SECUNDAIR ONDERWIJS Onderwijsvorm: TSO Graad: derde graad Jaar: eerste en tweede leerjaar Studiegebied: Mechanica-elektriciteit Studierichting: INDUSTRIËLE WETENSCHAPPEN SPECIFIEK GEDEELTE Vak(ken): TV Toegepaste chemie 2/1 lt/w Leerplannummer: 2006/114 (vervangt 2004/282) Nummer inspectie: 2004 / 220 // 1 / R / SG / 2H / III / / D/ (vervangt 2004 / 220 // 1 / R / SG / 1 / III / / V/06)
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 1 INHOUD Visie... 2 Beginsituatie... 3 Algemene doelstellingen... 4 Leerplandoelstellingen / Leerinhouden... 6 Pedagogisch-didactische wenken... 38 Minimale materiële vereisten... 45 Evaluatie... 46 Bibliografie... 49
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 2 VISIE Chemie als toegepaste en praktische wetenschap Zoals elke natuurwetenschap kan ook chemie onder een dubbel aspect worden beschouwd. Enerzijds is ze een conceptueel kader om fenomenen te beschrijven, te ordenen, te verklaren of te voorspellen. De chemieals-theorie is dan losgemaakt van haar concrete voedingsbodem van steeds wisselende en fluctuerende verschijnselen om, onafhankelijk ervan, tot de stabiele en gemeenschappelijke kern achter deze verschijnselen door te dringen. Anderzijds staat niet het uitbouwen van dit conceptuele kader centraal, maar wordt de toepassing ervan in de courante ervaringswereld of voor het vervullen van specifieke materiële noden en behoeften beoogd. Het accent ligt dan niet meer op verklaren of beschrijven, maar op het omgaan met en het maken van stoffen. Het is vooral via dit technisch-industriële aspect dat de natuurwetenschappen in het algemeen en de chemie in het bijzonder onze hedendaagse materiële cultuur verregaand bepalen. In een algemeen chemische vorming mogen basiselementen van de industriële chemie en van haar impact op de samenleving en milieu bijgevolg niet ontbreken. Een accentverschuiving naar toegepaste chemie zal er bovendien toe bijdragen de waarde van de tweedeling tussen denken en doen, tussen zuivere en toegepaste kennis te relativeren. In het onderwijs bestaat tussen beide aspecten een onmiskenbaar onevenwicht. Traditioneel wordt aan het uitbouwen van het conceptuele kader zoveel aandacht en tijd besteed dat aspecten van toegepaste chemie zeer beperkt of nauwelijks aan bod kunnen komen. De hogere waardering die het zuivere, abstracte denken in onze cultuur geniet, in vergelijking met toepassingsgericht denken, is hiervoor een belangrijke oorzaak. Doordat ze vele disparate feiten onder één noemer brengt is theoretische kennis denkeconomisch ongetwijfeld nuttig. Sommigen zullen er, precies door het afstandelijke en abstracte karakter ervan, door aangetrokken worden. Het is niettemin ook onmiskenbaar dat kennis die geen of onvoldoende ankerpunten in de concrete ervaringswereld vindt, vaak niet beklijft en dat haar relevantie in vraag kan worden gesteld. Zowel met het oog op een evenwichtige vorming door chemie, als om leerpsychologische redenen is het bijgevolg van belang leerinhouden zodanig te kiezen en uit te bouwen dat ook aan de technische en toepassingsgerichte aspecten van de chemie aandacht kan worden besteed. Rekening houdend met de verschillende benaderingen van wetenschap kunnen de leerplandoelstellingen chemie op verschillende wijzen met toegepaste, praktische, maatschappelijke of actuele wetenschappelijke contexten worden verbonden.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 3 BEGINSITUATIE Bepaling van de leerlingengroep Dit leerplan chemie is bestemd voor de studierichting Industriële wetenschappen van de derde graad TSO. Het omvat 2 lestijden per week in het eerste leerjaar en 1 lestijd per week in het tweede leerjaar. Om de veiligheid bij het uitvoeren van leerlingenproeven niet in het gedrang te brengen is het aangewezen dat het aantal leerlingen niet meer dan 20 bedraagt. De leraar oordeelt of hij, rekening houdend met het aantal leerlingen, met de uitrusting van zijn laboratorium en de aard van de te gebruiken toestellen en producten, de door het leerplan voorgeschreven demonstratieen leerlingenproeven zonder gevaar kan uitvoeren of laten uitvoeren. Indien hij oordeelt dat de beschikbare uitrusting gevaar voor hemzelf of voor de leerlingen oplevert, verwittigt hij onmiddellijk het instellingshoofd, die de nodige maatregelen treft om de activiteiten in gunstige omstandigheden te laten doorgaan. Beginsituatie Als beginsituatie wordt uitgegaan van het feit dat de leerlingen die de derde graad aanvatten de minimumdoelstellingen van de tweede graad TSO of ASO hebben bereikt. De beschrijving en de verklaring van chemische structuren en interacties die in de tweede graad behandeld werden, worden verder verfijnd en uitgebreid, vooral naar de koolstofchemie. Na een overwegend kwalitatieve benadering in de tweede graad worden dynamische aspecten van chemische processen zoals reactiesnelheid en -evenwicht op een overwegend kwantitatieve wijze uitgebreid. In Chemische analyse wordt, naast het herkennen van enkele courante stoffen, aandacht gevraagd voor de algemene principes van analysen in laboratoria. Voorbeelden van bereikte minimumdoelstellingen (eindtermen): aan de hand van een chemische formule een representatieve stof classificeren en benoemen (Tweede graad SO: natuurwetenschappen, eindterm C 8.) de begrippen endo- en exo-energetisch illustreren met voorbeelden van chemische processen waarbij verschillende vormen van energie betrokken zijn. (Tweede graad SO: natuurwetenschappen,eindterm C 23.)
