleculair niveau komt een ontledingsreactie neer op het uiteenvallen van één molecuulsoort en een hergroepering van de brokstukken tot twee of meer nieuwe molecuulsoorten. Vrijwel alle stoffen zijn ontleedbaar, vrijwel alle molecuulsoorten kunnen we uiteen laten vallen in twee of meer molecuulsoorten. Bij ontleding ontstaan vaak stoffen die niet nog verder te ontleden zijn (elementen), maar dit is geen regel. De ontledingsproducten kunnen op zich ook weer ontleedbaar zijn. Verbindingen Ontleedbare stoffen (bijna alle stoffen) bestaan uit twee, drie of nog meer atoomsoorten. Chemici noemen een ontleedbare stof meestal een verbinding. De naam is afgeleid van het aan elkaar gebonden zijn van (verschillende soorten) atomen. Type verbindingen Wanneer we om een of andere reden in een verbinding een bepaalde atoomsoort belangrijk vinden, dan zetten we de naam van die atoomsoort er bij. Zo bestaat een koperverbinding uit Cu-atomen en minstens één andere atoomsoort. Het mineraal malachiet, Cu2CO 3(OH) 2, kunnen we dus een koperverbinding noemen. Koperverbindingen kun je zien als een deelverzameling van de veel grotere groep metaalverbindingen. Chloorverbindingen bestaan uit in elk geval Cl-atomen, stikstofverbindingen uit in elk geval N-atomen, etc. Koolstofverbindingen vormen een aparte klasse in de chemie. Koolstofverbindingen Koolstofverbindingen zijn stoffen die uit C-atomen en minstens één andere atoomsoort bestaan. De meeste van de miljoenen nieuwe stoffen die in laboratoria zijn gemaakt, zijn koolstofverbindingen. In plaats van koolstofverbindingen gebruiken we ook vaak de naam organische verbindingen of organische stoffen. Verbindingen waarin alleen C- en H-atomen voorkomen noemen we koolwaterstoffen. De naam organisch stamt uit de 19 e eeuw, toen men dacht dat de stoffen in de levende natuur principieel anders waren dan die in de niet-levende (de anorganische) natuur. Halverwege de eeuw bleek dat dit niet waar was; de naam organisch is echter gebleven. Verbindingen, waarin koolstof niet voorkomt, heten anorganische verbindingen. Thermolyse De wetenschappelijke naam voor ontleden door verhitting is thermolyse. In de industrie spreken we van pyrolyse. Deze namen zijn afgeleid van de griekse woorden thermo- voor warmte, pyro- voor vuur, en - lyse dat ontleden/kapot maken betekent. Voorbeelden van thermolyse zijn het ontleden van suiker en het kraken van aardoliefracties Pagina 9

11 (zie 'Petrochemische industrie' in het thema 'Koolwaterstoffen'). Thermolyse van suiker Suiker is een zuivere stof met de formule C 12 H 22 O 11. De scheikundige naam van deze koolstofverbinding is sacharose. Bij verhitting ontstaan verschillende andere stoffen. De suiker wordt bruin en uiteindelijk blijft een zwarte vaste stof over. Tegelijk ontstaat waterdamp en ontwijken brandbare gassen. Aangezien de reactie stopt zodra de verhitting stopt, is dit een endotherme reactie. Reactieschema: suiker(s)? koolstof(s) + water(l) + brandbare gassen(g) Video thermolyse van suiker: De koolstof die het resultaat is van de ontleding van suiker noemen we 'suikerkool'. De structuur lijkt op die van grafiet, alleen veel rommeliger; kennelijk waren de C-atomen niet in de gelegenheid een nette structuur te vormen. Deze vorm van koolstof noemen we amorfe koolstof (letterlijk: zonder vorm). Thermolyse van organische stoffen levert altijd koolstof als één van de reactieproducten op. Elektrolyse Elektrolyse is een ontledingsreactie die verloopt door middel van elektrische stroom. Een goed voorbeeld is de ontleding van water. Water kunnen we thermisch ontleden door sterke verhitting tot ongeveer 2000 K. Water ontleedt echter makkelijker door elektrolyse, bij kamertemperatuur. In beide gevallen zijn de ontledingsproducten waterstofgas en zuurstofgas. Een praktijkvoorbeeld van elektrolyse is de bereiding van aluminium uit aluminiumoxide (het belangrijkste bestanddeel van bauxiet). Zie het thema 'Elektrochemie'. Elektrolyse van water Voor de elektrolyse van water moeten we aan drie voorwaarden voldoen: Het water moet stroom kunnen geleiden. Zuiver water (gedestilleerd water) geleidt vrijwel niet. Om gedestilleerd water geleidend te maken moeten we een hulpstof toevoegen. Zo'n hulpstof noemen we een elektrolyt. Pagina 10

12 De elektrische stroom moet gelijkstroom zijn, met een lage spanning. Accu's en batterijen leveren gelijkstroom, stroom die maar één kant op gaat. Tegelijk hebben deze ook een geschikte spanning, ca. 4 V. Er moeten geschikte 'aanlegsteigers' zijn om de elektrische stroom het water in en uit te leiden. Deze heten met een vakterm elektroden. De ene elektrode heet de positieve (+) elektrode, de andere de negatieve (-) elektrode. Elektroden moeten van een materiaal zijn gemaakt dat zelf niet wordt aangetast bij de elektrolyse. Grafiet is zeer geschikt, maar ook roestvrij staal voldoet vaak. Elektrolyse van water Bij de elektrolyse van water ontstaan aan het oppervlak van de twee elektroden de ontledingsproducten van water. Echter, waterstofgas ontstaat alleen aan de (-) elektrode en zuurstofgas alleen aan de (+) elektrode. Reactieschema: water(l)? waterstof(g) + zuurstof(g) Zie hieronder de video van de elektrolyse van water. Elektrolyse van water met het toestel van Hoffman. kn.nu/ww9f0b9c3 (youtu.be) Pagina 11

