5 Formules en reactievergelijkingen Stoffen bestaan uit moleculen en moleculen uit atomen (5.1) Stoffen bestaan uit moleculen. Een zuivere stof bestaat uit één soort moleculen. Een molecuul is een groepje atomen. Er zijn ongeveer 100 soorten atomen en wel 20 miljoen soorten moleculen. Bij chemische reacties hergroeperen de atomen (5.1) Bij een chemische reactie verdwijnen moleculen van de beginstoffen en ontstaan nieuwe moleculen van de reactieproducten. De atomen veranderen niet. De atomen hergroeperen zich: er ontstaan uit de oude groepjes atomen nieuwe groepjes atomen. In moleculen van niet ontleedbare stoffen komt maar een atoomsoort voor. In moleculen van ontleedbare stoffen zijn meer atoomsoorten aanwezig. metalen niet-metalen Fe H Au O Cu N Pb Cl Mg He Ag Ne Ca Br Na C K I Niet ontleedbare stoffen. Moleculen. Informatie over atoomsoorten (5.1) In het periodiek systeem vind je informatie over atoomsoorten. Een periodiek Systeem vind je in Binas VMBO kgt, schema 31. Scheiden, smelten en oplossen (5.2) Bij scheiden, smelten en oplossen veranderen de moleculen niet. LET OP: in de tekeningen hieronder is elk molecuul voor de eenvoud als één bolletje weergegeven. In werkelijkheid zien moleculen er uit zoals in de tekeningen hierboven. Scheiden van stoffen is sorteren van moleculen. Bij smelten gaan moleculen langs elkaar bewegen. Bij oplossen gaan moleculen van de stof die oplost tussen moleculen van een vloeistof bewegen.
Ontleden en scheiden (5.2) Bij chemische reacties veranderen moleculen wel. Bijvoorbeeld bij ontleden. Bij ontleden begin je met één stof, dus ook met één soort moleculen. Bij ontleden verdwijnen moleculen en ontstaan nieuwe moleculen. Bij scheiden begin je met meer soorten moleculen, maar deze moleculen veranderen niet. Na de scheiding heb je de molecuulsoorten apart. De moleculen zijn onveranderd. (LET OP: voor de eenvoud zijn bij bovenstaande tekening moleculen als één bolletje weergegeven) Symbolen die je moet kennen symbool naam symbool naam symbool naam symbool naam Ag zilver Cd cadmium Hg kwik O zuurstof Al aluminium Cl chloor I jood P fosfor Ar argon Cr chroom K kalium Pb lood Au goud Cu koper Mg magnesium Pt platina Ba barium F fluor N stikstof S zwavel Br broom Fe ijzer Na natrium Si silicium C koolstof H waterstof Ne neon Sn tin Ca calcium He helium Ni nikkel Zn zink Molecuulformules (5.3) Met een kommaformule geef je aan welke soorten atomen in een molecuul voorkomen. In een molecuulformule geef je bovendien aan hoeveel van elke atoomsoort in een molecuul voorkomen. De molecuulformule van alcohol is C 2 H 6 O. Een molecuul alcohol bestaat uit 2 atomen C, 6 atomen H en 1 atoom O. De molecuulformule gebruik je ook als naam voor de stof. niet ontleedbare stoffen ontleedbare stoffen waterstof H 2 (g) water H 2 O(l) stikstof N 2 (g) ammoniak NH 3 (g) zuurstof O 2 (g) koolstofdioxide CO 2 (g) fluor F 2 (g) zwaveldioxide SO 2 (g) chloor Cl 2 (g) glucose C 6 H 12 O 6 (s) broom Br 2 (g) jood I 2 (g) ijzer Fe(s) zwavel S(s) In molecuulmodellen en molecuultekeningen zie je hoe atomen aan elkaar vastzitten.