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 4 ALGEMENE DOELSTELLINGEN 1 Onderzoekend leren / leren onderzoeken Met betrekking tot een concreet wetenschappelijk of toegepast wetenschappelijk probleem, vraagstelling of fenomeen kunnen de leerlingen 1 relevante parameters of gegevens aangeven, hierover informatie opzoeken en deze oordeelkundig aanwenden; 2 een eigen hypothese (bewering, verwachting) formuleren en aangeven hoe deze kan worden onderzocht; 3 voorwaarden en omstandigheden die een hypothese (bewering, verwachting) weerleggen of ondersteunen, herkennen of aangeven; 4 ideeën en informatie verzamelen om een hypothese (bewering, verwachting) te testen en te illustreren; 5 omstandigheden die een waargenomen effect kunnen beïnvloeden, inschatten; 6 aangeven welke factoren een rol kunnen spelen en hoe ze kunnen worden onderzocht; 7 resultaten van experimenten en waarnemingen afwegen tegenover de verwachte, rekening houdende met de omstandigheden die de resultaten kunnen beïnvloeden; 8 resultaten van experimenten en waarnemingen verantwoord en bij wijze van hypothese, veralgemenen; 9 experimenten of waarnemingen in klassituaties met situaties uit de leefwereld verbinden; 10 doelgericht, vanuit een hypothese of verwachting, waarnemen; 11 waarnemings- en andere gegevens mondeling en schriftelijk verwoorden en weergeven in tabellen, grafieken, schema's of formules; 12 alleen of in groep, een opdracht uitvoeren en er een verslag over uitbrengen. 2 Wetenschap en samenleving met betrekking tot vakinhouden van de vakspecifieke eindtermen 13 voorbeelden geven van mijlpalen in de historische en conceptuele ontwikkeling van de natuurwetenschappen en ze in een tijdskader plaatsen; 14 met een voorbeeld verduidelijken hoe de genese en de acceptatie van nieuwe begrippen en theorieën verlopen; 15 de wisselwerking tussen de natuurwetenschappen, de technologische ontwikkeling en de leefomstandigheden van de mens met een voorbeeld illustreren; 16 een voorbeeld geven van positieve en nadelige (neven)effecten van natuurwetenschappelijke toepassingen; 17 met een voorbeeld sociale en ecologische gevolgen van natuurwetenschappelijke toepassingen illustreren; 18 met een voorbeeld illustreren dat economische en ecologische belangen de ontwikkeling van de natuurwetenschappen kunnen richten, bevorderen of vertragen; 19 met een voorbeeld de wisselwerking tussen natuurwetenschappelijke en filosofische opvattingen over de werkelijkheid illustreren; 20 met een voorbeeld verduidelijken dat natuurwetenschappen behoren tot cultuur, nl. verworven opvattingen die door meerdere personen worden gedeeld en die aan anderen overdraagbaar zijn; 21 met een voorbeeld de ethische dimensie van natuurwetenschappen illustreren.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 5 3 Attitudes De leerlingen 22* zijn gemotiveerd om een eigen mening te verwoorden; 23* houden rekening met de mening van anderen; 24* zijn bereid om resultaten van zelfstandige opdrachten objectief voor te stellen; 25* zijn bereid om samen te werken; 26* onderscheiden feiten van meningen of vermoedens; 27* beoordelen eigen werk en werk van anderen kritisch en objectief; 28* trekken conclusies die ze kunnen verantwoorden; 29* hebben aandacht voor het correcte en nauwkeurige gebruik van wetenschappelijke terminologie, symbolen, eenheden en data; 30* zijn ingesteld op het veilig en milieubewust uitvoeren van een experiment; 31* houden zich aan de instructies en voorschriften bij het uitvoeren van opdrachten. Met het oog op de controle door de inspectie werden de attitudes met een * aangeduid. Het volstaat om deze doelstellingen na te streven.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 6 LEERPLANDOELSTELLINGEN / Omwille van de leesbaarheid worden de leerplandoelstellingen, de leerinhouden en de methodologische wenken in afzonderlijke cellen geplaatst per hoofdstuk. Binnen deze cellen werd getracht de horizontale lezing zo veel als mogelijk door te trekken. Daarom dient elk blok als een geheel te worden beschouwd. Ook zijn de leerlingenproeven aangeduid. Leerlingenproeven (leerlingenpractica) zijn activiteiten waarbij leerlingen alleen of in kleine groepjes (2 à 3) zelfstandig, maar onder begeleiding en toezicht, experimenteel werk uitvoeren in verband met een verschijnsel dat tot het leerpakket behoort. De niet-verplichte uitbreidingsdoelstellingen zijn met de letter U aangeduid. Voor meer informatie, o.a. richtlijnen, lesmateriaal, nuttige links, zie: http://www.rago.be/wetenschappen/chemie/startchemie.htm
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 7 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN ALGEMENE PRINCIPES Algemene principes chemische informatie in gedrukte bronnen en langs elektronische weg systematisch opzoeken, en met behulp van ICT weergeven in grafieken, diagrammen of tabellen; Deze doelstellingen stemmen overeen met de algemene eindtermen chemie ETc 2-4-5-6. Dit zijn vakgebonden eindtermen die niet aan een welbepaalde vakinhoud zijn gebonden. Ze worden in de volgende hoofdstukken geïntegreerd. veilig en verantwoord omgaan met stoffen en chemisch afval, gevarensymbolen interpreteren en R- en S-zinnen opzoeken; Voor praktische tips rond Veiligheid in de schoollaboratoria en nuttige weblinks: http://pbd.gemeenschapsonderwijs.net/wetenschappen. Voorbeeld: aantonen van reagentia en reactieproducten bij reacties, zoals Fe 3+ met SCN - ; Fe 2+ met Fe(CN) 3-6 ; I 2 met zetmeel, enz. de aanwezigheid van een stof vaststellen met behulp van een gegeven identificatiemethode; het belang van chemische kennis in verschillende opleidingen en beroepen illustreren; het chemisch rekenen toepassen; Informatie over studie- en beroepsmogelijkheden is te vinden op de website: http://www.jobschemie.be. Het chemisch rekenen wordt geïntegreerd in de daarvoor geschikte hoofdstukken.