13 Video ontleding NaCl (elektrolyse) Fotolyse Fotolyse is een ontleding door licht. Deze naam is afgeleid van het griekse woord foto- voor licht en -lyse dat ontleden/kapot maken betekent. Sommige stoffen zijn lichtgevoelig, zijn niet bestand tegen de energie van licht. Het bekendste voorbeeld, en tegelijk een zeer belangrijke toepassing, is de fotografie. Omstreeks 1850 vond de Fransman Daguerre dat bepaalde zilververbindingen, vooral zilverchloride en zilverbromide, onder invloed van licht zwart werden. Door belichting ontleden de zilververbindingen in (metallisch) zilver en andere stoffen. De zwarting wordt veroorzaakt door het zilver. Doordat de korreltjes zilver zo klein zijn, zien we ze als zwart. Fotolyse van zilverchloride zilverchloride(s)? zilver(s) + chloor(g) Proefje: De fotolyse van zilverchloride. kn.nu/wwf95a6d3 (youtu.be) Fotografie met analoge camera s Fotografie met lichtgevoelige film (met analoge camera's) maakt in toenemende mate plaats voor fotografie, waarin het beeld langs digitale weg wordt vastgelegd op opslagmedia. De consequentie is dat fotografie met lichtgevoelige film een gedateerd voorbeeld kan worden van fotolyse. In de volgende tekst staat een samenvatting van fotografie met lichtgevoelige film. Fotografie Een zwart-wit filmrolletje, een 'fotografische film', bestaat uit een strook plastic als drager waarop een dunne lichtgevoelige emulsielaag is aangebracht. Eigenlijk zou je van een suspensie moeten spreken, omdat de laag bestaat uit zeer fijne korreltjes van een vaste zilververbinding (zilverbromide), gesuspendeerd in gelatine. Bij het maken van een foto laten we heel kort licht vallen op de lichtgevoelige laag: de sluiter gaat heel kort even open. De zilverbromidekorreltjes die door het licht zijn geraakt, worden 'geactiveerd'. Wanneer het filmrolletje is volgeschoten, brengen we het weg om het te laten ontwikkelen en afdrukken. Ontwikkelen Pagina 12

14 Bij ontwikkelen gebeurt het volgende. In een speciale oplossing, de 'ontwikkelaar', worden alleen de geactiveerde korreltjes zilverbromide verder ontleed en op die plekken wordt de foto zwart door metallisch zilver. Daarna stoppen we de film in een tweede oplossing, de 'fixeer'. Daarin lossen de zilverbromidekorreltjes op die niet door licht waren geactiveerd. T enslotte wassen (spoelen) we de film met water en houden we slechts de drager over, met op de belichte plekken aangehecht zwart zilver. Dat heet het negatief, omdat de lichte plekken van het gefotografeerde beeld nu zwart zijn en de donkere plekken licht. Afdrukken Voor een echte foto, een 'positief', moeten we het hele proces herhalen, nu met het negatief als beeld. Dat heet het afdrukken van een foto. Tegenwoordig zijn beide processen geautomatiseerd. Kleurenfotografie Bij kleurenfotografie bestaat de lichtgevoelige laag op de plastic drager uit drie laagjes. Deze laagjes zijn gevoelig voor respectievelijk rood licht, groen licht en blauw licht, de drie 'primaire' kleuren van licht. Bij het ontwikkelen van een kleurenfilm ontstaat een negatief, waarop de complementaire kleuren te zien zijn. Door nogmaals te belichten ontstaan op papier de oorspronkelijke kleuren terug. Ook deze processen gebeuren vol-automatisch. Pagina 13

15 Elementen Een element is een niet-ontleedbare stof. Het is een stof die uit één atoomsoort bestaat. Een aantal atoomsoorten kan meer dan één niet-ontleedbare stof vormen. Elementen komen voor als: losse atomen (edelgassen); twee-atomige moleculen (H 2, O 2, N 2, halogenen), drie-atomige moleculen (O 3 ), vier-atomige moleculen (P 4 ) of acht-atomige moleculen (S 8 ); regelmatige gerangschikte atomen (C, metalen). Zoektocht naar elementen De halogenen chloor, broom en jood Bron: Petrucci, General Chemistry Al sinds de 17e eeuw zijn chemici op zoek geweest naar stoffen die niet verder zijn te ontleden. Deze 'onontleedbare stoffen' zouden een soort oerstoffen (elementen) zijn, waaruit alle (wél ontleedbare) stoffen zijn opgebouwd. Deze elementen werden inderdaad gevonden. Zo levert verhitting van suiker onder andere een zwarte vaste stof op die niet verder is te ontleden, namelijk koolstof, met de formule C(s). Ook water is te ontleden. Het ontleedt dan in twee 'nieuwe' stoffen: waterstof en zuurstof. Deze stoffen zijn niet verder ontleedbaar. Waterstof is een heel licht, kleurloos en reukloos gas, dat goed brandbaar is. Het komt voor als twee-atomige moleculen: formule H 2(g). Zuurstof is eveneens een kleurloos en reukloos gas en komt ook voor als twee-atomige moleculen: formule O 2(g). Element: één soort atomen De vondst van elementen vormde tweehonderd jaar geleden de feitelijke grondslag voor de atoomtheorie (zie 'Atoomtheorie van Dalton' in het thema 'SK 02 Atomen en molculen'). Pagina 14

16 Met kennis van deze theorie is het niet-ontleedbaar zijn van de genoemde stoffen te begrijpen. De genoemde stoffen bestaan alle immers uit één atoomsoort en je kunt uit moleculen die uit één atoomsoort bestaan niet twee andere molecuulsoorten maken. Algemeen geldt: Een molecuul van een element bestaat uit atomen van dezelfde soort. Chemici noemen niet-ontleedbare stoffen meestal elementen. Met dezelfde term duiden zij echter ook vaak atoomsoorten aan. Enkele elementen In de natuur zijn maar enkele elementen in vrije toestand (dus als niet-ontleedbare stof) aan te treffen. De overige elementen zijn vrijwel alle door de mens gemaakt. Niet-ontleedbare stoffen in de natuur In de aardkorst zijn op sommige plaatsen de metalen goud en platina te vinden: Au(s) respectievelijk Pt(s). Aan de kraterranden van vulkanen is soms de gele vaste stof zwavel aan te treffen. Zwavel kan voorkomen als achtatomige moleculen: formule S 8(s). Meestal schrijven we gewoon S(s). Steenkoollagen bestaan bijna geheel uit koolstof. Ook diamant bestaat uit koolstof. De atmosfeer bestaat praktisch geheel uit elementen: zuurstof, stikstof en edelgassen. Stikstof is een kleurloos en reukloos gas en komt, net als zuurstof, voor als tweeatomige moleculen: formule N 2(g). Edelgassen komen voor als losse atomen (éénatomige moleculen). Achtatomige moleculen S 8 en vieratomige moleculen P4 Bron: Petrucci, General Chemistry Pagina 15

17 Niet-ontleedbare stoffen gemaakt door de mens Vooral door het ontleden van mineralen (stoffen waaruit de aardkorst bestaat), zijn in de 19 e eeuw tientallen elementen, merendeels metalen, ontdekt. Een ander door de mens gemaakt element is fosfor: formule P(s). In rode fosfor zitten clusters van fosforatomen gebonden tot macromoleculen. Witte fosfor bestaat uit vieratomige moleculen: formule P 4(s). Fosfor is erg brandbaar. De halogenen zijn omstreeks 1800 voor het eerst bereid. Ze komen net als waterstof, zuurstof en stikstof voor als twee-atomige moleculen: Fluor (F 2): een zeer giftig gelig gas; de geur waarschuwt ons al. Chloor (Cl 2): een zeer giftig groenig gas met een prikkelende geur. Broom (Br 2): een zeer agressieve donkerbruine vloeistof. Jood (I 2): beter bekend als jodium. Het is een donkerpaarse vaste stof, die bij verwarming niet vloeibaar wordt, maar direct verdampt. De halogenen Cl 2, Br 2 en I2 Eén atoomsoort, meerdere niet-ontleedbare stoffen Bepaalde atoomsoorten kunnen meer dan één niet-ontleedbare stof vormen; ze kunnen zich op verschillende manieren aan elkaar binden. In de scheikunde noemen we dit allotropie. We geven een aantal voorbeelden. Zuurstof O-atomen kunnen twee verschillende moleculen vormen: O 2 en O 3. O 2 is de formule van de 'gewone' zuurstof, het gas dat voor bijna 20% onze atmosfeer vormt. O 3 is de formule van ozon, ook een gas, maar met andere eigenschappen dan O 2. Het is een giftig gas met een prikkelende geur. Het ontstaat bij onweer, maar ook bij warm weer in vervuilde lucht. Pagina 16

18 Het wordt gebruikt voor de ontsmetting van drinkwater. Zuurstof en ozon zijn allotrope vormen van zuurstof. Koolstof Zowel grafiet als diamant bestaan uit alleen maar C-atomen. Het zijn allotrope vormen van koolstof. De chemische notatie voor deze stoffen is: C grafiet en C diamant. De verschillen tussen grafiet en diamant zijn spectaculair: Grafiet is een zwarte vaste stof. Het is zacht en voelt vettig aan; daarom wordt grafietpoeder onder meer als smeermiddel gebruikt, bijvoorbeeld in sloten. Ook geleidt grafiet elektrische stroom. Diamant is een kleurloze vaste stof. Diamant is keihard, het is de hardste natuurlijke stof op aarde. In tegenstelling tot grafiet geleidt diamant geen elektrische stroom. Deze (en andere) grote verschillen in eigenschappen kunnen worden verklaard uit het verschil in ruimtelijke bouw (zie verder Netwerkstoffen' in het thema 'SK 07 Chemische binding'). Bij hoge temperatuur verandert diamant in grafiet. Het omgekeerde is echter ook mogelijk: onder extreem hoge druk en temperatuur lukt het om C-atomen het kristalrooster van diamant te laten vormen. Voor sieraden is deze synthetische diamant niet mooi genoeg, maar vanwege de hardheid kan hij goed gebruikt worden op de koppen van boorbeitels. Andere (allotrope) vormen van koolstof zijn amorfe koolstof (zie 'Thermolyse') en fullereen. In 1990 is in het laboratorium een nieuwe vorm van koolstof gemaakt. Hierin vormen de C-atomen moleculen. Eén formule is C 60. De 60 C-atomen vormen tezamen een mooie, zeer symmetrische, bolvormige structuur, vergelijkbaar met de vlakken op een voetbal. De chemici die deze stof hebben gesynthetiseerd kozen de naam fullereen, naar de architect Fuller die voor de wereldtentoonstelling in Montreal een gebouw met dezelfde uitwendige structuur had ontworpen. Bekender is de naam 'buckyball'. We verwachten veel van de mogelijke toepassingen van deze nieuwe stof. Fullereen Bron: Petrucci, General Chemistry Metalen Pagina 17