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 8 1 aan de hand van energieniveaus uitleggen hoe een atoom energie kan opnemen en uitzenden; aan de hand van het lijnenspectrum van een atoom uitleggen dat de energieniveaus gekwantiseerd zijn; een onderscheid maken tussen het hoofdenergieniveau, het subniveau, het magnetisch deelniveau en de spin van een elektron en deze niveaus beschrijven met de kwantumgetallen n, l, m l en m s ; een overzicht van de energieniveaus van een atoom geven; de verbodsregel van Pauli toepassen; de elektronenconfiguraties van de elementen voorstellen met pijltjes in vakjes die rekening houden met de kwantumgetallen en de regel van Hund en deze configuraties schrijven met vermelding van s, p, d en f per schil; het verband tussen deze elektronenconfiguraties en de opbouw van het periodiek systeem beschrijven; 1 ATOOMBOUW 1.1 Uitbreiding van het atoommodel 1 Atoombouw 1.1 Uitbreiding atoommodel De atoommodellen van Dalton, Thomson, Rutherford- Bohr (zie leerinhouden tweede graad) worden kort besproken en in een historisch perspectief geplaatst. De uitbreiding van het atoommodel leunt aan bij het atoommodel van Sommerfeld (de opsplitsing van de energieniveaus op basis van de lijnenspectra). De hoofdenergieniveaus in verband brengen met de elektronenschillen van Bohr. De subniveaus rangschikken volgens toenemende energie op eenzelfde schil: s, p, d en f. De maximale elektronenbezetting per subniveau aangeven en voorstellen s 2, p 6, d 10 en f 14. Oefeningen op de elektronenconfiguratie van atomen en mono-atomische ionen. De periodiciteit in de ionisatie-energie van de elementen herkennen.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 9 de betekenis van het golfkarakter van een elektron uitleggen; uitleggen dat de plaats en de snelheid van een elektron niet tegelijkertijd nauwkeurig kunnen bepaald worden; 1.2 Golfkarakter van het elektron 1.2 Golfkarakter van het elektron Het golfkarakter van een elektron kan op verschillende manieren uitgelegd worden, bijv.: - door vergelijking met watergolven en demonstraties met de rimpeltank; - door raadpleging van een website met aanschouwelijke voorstelling van experimenten met elektronenstralen. Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg heeft het over de onmogelijkheid om tegelijkertijd iets zinvols aan te geven over de plaats en de bewegingshoeveelheid (m.v) van het elektron. aangeven dat de aantrefkans van een elektron in een bepaald gebied rond de kern nooit 100% bedraagt; aangeven dat de aantrefkans van een elektron volgens verschillende richtingen vanuit de kern niet in alle gevallen even groot is; een atoomorbitaal kenschetsen als een voorstelling van de aantrefkans (waarschijnlijkheidsverdeling) van een elektron in een atoom; s-orbitalen kenschetsen als bolvormige volumes met een even grote aantrefkans volgens alle richtingen; p-orbitalen kenschetsen als haltervormige volumes met een aantrefkans die het grootst is volgens een x-, y-, of z-as; 1.3 Atoomorbitalen 1.3 Atoomorbitalen Het is niet noodzakelijk dat de leerlingen geconfronteerd worden met de IUPAC-definitie van een atoomorbitaal: One-electron-function obtained as a solution of the Schrödinger-equation for an atom Uit het atoommodel van Sommerfeld en het golfkarakter van het elektron worden de leerlingen geleid tot voorstellingen die verband houden met het atoommodel van Schrödinger. Website met afbeeldingen van orbitalen: http://www.shef.ac.uk/chemistry/orbitron/
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 10 2 een covalente binding kenschetsen als een atoombinding die tot stand komt door middel van een gemeenschappelijk elektronenpaar tussen twee atomen; een molecule-orbitaal kenschetsen als een middel om de aantrefkans van een gemeenschappelijk elektronenpaar in het interactiegebied tussen de atomen op een eenvoudige wijze voor te stellen; het onderscheid maken tussen een sigmaen pi-binding; aangeven dat het gemeenschappelijk stellen van een elektronenpaar tussen twee atomen de totale energie van het geheel verlaagt en dat de covalente binding dus leidt tot een grotere stabiliteit; 2 STRUCTUUR VAN MOLECULEN 2.1 Molecule-orbitalen 2 Structuur van moleculen 2.1 Molecule-orbitalen Herhaling van de tweede graad Een sigmabinding voorstellen als een cilindrischsymmetrisch interactiegebied tussen twee atomen, bijv. H 2, HCl, Cl 2. Een pi-binding voorstellen als een tweelobbig interactiegebied buiten de internucleaire as bij een dubbele en drievoudige binding, bijv. O 2, N 2. het begrip hybridisatie verwoorden; het verband leggen tussen de ruimtelijke structuur van moleculen zoals experimenteel vastgesteld en de hybridisatie bij het koolstofatoom voor: - de tetraëderstructuur van methaan (CH 4 ) en ethaan (C 2 H 6 ) met sp 3 -hybridisatie en bindingshoeken van 109 ; 2.2 Hybridisatie 2.2 Hybridisatie De oorspronkelijke atoomorbitalen veranderen in gehybridiseerde orbitalen met gelijkwaardige waarschijnlijkheidsverdelingen. De hybridisatie resulteert in een verhoogde aantrefkans in bepaalde richtingen, die leidt tot een verklaring van de ruimtemodellen die behandeld werden in de tweede graad: CH 4, C 2 H 4, C 2 H 2.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 11 U - de vlakke structuur van etheen (C 2 H 4 ) met sp 2 -hybridisatie en bindingshoeken van 120 ; - de lineaire structuur van ethyn (C 2 H 2 ) met sp-hybridisatie en bindingshoeken van 180 ; aangeven dat de sp 3 -,sp 2 - en sp-elektronen aanleiding kunnen geven tot sigmabindingen en dat de overblijvende p- elektronen aanleiding kunnen geven tot pibindingen; aangeven dat hybridisatie ook optreedt met vrije elektronenparen; uit de ruimtelijke structuur en het verschil in elektronegatieve waarden afleiden dat de molecule een polair of apolair karakter heeft; waterstofbruggen aangeven als dipoolkrachten tussen moleculen waarin waterstof gebonden is aan kleine atomen met grote elektronegatieve waarde; lewisformules schrijven; in lewisformules de formele ladingen aangeven; de geometrie van moleculen verklaren aan de hand van lewisformules en afstoting van elektronenparen; Voorbeelden: NH 3, H 2 O, HCl. 2.3 Lewisformules 2.3 Lewisformules De studie van de polariteit van moleculen is een uitbreiding van de tweede graad. De waterstofbruggen werden in de tweede graad aangehaald bij water (o.m. sneeuw). Het begrip kan uitgebreid worden naar voorbeelden met F, O, N. Uit de lewisformule volgt de geometrie van moleculen (bijv. CH 4, NH 3, H 2 O, C 2 H 4, SO 2, C 2 H 2 ). Hierbij worden de begrippen valentie-elektronen (alle eenzame elektronen en elektronenparen van een atoom, die voor de bindingsmogelijkheden van het atoom in aanmerking komen: s, p en soms d-elektronen) en valentieschil (de verschillende energieniveaus waarop valentie-elektronen in de grondtoestand kunnen voorkomen) ingevoerd zodat de VSEPR-theorie (Valence Shell Electron Repulsion) kan toegepast worden.