19 Net als bij koolstof zijn de bouwstenen van een metaal - metaalatomen - regelmatig gerangschikt in een kristalrooster met verschillende ruimtelijke structuren. De verschillen zijn niet zo spectaculair als bij koolstof, maar het type kristalrooster is van groot belang voor de eigenschappen van metalen voorwerpen. Een voorbeeld, bekend onder antiquairs, is tin. Tinnen voorwerpen kunnen namelijk de 'tinpest' krijgen: ze gaan er pokdalig uitzien en kunnen zelfs helemaal verkruimelen. De verklaring ligt in een verandering van de ruimtelijke bouw van het kristalrooster. Onder 13 C kan dat gebeuren, vooral bij felle kou. Pagina 18

20 Reactievergelijkingen Een reactievergelijking geeft weer wat op moleculaire schaal gebeurt bij een chemische reactie. In een reactievergelijking staan de formules van de stoffen. De aantalverhouding waarin de moleculen reageren c.q. ontstaan geven we aan met de coëfficiënten voor de formules. We geven voorbeelden van reactievergelijkingen van enkele reactietypen: ontledingsreacties, vormingsreacties en verbrandingsreacties. Reactievergelijking van een vormingsreactie (hier tegelijk een verbrandingsreactie) Bron: McMurry & /Fay, Chemistry Reactievergelijking Een reactie kunnen we schematisch weergeven in de vorm van een reactieschema, zoals we dat tot nu tot hebben gedaan. Een reactie kunnen we ook weergeven in de vorm van een reactievergelijking. In een reactievergelijking staan de stoffen vermeld in formulevorm. De ontleding van water wordt dan: Op moleculaire schaal is dit echter geen kloppende vergelijking. Atomen zijn, zoals al gezegd, onvernietigbaar, dus bij de reactie moet het aantal atomen van iedere atoomsoort behouden blijven. Als een boekhouder moeten we er voor zorgen dat links en rechts van de pijl evenveel atomen komen te staan. Dit proces heet het 'kloppend' maken van de reactievergelijking. De reactievergelijking wordt dan: De getallen die in de reactievergelijking voor de molecuulformules staan heten de coëfficiënten. Op moleculaire schaal geven de coëfficiënten aan in welke verhouding de deeltjes met elkaar reageren en ontstaan. Toestandsaanduiding We kunnen ook enigszins aangeven hoe de reactie macroscopisch verloopt, namelijk door de fase van de stoffen te noteren. Wanneer we willen aangeven hóe de reactie is uitgevoerd, schrijven we dit in kleine letters boven de reactiepijl. Dan wordt de reactievergelijking voor de ontleding van water door middel van elektrische stroom (zie 'Elektrolyse'): Pagina 19

21 Ontledingsreacties Een ontledingsreactie is een reactie waarbij één verbinding uiteen valt in twee of meer verschillende elementen (niet-ontleedbare stoffen) en/of verbindingen. Voorbeelden van een ontleding tot de elementen: de ontleding van waterstofchloride, HCl(g) de ontleding van gesmolten aluminiumoxide, Al2O 3(l) Voorbeelden van een ontleding waarbij op zijn minst één van de producten een verbinding is: de ontleding van ammoniumdichromaat, (NH 4) 2Cr2O 7(s) Proefje: de ontleding van ammoniumdichromaat. kn.nu/ww (youtu.be) de ontleding van calciumcarbonaat (krijt of kalksteen), CaCO 3(s) Vormingsreacties Vormingsreacties algemeen Een vormingsreactie is een reactie waarbij uit twee of meer elementen één verbinding ontstaat. Voorbeelden zijn: de vorming van waterstofchloride, HCl(g) Pagina 20

22 de vorming van ammoniak, NH 3(g) De vorming van keukenzout (NaCl) uit chloor (Cl 2 ) en vast natrium (Na) Video vorming van natriumchloride uit natrium en chloor. Vormingsreacties, waarbij zuurstof is betrokken Vormingsreacties waarbij zuurstof is betrokken, rekenen we ook wel tot de verbrandingsreacties (zie 'Verbrandingsreacties'). Voorbeelden zijn: de vorming van water, H 2 O(l), de verbranding van waterstof de vorming van magnesiumoxide, MgO(s), de verbranding van magnesium Verbrandingsreacties Een verbrandingsreactie is een reactie met zuurstof. Bij een verbranding ontstaan uitsluitend oxiden als verbrandingsproducten. Een oxide is een verbinding van twee elementen, waarvan één zuurstof is. Verbranding van een element Bij verbranding van een element ontstaat één verbrandingsproduct, namelijk het oxide van dat element. Verbrandingsreacties van elementen zijn in feite niet anders dan vormingsreacties (zie 'Vormingsreacties'). Voorbeelden: de verbranding van waterstof Waterstof is een zeer brandbaar gas en het verbrandingsproduct is waterstofoxide (H2 O), beter bekend onder de naam water: Pagina 21

23 de verbranding van koolstof Bij optimale (volledige) verbranding van koolstof is er maar één verbrandingsproduct, koolstofdioxide (CO 2 ): Verbranding van een verbinding Bij verbranding van een verbinding ontstaan evenveel oxiden als er atoomsoorten in de verbinding zijn. Hierbij ontstaan dezelfde oxiden als die ontstaan bij verbranding van de elementen afzonderlijk. Koolwaterstoffen en andere organische stoffen zijn in het algemeen goed brandbaar. Alle koolwaterstoffen verbranden tot koolstofdioxide en water. Dezelfde reactieproducten ontstaan, wanneer een molecuul behalve uit C- en H- ook nog uit O- atomen bestaat. Voorbeelden: de verbranding van methaan Optimale verbranding van methaan (hoofdbestanddeel van aardgas), CH 4(g), levert twee reactieproducten, koolstofdioxide en water(damp): de verbranding van octaan (benzine), C8H 18(l) de verbranding van ethanol (alcohol), C2H6O(l) de verbranding van koolstofdisulfide, CS 2(l) Pagina 22

24 Verbrandingen Een verbranding is een reactie van een stof met zuurstof, die meestal gepaard gaat met vuurverschijnselen. Verbrandingen zijn exotherme reacties; de reactiewarmte heet verbrandingswarmte. Bij een tekort aan zuurstof kan onvolledige verbranding optreden. Bij sommige verbrandingen (bijzondere verbrandingen) neemt zuurstof niet deel in moleculaire vorm, maar in gebonden vorm. Verbranding Een verbrandingsreactie, of kortweg verbranding, is een reactie van een stof met zuurstof, waarbij meestal vuurverschijnselen waarneembaar zijn. Het is waarschijnlijk de bekendste en meest spectaculaire chemische reactie, die onder andere optreedt bij de productie van energie en warmte uit fossiele brandstoffen. In de vorige paragraaf hebben we een aantal voorbeelden gegeven van verbrandingsreacties. Hier gaan we in op de kenmerken van verbrandingsreacties. Verbranding, een exotherme reactie Verbrandingsreacties zijn altijd exotherm. Vuurverschijnselen kunnen zich voordoen in de vorm van vlammen, gloeien of vonken. Vlammen ontstaan wanneer een gas of damp met zuurstof reageert. Door de hoge temperatuur zendt het reagerend gasmengsel (blauwig) licht uit. Een vlam is een massa gloeiend gas. Een voorbeeld is het verbranden van aardgas. Bij de verbranding van een vaste stof, die vrijwel niet verdampt, zien we geen vlammen. De reactie met zuurstofgas vindt alleen aan het oppervlak van de vaste stof plaats. Door de hoge temperatuur zendt de reagerende vaste stof wel licht uit en gloeit. Een voorbeeld is het verbranden van koolstof (houtskool). Een vonk is een wegspringend deeltje van een gloeiende vaste stof. Voorwaarden voor verbranding Om een verbrandingsreactie te kunnen laten plaatsvinden is nodig: een brandbare stof; voldoende zuurstof; een minimale temperatuur (de ontbrandingstemperatuur). Brandbare stof Pagina 23

25 Het zuurstofgas van de lucht levert O atomen, die nieuwe moleculen vormen met de moleculen waaruit de brandbare stof bestaat. Die nieuwe moleculen zijn de reactieproducten (de verbrandingsproducten) en heten oxiden. Voldoende zuurstof Een stof verbrandt zelden in zuiver zuurstofgas. Meestal verbrandt een stof in lucht. Schone droge lucht bevat ongeveer 21 % zuurstof. De overige bestanddelen van lucht (78 % stikstof en ca. 1 % andere gassen, vooral Ar en CO 2 ) doen niet mee met de verbrandingsreactie. Ontbrandingstemperatuur Onder ontbrandingstemperatuur verstaan we de temperatuur die een brandbare stof minimaal moet hebben om te kunnen branden. Brand! De vrijkomende reactiewarmte bij een verbrandingsreactie zorgt voor een voortgaan van de reactie. Bij een brand verloopt de reactie steeds heftiger. Voor een brand is, net als bij een beheerste verbranding, het volgende nodig: brandbaar materiaal, zuurstof (lucht) en een minimale temperatuur om de brandstof aan te steken. Vooral de ontsteking is essentieel. De wereld is immers vol met brandbaar materiaal en lucht. Pas een vlam of vonk of een opgelopen temperatuur doet de verbrandingsreactie starten. Brandbare gassen en vluchtige stoffen zijn gemakkelijk in brand te steken. Dat is te begrijpen omdat er goed contact mogelijk is tussen de moleculen van de brandbare stof en de zuurstofmoleculen van de lucht. Vaste brandstoffen ontbranden meestal moeilijker. Wanneer de verbranding eenmaal is gestart, gaat hij vanzelf verder. Bij het verbranden komt immers warmte vrij en daardoor wordt de nog niet aangetaste brandbare stof ook 'aangestoken'. De vrijkomende reactiewarmte maakt dus verder aansteken door ons overbodig. Sterker: het 'aansteken' gaat steeds beter en steeds sneller, want door de toenemende verbranding komt er voortdurend meer en meer warmte vrij. Bij brand ontstaan vaak giftige gassen(koolstofmono-oxide: CO) en vooral rook: halfverbrande producten in de vorm van kleine vaste deeltjes, zwevend in de lucht (aerosolen). De meeste slachtoffers van brand overlijden door vergiftiging en verstikking en niet zozeer door de hoge temperatuur. Blussen Het blussen van een brand komt neer op drie principes, die nauw aansluiten bij de drie voorwaarden voor een verbranding: Pagina 24