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 12 de begrippen mesomerie en gedelocaliseerde elektronen verwoorden; voorbeelden geven van mesomerie; 2.4 Mesomerie 2.4 Mesomerie Voorbeelden: SO 2, SO 3, O 3. Bij het onderdeel aromatische koolwaterstoffen zal er later ingegaan worden op de mesomerie van benzeen. de structuur en naam van alkanen aangeven; keten- en ringstructuur van alkanen voorstellen; het begrip ketenisomerie uitleggen en de naam vormen van eenvoudige ketenisomeren; door middel van contexten het belang van alkanen illustreren: herkomst en gebruik van methaan, wasbenzine, white spirit, paraffine, kraken van alkanen; de structuur van alkenen en alkynen voorstellen; met voorbeelden plaatsisomerie bij alkenen en alkynen uitleggen en de naam vormen van plaatsisomeren; cis-trans-isomerie bij alkenen uitleggen; 2.5 Koolwaterstoffen Alkanen Alkenen en alkynen 2.5 Koolwaterstoffen Herhaling van de tweede graad met uitbreiding naar aanleiding van de orbitaaltheorie. Alkanen: contexten, bijv. reforming en octaangetal van benzine (opzoeken via ICT). U m.b.v. contexten het belang van alkenen en alkynen illustreren; Alkenen en alkynen: contexten, bijv. bereiding door kraken en gebruik.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 13 3 de wet van behoud van energie formuleren; uitleggen dat een stof inwendige energie bezit die afhangt van de aard van de bindingen, de aggregatietoestand en de temperatuur; de enthalpieverandering H van een stof definiëren als verandering van de energieinhoud; uitleggen dat het verbreken van bindingen gepaard gaat met H > 0 en dat het vormen van bindingen gepaard gaat met H < 0; 3 DRIJFVEREN VAN CHEMISCHE REACTIES 3.1 Energie en enthalpie 3 Drijfveren van chemische reacties 3.1 Energie en enthalpie Enthalpie (symbool H, van Heat), eenheid joule: H = inwendige energie + p. V p en V zijn enkel belangrijk bij gassen. Enthalpieverandering H: H = verandering aan inwendige energie + p. V. Voor inwendige energie wordt het symbool U gebruikt. De afname van de enthalpie bij het ontstaan van een covalente binding of van een ionrooster leidt tot een grotere stabiliteit: - de bindingsenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol van een covalente binding; - de roosterenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol kristallijne ionverbinding uit de samenstellende positieve en negatieve ionen. de reactie-enthalpie H definiëren als het verschil tussen de enthalpie van de reactieproducten en de enthalpie van de uitgangsstoffen; het verband leggen tussen het teken van H en het exo-energetisch of endoenergetisch karakter van de reactie; de vormingsenthalpie definiëren; de wet van Hess formuleren; stoichiometrische berekeningen maken met reactie-enthalpieën; 3.2 Reactie-enthalpie 3.2 Reactie-enthalpie Experimenteel nagaan of een reactie exo- of endoenergetisch is. De reactievergelijking voor de vorming van een samengestelde stof uit de enkelvoudige stoffen schrijven en de overeenkomstige vormingsenthalpie opzoeken in een tabel. De reactie-enthalpie berekenen uit de vormingsenthalpieën van de uitgangsstoffen en de reactieproducten.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 14 entropie als een maat van wanorde benaderen; aangeven dat zowel de enthalpie als entropie een rol spelen als drijfveer bij het verloop van reacties; 3.3 Entropie 3.3 Entropie Entropie (symbool S) als thermodynamische toestandsgrootheid: maat voor de ongeordendheid van een systeem. Experimenteel vaststellen dat ook endo-energetische reacties spontaan kunnen verlopen. Met een voorbeeld uitleggen dat er in dat geval een voldoende grote toename moet zijn van de entropie. 4 de definitie van reactiesnelheid geven; uitleggen dat in reacties (in de meeste gevallen) bestaande chemische bindingen worden verbroken en nieuwe worden gevormd; beredeneren dat deeltjes van de uitgangsstoffen met elkaar effectief moeten botsen om te kunnen reageren; 4 REACTIESNELHEID 4.1 Reactiesnelheid en effectieve botsingen 4 Reactiesnelheid 4.1 Reactiesnelheid en effectieve botsingen Een onderscheid maken tussen gemiddelde snelheid en ogenblikkelijke snelheid. Mogelijke proef: de reactiesnelheid voor een gekozen reactie experimenteel bepalen. Het verband leggen tussen het toenemen van het aantal effectieve botsingen per seconde en het toenemen van de reactiesnelheid. ETg 16 ETg18 aangeven, dat niet elke botsing van deeltjes effectief is; het belang van de activeringsenergie bij effectieve botsingen beschrijven; afleiden dat het aantal effectieve botsingen tussen de reagerende deeltjes vergroot door het toenemen van de verdelingsgraad van de stof, de concentraties en de temperatuur; 4.2 Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden 4.2 Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden De factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, worden experimenteel onderzocht en verklaard d.m.v. de botsingstheorie en reactiemechanismen.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 15 het verband leggen tussen de wijziging van het reactiemechanisme door toevoeging van een katalysator en het ontstaan van een nieuw reactiemechanisme met een kleinere activeringsenergie; illustreren dat economische belangen de ontwikkeling van de chemie kunnen richten en bevorderen; Contexten: bijv. - verdelingsgraad: fijn versnipperd hout brandt vlugger dan een blok hout; stofexplosies in silo's; reacties in oplossing verlopen doorgaans vlugger dan reacties tussen vaste stoffen; in een verbrandingsmotor is de brandstof in een fijn verdeelde (vernevelde) toestand aanwezig; - temperatuur: bewaring van voedingsmiddelen door invriezen; - katalysator: werking op de uitlaatgassen van een auto; Het gebruik van katalysatoren bij industriële processen is belangrijk vanuit economisch oogpunt(opdrijven van het rendement). de invloed van de verschillende factoren op de reactiesnelheid experimenteel onderzoeken en interpreteren; Leerlingenpracticum: onderzoek van de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden Factoren die kunnen onderzocht en verklaard worden: de aard van de reagerende deeltjes; de concentratie van een oplossing; de druk van gassen; de temperatuur; de verdelingsgraad van de stof; de katalysator of de inhibitor. aangeven dat de meeste reacties in verschillende stappen, de zgn. elementaire reacties, verlopen en dat de traagste stap de reactiesnelheid van het totale proces bepaalt; voor een algemene reactie, waarbij de uitgangsstoffen zich in dezelfde fase bevinden, de snelheidswet schrijven; 4.3 Chemische snelheidswet 4.3 Chemische snelheidswet Voor een reactie a A + b B +... x X + y Y +... waarbij A, B,... zich in dezelfde fase bevinden is de uitdrukking van de algemene chemische snelheidswet voor het ogenblik (t) v t = k. [A] m t. [B] n t,waarbij de exponenten m, n,... experimenteel worden bepaald. De factoren met invloed op de reactiesnelheidsconstante (k) zijn: de temperatuur, de katalysator.