26 weghalen van de brandstof; afsluiten van de lucht (zuurstof); verlagen van de temperatuur. Het belangrijkste en goedkoopste blusmiddel is water. Ook CO 2 (koolstofdioxide), te koop in cilinders, is een goed blusmiddel. Verbrandingswarmte Verbrandingen zijn exotherme reacties en de reactiewarmte heet verbrandingswarmte. Warmte wekken we op door brandstoffen te verbranden. Een brandstof is een brandbare stof die we voornamelijk gebruiken als energiebron. Niet iedere brandbare stof levert (bij volledige verbranding) evenveel warmte. We drukken de verbrandingswarmte van een brandstof meestal uit in kj per kg of, voor een gas, in kj per m 3. In BINAS tabel 28A staan enkele voorbeelden. De eenheid van warmte is de joule, symbool J. Meestal gebruiken we de kilojoule, kj. De joule is overigens niet alleen de eenheid voor warmte, maar voor energie in het algemeen. Brandstoffen De belangrijkste brandstoffen zijn voor ons de fossiele brandstoffen (aardgas, aardolie en steenkool). Deze brandstoffen komen aan de orde in het thema 'SK 06 Koolwaterstoffen'. In sommige landen en streken vormt hout (niet-fossiele brandstof) de belangrijkste brandstof. Hout Chemisch gezien bestaat hout grotendeels uit organisch materiaal. Hout heeft de globale samenstelling: (C 6 H 10 O 5 ) n. Wanneer hout brandt, zie je vlammen boven het stuk hout: hout levert bij verhitting dus (brandbare) gassen en dampen. Door de hitte treedt ook ontleding van de organische stoffen op, waardoor koolstof (houtskool) overblijft. Deze verbrandt, gloeiend, als laatste. Houtskool Werkers in een houtskoolbranderij (kolenbranders genoemd) bereiden het maximum aan koolstof uit hout. Ze verhitten hout afgesloten van de lucht, waardoor brandbare gassen en dampen ontwijken en houtskool achterblijft. Houtskool bestaat hoofdzakelijk uit koolstof. Wanneer houtskool is opgebrand, blijft een fijn grijs poeder over, de as. Deze as bestaat uit onbrandbare bestanddelen van houtskool (onder andere metaaloxiden). Houtskool werd vroeger vooral gebruikt als onmisbare hulpstof voor het bereiden van ijzer uit ijzererts. Toen het hout schaars werd in Europa stapte men over op een andere vorm van koolstof, namelijk cokes. Cokes wordt bereid uit steenkool (zie Steenkool in het thema SK 06 Koolwaterstoffen ). Voedsel heeft ook, zoals iedere brandstof, een verbrandingswarmte (zie BINAS tabel 56). Pagina 25

27 Om ons lichaam op temperatuur te houden zijn twee groepen stoffen van belang: stoffen die ons extern verwarmen (brandstoffen), voedingsstoffen die in het lichaam worden'verbrand'. Onze voeding bestaat grotendeels uit brandbare stoffen van het type C x H y O z. Een voorbeeld is glucose, C 6 H 12 O 6. Via de ademhaling nemen we O 2 op en geven we CO 2 en H 2 O af. De temperatuur tijdens de reactie komt niet boven de 37 o C. We noemen dit wel langzame verbranding. Deze langzame verbranding kan uitsluitend plaatsvinden onder invloed van enzymen die in ons lichaam aanwezig zijn. Langzame verbranding is altijd een volledige verbranding. Rendement Bij verwarmen treedt vrijwel altijd warmteverlies op, want meestal komt niet alle warmte terecht op de plaats van de gewenste bestemming. We spreken van het rendement (of: nuttig effect) van een verwarmingsinstallatie. Het rendement is het gedeelte van de toegevoerde warmte dat uiteindelijk effectief gebruikt wordt voor de opwarming. Het rendement drukken we meestal uit in een percentage. Zo heeft een cv-ketel een bepaald rendement, bijvoorbeeld 90% voor een HR-ketel. Elektriciteitscentrale We verstoken veel brandstof om elektriciteit op te wekken. Dat gebeurt in een elektriciteitscentrale.ook een centrale werkt met een bepaald rendement: ze zet slechts een gedeelte van de verbrandingswarmte om in elektrische energie. Bij alle onderdelen van een centrale treden energieverliezen op. Tot ca was een rendement van 42% gebruikelijk voor een brandstofgestookte elektriciteitscentrale. Tegenwoordig haalt men 50, zelfs 55%, een grote vooruitgang. Feit blijft dat slechts ongeveer de helft van de energie van de brandstof omgezet wordt in elektrische energie! De rest gaat verloren als afvalwarmte. Een nieuwe Eneco-centrale in Rotterdam Europoort, die in 2010 operationeel moet zijn, zal een rendement hebben van bijna 70%. De milieuvriendelijkste centrale van Nederland komt in Europoort Rotterdam, 21 november ENECOGEN neemt unieke NOx emissiebeperkende maatregelen voor de gasgestookte elektriciteitscentrale die in het Europoortgebied is gepland. Tevens studeert ENECOGEN op vergaande emissiebeperkingen door CO 2 af te vangen met gebruikmaking van een revolutionaire techniek. NO x emissie beperkende maatregelen Met de provincie Zuid-Holland zijn afspraken gemaakt over NOx emissie beperkende maatregelen. ENECOGEN zal investeren in een zogenaamde Selectieve Katalytische Reductie installatie (SCR), waardoor de NOx emissies 80% lager kunnen zijn dan zonder SCR. Deze techniek wordt in de Verenigde Staten al bij gasgestookte centrales toegepast, maar in Europa nog niet. Met de investering in een SCR zal ENECOGEN de meest milieuvriendelijke grootschalige (840 MegaWatt) elektriciteitscentrale van Nederland zijn. Pagina 26

28 In het industriegebied Rijnmond staat de luchtkwaliteit onder druk door de omvangrijke industriële activiteiten, het verkeer en de scheepvaart. De NOx concentratie in de lucht is hierdoor een van de hoogste van Europa en beperkt de economische groeimogelijkheden van de regio. Om ook in de toekomst aan de landelijke normen voor de luchtkwaliteit te kunnen voldoen, is het in de Rijnmondregio van belang dat de luchtkwaliteit verbetert. Alleen hierdoor kan duurzaam aan groei gewerkt worden en kunnen belangrijke projecten, zoals de tweede Maasvlakte, op een verantwoorde wijze ingepast worden. Als belangrijke speler in de infrastructuur in de Rijnmondregio wil ENECOGEN haar steentje bijdragen aan de luchtkwaliteit en daarmee aan de economische groeimogelijkheden. ENECOGEN pleit er samen met de provincie Zuid-Holland en de DCMR Milieudienst Rijnmond voor om niet alleen in Rijnmond maar landelijk scherpere NOx eisen voor alle elektriciteitscentrales in te voeren. Met de investering in de SCR toont ENECOGEN aan dat dergelijke maatregelen technisch en economisch mogelijk zijn. Verdergaande emissiebeperking Teneinde de emissie van het broeikasgas CO 2 te verminderen en een extra bijdrage te leveren aan de Nederlandse Kyoto doelstellingen studeert ENECOGEN op een innovatieve methode om CO 2 af te vangen uit de rookgassen met cryogene destillatie. Deze methode heeft potentieel een veel lager energieverbruik dan het tot nu toe gebruikte proces en kent daarnaast een hoger afvang rendement. Voor de cryogene destillatie wordt gebruik gemaakt van de oude in de LNG van de naastgelegen LNG terminal van LionGas, een dochtermaatschappij van het wereldwijd opererende Rotterdamse 4gas, als een motor voor het proces. Bij gunstige studieresultaten is het mogelijk deze techniek later als pilot project en vervolgens op volledige schaal aan de ENECOGEN centrale toe te voegen. In dat geval komt er bij ENECOGEN alleen nog lucht uit de schoorsteen. Voor meer informatie over cryogene destillatie zie: Het cryogene destillatieproces vangt alleen de CO 2 af uit de rookgassen. Daarna moet het nog opgeslagen worden. Parallel aan het ontwikkelen van dit proces wil ENECOGEN daarom de komende tijd samen met de overheid en andere organisaties nadenken over het transport en de opslag van de CO 2. Door gebruik warmte extra hoog rendement De ENECOGEN centrale gaat zondermeer al efficiënt om met de brandstof gas. Daarnaast bestuderen ENECOGEN en LionGas gezamenlijk mogelijkheden om de totale energiebalans van beide installaties verder te optimaliseren. Bijvoorbeeld door restwarmte uit ENECOGEN te leveren aan LionGas. Hierdoor kan een rendement worden verkregen van bijna 70%. Dit rendement kan nog verder worden verhoogd indien in de toekomst ook warmte aan andere afnemers in de omgeving kan worden geleverd. Planning Afhankelijk van de investeringsbeslissing wordt verwacht dat ENECOGEN in 2010 operationeel zal zijn. Onvolledige verbranding We zijn tot nu toe uitgegaan van volledige verbranding. Dit houdt in dat bij verbranding van koolwaterstoffen uitsluitend CO 2 en H2O ontstaan. Onvolledige verbranding van een brandstof houdt in dat de stof slechts gedeeltelijk verbrandt. Onvolledige verbranding vindt in het algemeen plaats bij een tekort aan zuurstof. Ook de temperatuur kan een rol spelen. Bij onvoldoende zuurstofverbruik verbranden koolwaterstoffen onvolledig. Er ontstaat C (roet) en CO naast CO 2. Bovendien kunnen bij hoge temperatuur C en CO2 met elkaar reageren tot CO (koolstofmono-oxide). Dit gas, in het dagelijks spraakgebruik beter bekend als koolmonoxide (ook wel 'kolendamp'), is een kleurloos, reukloos en giftig gas. Pagina 27

29 Onvolledige verbranding van methaan Bij de onvolledige verbranding van methaan vinden de volgende reacties naast elkaar plaats: De mate waarin één of enkele van deze reacties de overhand hebben, hangt af van de hoeveelheid beschikbare zuurstof en van de temperatuur. Bijzondere verbrandingen Springstoffen Het is niet altijd zo dat de zuurstof, die nodig is voor een verbranding, in de vorm van moleculaire zuurstof moet worden geleverd. Sommige stoffen halen de benodigde zuurstof uit de eigen moleculen (soms wel inwendige verbranding genoemd). Er kan dan een zeer snelle verbranding optreden. Als er dan ook nog veel warmte vrijkomt en veel gas wordt geproduceerd, krijgen we een explosie (de vrijkomende gassen veroorzaken een schokgolf). Een voorbeeld is het explosieve glyceryltrinitraat (nitroglycerine, de werkzame stof in dynamiet ). Het ontleedt al onder invloed van een lichte schok: Lucifers, klappertjes, buskruit en vuurwerk Stoffen die bij verhitting zuurstof als ontledingsproduct hebben, maar die zelf niet brandbaar zijn, worden gebruikt om in een mengsel met een brandbare stof snelle verbrandingen of explosies te veroorzaken. Een bekend voorbeeld is kaliumchloraat (KClO 3). In combinatie met zwavel komt dit voor in een luciferskop; in combinatie met fosfor in klappertjes. Het kaliumchloraat levert de zuurstof nodig voor de verbranding. Bijvoorbeeld: Buskruit is een bepaald mengsel van KNO 3 met koolstof en zwavel. In vereenvoudigde vorm is de explosievergelijking als volgt weer te geven: Pagina 28

30 Een proefje dat het principe illustreert (zonder al te veel gevaar) is het verhitten van kalium- of natriumnitraat, waaraan dan een beetje zwavelpoeder of koolstofpoeder wordt toegevoegd. Er treedt dan een felle (licht explosieve) verbranding op. Vuurwerk bevat behalve stoffen als KClO 3, KNO 3 en brandstoffen ook kleurmakers, rookmakers en dergelijke. Reactie van magnesium met kooldioxide Dat ook de aard van de brandstof een rol speelt wordt duidelijk uit de reactie van magnesium met kooldioxide. In deze reactie reageert het magnesium na thermische activering heftig met kooldioxide (in een omgeving van alleen kooldioxide). De reactieproducten zijn magnesiumoxide en koolstof: Video van de reactie tussen magnesium en koolstofdioxide: Pagina 29