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 16 5 enkele voorbeelden als omkeerbare reacties kenschetsen; aangeven, dat in de chemische evenwichtstoestand, de snelheid van de heenreactie gelijk is aan de snelheid van de terugreactie; 5 CHEMISCH EVENWICHT 5.1.Omkeerbaarheid van chemische reacties en chemisch evenwicht 5 Chemisch evenwicht 5.1. Omkeerbaarheid van chemische reacties en chemisch evenwicht Voorbeeld: historische experimenten van Lavoisier: t > 400 C 2 HgO 2 Hg + O 2 t < 400 C 2 Hg + O 2 2 HgO H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI(g) U uit het botsingsmodel van de reacties afleiden dat er een dynamisch evenwicht ontstaat; de chemische evenwichtstoestand kenschetsen als een toestand met constant blijvende concentraties; het onderscheid tussen homogeen en heterogeen chemisch evenwicht uitleggen; Experiment: aantonen van omkeerbare reacties die leiden tot een chemisch evenwicht, bijv. - broomwater: Br 2 + 2 H 2 O Br - + H 3 O + + HBrO - ijze(3+)thiocyanaat: Fe 3+ + SCN - Fe(SCN) 2+ Evenwichtsconcentraties worden als volgt genoteerd: [A] e met als eenheid mol/l. De notatie mol/l i.p.v. mol/l is toegestaan volgens IUPAC, om verwarring te voorkomen. Mogelijke illustratie: druipsteenvorming in grotten. In 7.3 wordt er uitvoeriger ingegaan op de bespreking van het heterogeen chemisch evenwicht en vraagstukken met het oplosbaarheidsproduct. de concentratiebreuk schrijven voor een reactie in de chemische evenwichtstoestand; het verband tussen de evenwichtsconcentraties en evenwichtsconstante K c schrijven; 5.2 Evenwichtsconstante 5.2 Evenwichtsconstante De evenwichtsconstante K c wordt met zijn numerieke waarde aangeduid (zonder eenheid). Aangeven dat de evenwichtsconstante enkel van de temperatuur afhangt.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 17 uit de evenwichtsvoorwaarde afleiden dat een verandering van concentratie van een of meer stoffen een verschuiving van het chemisch evenwicht kan veroorzaken waarbij K c constant blijft; aangeven, dat een verandering van de temperatuur een nieuw evenwicht doet ontstaan, omdat de waarde van K c gewijzigd wordt; de evolutie van een reactie in evenwicht voorspellen na een verstoring van het evenwicht door verandering van temperatuur of van concentratie; het principe van Le Chatelier - Van 't Hoff formuleren en toepassen op voorbeelden; aangeven, dat bij een constante temperatuur een katalysator wel invloed uitoefent op de insteltijd van een chemisch evenwicht, maar niet op de evenwichtsconstante K c ; het onderscheid tussen een evenwichtsreactie en een aflopende reactie beschrijven; het verband leggen tussen het begrip aflopende reactie en het feit dat bij zulk een reactie ten minste één van de uitgangsstoffen (praktisch) volledig reageert; 5.3 Verschuiving van het chemisch evenwicht Principe van Le Chatelier-Van 't Hoff 5.3 Verschuiving van het chemisch evenwicht In een oplossing treedt een concentratieverandering op als men stoffen aan de oplossing toevoegt of te onttrekt. Mogelijke experimenten: verschuiving van het evenwicht door toevoeging van een zuur of een base bij: Br 2 + 2 H 2 O Br - + H 3 O + + HBrO 2 CrO 4 2- + H 3 O + Cr 2 O 7 2- + OH - + H 2 O In een gasmengsel treedt een concentratieverandering op door gassen samen te persen of te ontspannen Mogelijk experiment: - invloed van de drukverandering bij een ampul gevuld met stikstofdioxide: 2 NO 2 N 2 O 4 Het principe van Le Chatelier-Van t Hoff toepassen op reacties in de chemische evenwichtstoestand: - door een verandering van de concentratie schuift het evenwicht zodanig op, dat die verandering wordt tegengewerkt; - door de aanvoer of afvoer van warmte schuift het evenwicht zodanig op, dat die aanvoer of afvoer van warmte wordt tegengewerkt. Context: bijv. de industriële bereiding van ammoniak (invloed van de verschillende factoren op het rendement van het proces). Aflopen van omkeerbare reacties door: - ontsnappen van een gas; - ontstaan van een neerslag.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 18 6 een brønstedzuur als een deeltje dat een proton afstaat (protondonor) en een brønstedbase als een deeltje dat een proton opneemt (protonacceptor) definiëren; zuur-basereacties volgens Brønsted (protolyse) schrijven; in een gegeven zuur-base-evenwicht de betrokken deeltjes, op basis van de protonenoverdracht, identificeren als zuur of als base; in een zuur-basereactie volgens Brønsted de zuur-basekoppels voorstellen; 6 ZUREN EN BASEN 6.1 Zuren en basen volgens Brønsted 6 Zuren en basen 6.1 Zuren en basen volgens Brønsted Het zuur-baseconcept van Brønsted heeft een universeler karakter dan dit van Arrhenius: - de zuur-basetheorie van Arrhenius heeft betrekking op stoffen - de zuur-basetheorie van Brønsted heeft betrekking op de interactie tussen deeltjes, waardoor de theorie ruimer bruikbaar is HCl + H 2 O H 3 O + + Cl I H + I H + brø.zuur 1 + brø.base 2 brø.zuur 2 + brø.base 1 zuur geconjugeerde base + H + Z B + H + Voorbeelden: (met correcte ladingsbalans) HCl Cl + H + + NH 4 NH 3 + H + CO 3 2 HCO 3 + H + H 2 PO 4 HPO 4 2 + H + Voorbeelden met gehydrateerde metaalionen: Na(H 2 O) 6 + [Na(OH)(H 2 O) 5 ] + H + herkennen dat sommige deeltjes zich als zuur of als base kunnen gedragen (amfolyten); Al(H 2 O) 6 3+ [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H + Voorbeelden van amfolyten: H 2 O, HSO 4 -, HCO3 -, H 2 PO 4 -, HPO 4 2-