31 Toets Toets kn.nu/dhc4a Als je antwoorden moet invullen, zorg dan dat je je antwoorden controleert op spelfouten. Als je de toets hebt afgerond, kun je op de knop 'Bewijs van deelname/overzicht' drukken.vje krijgt eerst een overzicht van het aantal goede en foute vragen te zien. Als je verder scrolt, kom je bij een samenvatting. Hier staan de vragen, het antwoord dat jij hebt gegeven en het juiste antwoord op de vraag. Daarnaast krijg je bij de meerkeuzevragen nog een stukje achtergrond informatie bij de foute antwoorden en vaak ook bij de goede antwoorden. Benodigde tijd voor de toets ca. 20 minuten. Veel succes! (Havo-examen e tijdvak) Welke van de onderstaande (kloppende) reactievergelijkingen geeft de omzetting van zetmeel in glucose weer? a. b. c. d. Vul de ontbrekende woorden in. Een ontledingsreactie onder invloed van warmte heet:.: Een ontledingsreactie onder invloed van licht heet:. Een ontledingsreactie onder invloed van elektrische stroom heet:. Vier voorbeelden van elementen zijn: a. H2O, BaO, N2O, H2O2 b. He, Cl, NaI, Ba c. Ne, H2, P4, Mg d. Ar, H2O, S8, Cu Pagina 30

32 (Havo-examen e tijdvak) Gegeven: I de reactie N 2 + O 2 ---> 2 NO is endotherm II de reactie 2 NO + O 2 ---> 2 NO 2 is exotherm III de somreactie N O 2 --> 2 NO 2 is endotherm Maak de juiste keuze bij (1) en (2) Bij reactie III (de somreactie) is energie nodig / komt energie vrij (1) Deze hoeveelheid energie( per mol N 2 ) is groter / kleiner (2) dan bij reactie I. a. (1) komt energie vrij (2) kleiner b. (1) komt energie vrij (2) groter c. (1) is energie nodig (2) groter d. (1) is energie nodig (2) kleiner (Havo-examen e tijdvak) Een blauwe verbinding wordt verhit zonder dat zij met lucht kan reageren. Er ontwijkt een gas dat kalkwater troebel maakt. In de reageerbuis blijft een zwarte stof achter. Beschouw de volgende uitspraken: I De blauw stof is ontleed. II De zwarte stof is een element. a. uitsluitend II b. noch I, noch II c. uitsluitend I d. zowel I als II Vul de ontbrekende woorden in: Bij de volledige verbranding van etheen, reageert etheen met en ontstaat er en Welke van de onderstaande reactievergelijkingen geeft een vormingsreactie weer? a. 2 NH3 --> N2 + 3 H2 b. H2 + C2H4 --> C2H6 c. NH4Cl --> NH3 + HCl d. H2 + Cl2 ---> 2 HCl Pagina 31

33 (mavo examen e tijdvak) De juiste vergelijking voor de ontleding van salpeterzuur in water, stikstofdioxide en zuurstof luidt: a. 2 HNO3 ---> H2O + 2 NO2 + O2 b. 2 HNO3 ---> H2O + NO2 + O2 c. HNO3 ---> H2O + NO2 + O2 d. 4 HNO3 ---> 2 H2O + 4 NO2 + O2 Propaan wordt onvolledig verbrand. Wat is de juiste reactievergelijking? a. C3H8 + O2 ---> 3 CO + H2O b. 2 C3H8 + 7 O2 ---> 6 CO +8 H2O c. C3H8 + 7 O2 ---> 3 CO + 4 H2O d. C3H8 + O2 ---> CO + H2O (havo-examen e tijdvak) Iemand verhit voorzichtig een hoeveelheid witte vaste stof in een reageerbuis. De stof smelt bij 180 o C. Tijdens het smelten verandert de temperatuur niet. Bij verder verhitten ontstaan bij 300 o C een gas en een zwarte stof. Op grond van bovenstaande waarnemeningen kan men vaststellen dat de witte vaste stof a. een mengsel van een element en een verbinding is. b. een verbinding is c. een element is d. een mengsel van twee elementen is (Havo-examen e tijdvak) X is een gasvormige koolwaterstof. Op grond van een experiment heeft men het volgende gedeelte van de verbrandingsvergelijking kunnen opstellen: 2 X + 7 O 2 --> 4 CO H 2 O Leid hieruit af welk getal voor H 2 O gestaan moet hebben en wat de formule van X is. a. getal voor H2O : 5 formule van X is: C2H5 b. getal voor H2O : 6 formule van X is: C4H12 c. getal voor H2O : 5 formule van X is: C4H10 d. getal voor H2O : 6 formule van X is: C2H6 Pagina 32

34 Pagina 33

35 Pagina 34

36 Pagina 35

37 Pagina 36

38 Pagina 37

39 Pagina 38

40 Pagina 39

41 Pagina 40

42 Gegeven: wit kopersulfaat is CuSO 4 (s) blauw kopersulfaat is CuSO 4.5H 2 O(s) voor het oplossen van de twee stoffen in water geldt het volgende energie-effect: - de oplosenergie van wit kopersulfaat is - 60 kj per mol - de oplosenergie van blauw kopersulfaat is +10 kj per mol De omzetting van 1 mol wit kopersulfaat met net voldoende water in 1 mol blauw kopersulfaat gaat gepaard met een merkbaar energie-effect (=?U). Dit proces kan op de gebruikelijke wijze weergegeven worden door één van de volgende twee energiediagrammen. Welke rij in de antwoordtabel geeft de juiste antwoorden op de volgende drie vragen: Welk energiediagram geeft de omzetting op de juiste manier aan? Welke (absolute) waarde heeft?u in dit diagram? Is deze omzetting van wit kopersulfaat in blauw kopersulfaat exotherm of endotherm? Pagina 41