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 19 de protonenoverdracht tussen watermoleculen (autoprotolyse van water) beschrijven en herkennen als een interactie tussen deeltjes die leidt tot een chemisch evenwicht; de waterconstante K w definiëren; zure, basische en neutrale oplossingen in verband brengen met de concentratie aan oxonium- en hydroxide-ionen; 6.2 Ionisatie-evenwicht van water 6.2 Ionisatie-evenwicht van water H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH K w = [H 3 O + ].[OH ] = 10-14 (bij 24 C) K is onbenoemd, maar de notaties [H 3 O + ] en [OH ] stellen de evenwichtsconcentraties [H 3 O + ] e en [OH ] e, voor uitgedrukt in mol/l. Herhaling uit de 2 de graad: Zure oplossing: [H 3 O + ] > 10-7 mol/l, zodat [OH ] < 10-7 mol/l Neutrale oplossing: [H 3 O + ] = 10-7 mol/l en [OH ] = 10-7 mol/l Basische oplossing: [H 3 O + ] < 10-7 mol/l, zodat [OH ] > 10-7 mol/l een gemeten of een gegeven ph van een oplossing in verband brengen met de concentratie aan oxonium- en aan hydroxide-ionen; in zure, basische en neutrale oplossingen: - de ph definiëren als ph = log [H 3 O + ]; - de poh definiëren als poh = log [OH - ]; - het verband uitleggen tussen de ph en de poh van oplossingen; 6.3 Waterstofexponent ph 6.3 Waterstofexponent ph Het begrip ph werd al gezien in de tweede graad. In de derde graad gaat de leraar na in welke mate de leerlingen het begrip beheersen. Overleg met wiskunde i.v.m. logaritmen. Eventueel wordt de logaritme aan de hand van de rekenmachine uitgelegd.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 20 de zuurconstante K z als evenwichtsconstante van de protolyse van een brønstedzuur met water definiëren; 6.4 Sterkte van zuren en basen Zuren 6.4 Sterkte van zuren en basen Door meting van de ph en/of het elektrisch geleidingsvermogen van zure oplossingen van HCl (c = 0,1 mol/l) en HAc (c = 0,1 mol/l) kan men vaststellen dat de ligging van het chemisch evenwicht van de protolyse afhankelijk is van de sterkte van het brønstedzuur. Z + H 2 O H 3 O + + B H + 3O. B Kz = Z Voorbeelden: HAc + H 2 O Ac + H 3 O + (HAc = CH 3 COOH) [H 3 O + ].[Ac ] K Z = [HAc] + NH 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + H + 3O. NH3 K z = NH+ 4 H 2 PO 4 + H 2 O HPO 4 2 + H 3 O + H + 2-3O. HPO 4 K z = H PO- 2 4
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 21 de baseconstante K b als evenwichtsconstante van de protolyse van een brønstedbase met water definiëren; de uitdrukking van zuur- en baseconstanten in verband brengen met de relatieve sterkte van de betrokken zuren en basen; in zuur-basekoppels het verband leggen tussen de zuurconstante van een brønstedzuur en de baseconstante van de geconjugeerde base; de grootheden pk z en pk b definiëren; in zuur-basekoppels het verband leggen tussen de pk z van een brønstedzuur en de pk b van de geconjugeerde base; Basen Door meting van de ph en/of het elektrisch geleidingsvermogen van basische oplossingen van NaOH (c = 0,1 mol/l) en NH 3 (c = 0,1 mol/l) kan men vaststellen dat de ligging van het chemisch evenwicht van de protolyse afhankelijk is van de sterkte van de brønstedbase. B + H 2 O OH + Z OH -. Z K b = B Voorbeeld: NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH OH -. NH + 4 K b = NH 3 K z.k b = K w = 10 14 pk z en pk b berekenen uit gegeven K z - en K b -waarden (en omgekeerd). Aan de hand van een tabel met zuur-basekoppels en pk z -waarden de relatieve sterkte van brønstedzuren en basen aangeven.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 22 6.5 Berekeningen van de ph 6.5 Berekening van de ph (van oplossingen in water) de ph van een oplossing van een sterk zuur berekenen; de ph van een oplossing van een sterke base berekenen; de ph van een oplossing van een zwak zuur berekenen; de ph van een oplossing van een zwakke base berekenen; de ph van zoutoplossingen berekenen; Controleer van een aantal oplossingen de berekende ph experimenteel (eventuele afwijking tussen experimentele en berekende waarde kan besproken worden). Voorbeelden van sterke zuren: HBr, HClO 3, HCl, HNO 3 Voorbeelden van sterke basen: NaOH, Ba(OH) 2. Voorbeelden van zwakke zuren: HF, CH 3 COOH (HAc), HCOOH, HCN, H 2 S, H 3 PO 4. Voorbeelden van zwakke basen: NH 3, CH 3 NH 2. Goed oplosbare zouten dissociëren volledig bij het oplossen in water. De vrijgekomen ionen ondergaan een protolyse met water. Voorbeeld: oplossen van Al(NO 3 ) in water: 3 Al(NO 3 ) 3 Al 3+ - + 3 NO 3 (dissociatie) Al(H 2 O) 3+ 6 + H 2 O [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H 3 O + zwak zuur (niet te verwaarlozen) NO 3 + H 2 O HNO 3 + OH (zeer zwakke base, te verwaarlozen) Elk zout bevat minstens een zuur (positief ion) en een base (negatief ion). Afhankelijk van het geval is de ph < 7 of ph = 7 of ph > 7 - Zijn beide ionen zwakker dan water, dan is de zoutoplossing neutraal en de ph = 7: bijv. NaCl: Na(H 2 O) + 6 K z < 10-14 verwaarloosbaar Cl - K b < 10-14 verwaarloosbaar idem KNO 3
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 23 - Is alleen het negatieve ion een zwakkere base dan water, dan is de zoutoplossing zuur en kunnen we de ph berekenen zoals voor een zwak zuur (ph < 7). bijv. Al(NO 3 ) 3 : Al(H 2 O) 3+ 6 K z > 10-14 zwak zuur - NO 3 K b < 10-14 verwaarloosbaar. idem NH 4 Cl - Is enkel het positieve ion een zwakker zuur dan water, dan is de zoutoplossing basisch en kunnen we de ph berekenen zoals voor een zwakke base (ph > 7). bijv. Na 2 CO 3 : Na(H 2 O) + 6 K z < 10-14 verwaarloosbaar 2- CO 3 K b > 10-14 zwakke base. idem NaAc - Is geen van beide ionen zwakker dan water dan wordt met beide evenwichten rekening gehouden (zwak zuur én zwakke base), bijv. NH 4 Ac: NH + 4 K z > 10-14 zwak zuur Ac - K b > 10-14 zwakke base - Zouten die dissociëren in een zeer zwak zuur en een amfolytisch anion komen op hetzelfde neer: het amfolytisch anion vervult simultaan de rol van een zwak zuur én een zwakke base, bijv. NaHCO 3 : Na(H 2 O) + 6 K z < 10-14 verwaarloosbaar - HCO 3 amfolyt (K z < 10-14 en K b > 10-14 ) de werking van zuur-base-indicatoren als toepassing van zuur-base-evenwichten verklaren; 6.6 Zuur-base-indicatoren 6.6 Zuur-base-indicatoren De experimentele bepaling van de ph van oplossingen in water uitleggen (zuur-base-indicatoren en ph-meter).
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 24 een buffermengsel definiëren als een mengsel van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base; de eigenschappen van een buffermengsel verwoorden en de werking ervan uitleggen door middel van een voorbeeld; de ph van een buffermengsel berekenen; de ph-verandering berekenen van een buffermengsel waaraan een (kleine) hoeveelheid sterk zuur of sterke base toegevoegd werd; enkele toepassingen van buffermengsels geven; 6.7 Buffermengsels 6.7 Buffermengsels Mogelijke experimenten: Meten van het verloop van de ph bij toevoeging van een sterk zuur of een sterke base in: - zuiver water; - - een bufferoplossing (bijv. NaAc + HAc). Contexten: bijv. In het menselijk lichaam zorgen buffers (H 2 CO 3 /HCO - 3, H 2 PO - 4 /HPO 2-4 ) ervoor dat de ph van het bloed constant wordt gehouden (ph = 7,4). het ph-verloop tijdens een zuur-basetitratie aangeven; een geschikte zuur-base-indicator voor een titratie kiezen; 6.8 Neutralisatiereacties 6.8 Neutralisatiereacties Bij berekeningen van het ph-verloop tijdens titraties kan men zich beperken tot de berekening van de ph bij het startpunt en bij het equivalentiepunt. De berekeningen bieden de gelegenheid om te oefenen bij het bepalen van de keuze van de geschikte formules voor de ph-berekening. Titratiecurven voorstellen. de verschillende stappen van een chemische analyse beschrijven en met een voorbeeld illustreren; met eenvoudig materiaal een eenvoudige neutralisatiereactie uitvoeren; Leerlingenpracticum: neutralisatiereactie Mogelijke experimenten: - bepaling van de concentratie van azijnzuur in tafelazijn - bepaling van het gehalte acetylsalicylzuur in aspirine - bepaling van de concentratie NaOH in een commerciële ontstopper.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 25 7 7 CHEMISCH REKENEN 7 Chemisch rekenen De leerkracht gaat na welke leerplandoelstellingen al in vorige hoofdstukken werden bereikt. Dit hoofdstuk heeft tot doel het chemisch rekenen te herhalen, te oefenen en eventueel uit te breiden naar nieuwe concepten. U uit de procentuele samenstelling de formule van een verbinding afleiden; 7.1 Procentuele samenstelling van een verbinding 7.1 Procentuele samenstelling van een verbinding Mogelijk experiment: het aantal moleculen kristalwater per formule-eenheid van een hydraat bepalen en het kleurverschil tussen watervrije zouten en hydraten waarnemen. Context: historische ontwikkeling o.a. J.L. Proust, J. Dalton aangeven dat het molair gasvolume bij normomstandigheden 22,4 liter per mol bedraagt en onafhankelijk is van de aard van het gas; het gasvolume, de massa en/of het aantal deeltjes bij normomstandigheden en bij andere omstandigheden berekenen; 7.2 Molair gasvolume 7.2 Molair gasvolume Herhaling uit de tweede graad overleg met fysica (algemene gaswet) Normomstandigheden (n.o.): 0 C en 1013 hpa Context: historische ontwikkeling o.a. R. Boyle, A. Avogadro
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 26 U de samenstelling van een oplossing uitdrukken in massa/volumeprocent, concentratie, massaprocent en volumeprocent; berekeningen maken die een verband leggen tussen de concentratie in mol per liter en de samenstelling in procent; berekeningen maken die verband houden met het verdunnen van een oplossing; bij het heterogeen evenwicht van een weinig oplosbare ionverbinding, het oplosbaarheidsproduct K s aangeven als het product van de ionenconcentraties in de verzadigde oplossing; massa's, stofhoeveelheden, concentraties, gasvolumes (bij normomstandigheden en bij andere omstandigheden) van uitgangsstoffen en reactieproducten berekenen, bij stoichiometrische hoeveelheden en bij overmaat van één der uitgangsstoffen; 7.3 Samenstelling van een oplossing 7.4 Kwantitatief aspect van de reactievergelijking 7.3 Samenstelling van een oplossing Contexten: bijv. - alcoholgehalte van drank uitgedrukt in graden of volumeprocenten; - huishoudelijke oplossingen - milieunormen en het gebruik van ppm en ppb. Laat de leerlingen de samenstelling van bijv. zuren omrekenen van de ene uitdrukking in de andere: bv vertrekken van de gegevens op een etiket. Berekeningen van verdunningen ook in combinatie met ph-berekeningen. Bij het heterogeen evenwicht tussen de kristallijne fase en de opgeloste fase van een verzadigde oplossing van een weinig oplosbaar zout is het product van de ionenconcentraties bij een bepaalde temperatuur constant, dit is het oplosbaarheidsproduct K s. Het principe van Le Chatelier toepassen om het gelijknamig-ioneffect te verklaren Berekeningen maken die het verband leggen tussen de oplosbaarheid en het oplosbaarheidsproduct 7.4 Kwantitatief aspect van de reactievergelijking Wijs ter herhaling op het bestaan van de tabel met zuurbasekoppels en zuurconstanten en gebruik de tabel om mogelijke zuur-basereacties te voorspellen. Maak o.a. ph-berekeningen na samenvoegen van een zure en een basische oplossing, in stoichiometrische verhouding en bij overmaat van één der reagentia. Context: de val van het proton.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 27 8 zoeken of in een reactie de oxidatietrap van atomen verandert en besluiten of de reactie een redoxreactie is; besluiten dat als de oxidatietrap van een atoom daalt, respectievelijk stijgt, het atoom gereduceerd, respectievelijk geoxideerd wordt; aantonen dat de reductie van atomen van een element steeds gepaard gaat met de oxidatie van andere atomen van een (meestal ander) element; redoxvergelijkingen opstellen vertrekkende van de gegevens van het experiment; in een gegeven redoxvergelijking de betrokken deeltjes, op basis van de elektronenoverdracht, identificeren als oxidator of als reductor; redoxvergelijkingen opstellen voor reacties in zuur en in basisch midden; 8 REDOXREACTIES EN ELEKTROCHEMIE 8.1 Oxidatietrappen en redoxvergelijkingen 8 Redoxreacties en elektrochemie 8.1 Oxidatietrappen en redoxvergelijkingen De leerinhouden van de tweede graad worden herhaald: - oxidatietrap - oxidatie, reductie, redoxreactie - oxidator en reductor. De leerlingen leren vuistregels voor het bepalen van de oxidatietrappen van de atomen in een verbinding. Voor elke redoxreactie wordt zoveel mogelijk vertrokken van de waarnemingen van het experiment. Er moet voldoende tijd besteed worden aan het opstellen van redoxvergelijkingen volgens een geëigend algoritme. Contexten: bijv. - historische evolutie van het begrip oxidatie - verbrandingen - redoxreacties bij ademhaling en fotosynthese. - bleken van jeans met KMnO 4 als oxidator - zuurstofwater als ontsmettingsmiddel en bleekmiddel - chemoluminescentie. met eenvoudig materiaal een eenvoudige redoxreactie uitvoeren; van volgende stoffen een typische toepassing of eigenschap aangeven: natriumhypochloriet (bleekwater), waterstofperoxide; Leerlingenpracticum: Redoxreacties Mogelijke experimenten: - verbranding, metaal + zuur, metaaloxide + diwaterstof; - katalytische (MnO 2 ) ontleding van waterstofperoxide; - redoxreacties met KMnO 4, afhankelijk van het milieu; - titratie van H 2 O 2 met natriumthiosulfaat; - opstellen van een verdringingsreeks van metalen; - opstellen van een verdringingsreeks van halogenen; - een galvanische cel samenstellen (bijv. Volta-element).
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 28 U U met voorbeelden aangeven dat in een redoxreactie de sterkste oxidator reageert met de sterkste reductor; de sterkte van oxidators en reductors toepassen op de verdringingsreeks van de metalen; de sterkte van oxidators en reductors toepassen op de verdringingsreeks van de niet-metalen; 8.2 Sterkte van reductors en oxidators 8.2 Sterkte van reductors en oxidators Naar analogie met de zuur-basekoppels volgens Brønsted kan vastgesteld worden dat met een sterke reductor een zwakke geconjugeerde oxidator overeenkomt en vice versa. Experimenteel een aantal reductors en oxidators kwalitatief vergelijken. het begrip redoxsysteem definiëren; een redoxsysteem schrijven als: oxidator + n e reductor; het principe van de elektrochemische cel schematisch weergeven; in een tabel, waarin redoxsystemen gerangschikt zijn volgens de waarde van hun standaardredoxpotentiaal E, het potentiaalverschil E definiëren en berekenen; met behulp van deze tabel de afloop van belangrijke redoxreacties voorspellen; 8.3 Redoxsystemen 8.3 Redoxsystemen De redoxsystemen voorstellen van een aantal halfreacties en deze rangschikken in een redoxtabel. Eenvoudige galvanische cellen maken en de spanning meten. Het verband leggen tussen de begrippen: - redoxpotentiaal - standaardwaterstofelektrode - standaardredoxpotentiaal E - potentiaalverschil of spanning E. Het ontstaan van elektrische stroom in een galvanisch element verklaren door verschillen in oxiderend, resp. reducerend vermogen. Uit de tabel met standaardredoxpotentialen de te verwachten spanning tussen elektroden afleiden en vergelijken met effectieve metingen.
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 29 de vergelijking maken tussen de elektrolyse en de werking van een galvanische cel; De elektrolyse herhalen (tweede graad), vergelijken met de werking van een galvanische cel en definiëren als redoxreactie: bijv. - elektrolyse van gesmolten NaCl - elektrolyse van zinksulfaat-oplossing met koperanode. U elektrolyse kenschetsen als een redoxreactie, waarbij een anodische oxidatie en een kathodische reductie optreedt; De anodische oxidatie en de kathodische reductie aantonen. Mogelijk kwantitatief experiment: bepalen van de wet van Faraday bij elektrolyse van kopersulfaat met koperelektroden (in overleg met fysica). Een verband leggen tussen redoxpotentialen en corrosie van metalen. Tenminste één industriële elektrolytische bereidings- of zuiveringsmethode beschrijven. Contexten: bijv. - de val van het elektron - bereiding en toepassingen van aluminiummetaal - elektrolytische raffinage van kopermetaal - galvaniseren van voorwerpen. U een overzicht geven van de belangrijkste reactietypes; Samenvattend overzicht van reactietypes - zuur-basereacties - redoxreacties - neerslagreacties uitwisseling van protonen uitwisseling van elektronen vereniging van ionen (in een ionrooster)
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 30 9 een determineertabel gebruiken met volgende stofklassen: alkanen, alkenen, alkynen, alcoholen, halogeenalkanen, aminen, aldehyden, ketonen, carbonzuren, esters, amiden, ethers; koolstofverbindingen aan de hand van een gegeven structuurformule of naam toewijzen aan een stofklasse met behulp van een determineertabel; gegeven eigenschappen van monofunctionele koolstofverbindingen in verband brengen met de karakteristieke groep en het koolstofskelet; het begrip isomerie uitleggen aan de hand van representatieve voorbeelden van structuur- en stereo-isomerie; een reactie uit de koolstofchemie toewijzen aan één van de volgende reactietypes: substitutie, additie, eliminatie, condensatie, vorming van macromolecule, skeletafbraak; heterolytische en homolytische (radicalaire) reacties onderscheiden; aan de hand van de begrippen substraat en reagens een onderscheid maken tussen nucleofiel reagens en elektrofiel reagens de begrippen lewiszuur en lewisbase definiëren en toepassen; van volgende stoffen of mengsels een typische toepassing of eigenschap aangeven: methaan, wasbenzine, white spirit, paraffine, methanol, ethanol, glycerol, glycol, azijnzuur; 9 ORGANISCHE STOFFEN en HUN REACTIES Algemeen 9 Organische stoffen en hun reacties Per onderdeel, daar waar het past: - de determineertabel raadplegen; - de bronnen en/of de bereiding van enkele belangrijke organische stoffen bespreken; - een organische verbinding herkennen aan de karakteristieke ( functionele ) groep die ze bezit en afleiden welke reacties de verbinding kan aangaan; - een overzicht geven van de reacties waarbij een organische stof met karakteristieke groep betrokken is; - toepassingen in de samenleving geven (contexten); - oefeningen maken op nomenclatuur en isomerie; - de invloed aangeven op het reactiemechanisme van: het inductief effect van atomen of atoomgroepen in het substraat; het mesomeer effect (delokalisering van pielektronen en vrije elektronenparen) in het substraat; de elektronenverschuivingen in het reagens die veroorzaakt worden door het substraat; de polarisatie ontstaat door een dynamische kracht tijdens de reactie, bijv. bij de additie van dibroom aan etheen, wordt het apolaire dibroom (reagens), gepolariseerd door de pi-elektronen van etheen (substraat).
TSO 3e graad Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen 31 U alkanen, alkenen, alkynen en halogeenalkanen als stofklasse herkennen met behulp van een determineertabel; de reactieproducten afleiden bij de homolytische substitutiereactie van alkanen met halogenen; elektrofiele additiereacties schrijven met alkenen en alkynen; bij nucleofiele substitutiereacties van halogeenalkanen het nucleofiel reagens en het elektrofiel substraat aanduiden; eliminatiereacties schrijven die gebeuren ter hoogte van twee buur C-atomen; 9.1 Halogeenalkanen 9.1 Halogeenalkanen Aanknopen bij de structuur en de naamgeving van alkanen, alkenen en alkynen (herhaling van de tweede graad en het eerste jaar van de derde graad). Steunend op de kennis van hoofdstuk 4 (reactiesnelheid), het begrip reactiemechanisme toelichten. De reactie van pentaan met dibroom uitvoeren (of een andere halogenering van een alkaan) en daarbij de invloed van licht onderzoeken. Mogelijke additiereacties: - etheen en ethyn + Br 2 - etheen en propeen + HBr Sterische hinder op het reactievermogen van moleculen aanhalen. De nucleofiele substitutie van een broomatoom door een hydroxylgroep uitvoeren (bijv. omzetten van broomethaan in ethanol met natriumhydroxide). Mogelijke eliminatiereacties: - dibroom uit 1,2-dibroomethaan - HBr uit 2- broompropaan. Context: bijv. het belang van halogeenkoolwaterstoffen voor de petrochemie toelichten o.a.: - oplosmiddelen - koelvloeistoffen - insecticiden - kunststoffen.