Namen en molecuulformules (5.3) Bij het geven van namen gebruik je vaak de voorvoegsels mono, di, tri, tetra, penta en aan het eind -ide. Bijvoorbeeld: PBr 3 (l) heet fosfortrichloride. Mono aan het begin laat je weg. SO 2 heet dus zwaveldioxide en niet monozwaveldioxide Voorvoegsels gebruik je niet bij een verbinding met een metaal. AlCl 3 heet dus gewoon aluminiumchloride en niet aluminiumtrichloride! Mono = 1, di = 2, tri = 3, tetra = 4 en penta = 5. Je kunt in een reactieschema de namen van de stoffen vervangen door molecuulformules. Je krijgt dan een reactieschema met molecuulformules. Maak je een reactieschema met formules ook nog kloppend, dan spreek je van een reactievergelijking. Reactieschema in woorden water waterstof + zuurstof reactieschema met kommaformules H,O H + O reactieschema met molecuulmodellen reactieschema met molecuulformules H 2 O H 2 + O 2 Reactievergelijkingen opstellen (5.4) Bij een reactie ontstaan geen atomen en verdwijnen ook geen atomen. Voor en na de reactie heb je daarom dezelfde soorten atomen en ook dezelfde aantallen van elke atoomsoort. Er is één verschil: de atomen zijn anders gegroepeerd. Alle atomen van de moleculen van de beginstoffen vormen samen de moleculen van de reactieproducten. Daarom moet je het aantal atomen links en rechts altijd gelijk maken. Dat heet kloppend maken. Als je een reactieschema met molecuulformules kloppend maakt, dan krijg je een reactievergelijking. Een reactievergelijking opstellen Voorbeeld: De verbranding van waterstof 1 Schrijf het reactieschema in woorden op. 1 waterstof + zuurstof water 2 Maak het reactieschema met formules. 2 Reactieschema: 3 Ga in het reactieschema na hoeveel atomen van elke soort voor en na de reactie voorkomen. H 2 + O 2 H 2 O 3 Voor de reactie: 2 H atomen en 2 O atomen. Na de reactie: 2 H atomen en 1 O atoom. Met 2 O atomen ontstaan 2 moleculen H 2 O. Dus 2 moleculen H 2 O. 4 Maak het reactieschema kloppend. 4 H 2 + O 2 2 H 2 O Er ontstaan 2 H 2 O. Die komen uit 2 H 2. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 5 Controleer of voor en na de pijl evenveel atomen van elke soort voorkomen. 5 Voor de pijl: 4 x H en 2 x O. Achter de pijl: 4 x H en 2 x O. Bij het kloppend maken zorg je ervoor dat het aantal atomen vóór en na de reactie gelijk is. Kloppend maken doe je door getallen voor de formules te zetten. Bij het kloppend maken mag je nooit de formules veranderen. Atoommassa's en molecuulmassa's (5.5) De massa van een stof wordt bepaald door de massa van alle atomen in de stof. De massa van een atoom is de atoommassa. In Binas VMBO kgt vind je in tabel 30 de (relatieve) atoommassa. De molecuulmassa is de som van de massa s van alle atomen in een molecuul.
De massa bij reacties (5.5) Bij reacties verandert de totale massa van de stoffen niet. De totale massa van de stoffen vóór de reactie is gelijk aan de totale massa van de stoffen na de reactie. Als bij een reactie een gas betrokken is, dan kan de massa die je voor en na de reactie meet, verschillen. Want een gas komt uit de lucht erbij, zoals zuurstof. Of het gas verdwijnt, bijvoorbeeld koolstofdioxide.
Vragen 1 Bekijk de volgende beweringen over deze reactie: 1 Lucht is een mengsel. 2 Lucht bestaat uit één soort moleculen. Welke van deze beweringen is juist? 2 Welk proces geeft de tekening weer? A water maken B water koken C water ontleden D water verbranden 3 Een molecuul chloorethaan bestaat uit 2 atomen C, 5 atomen H en 1 atoom chloor. Welke formule heeft chloorethaan? 4 Fosfor kan met broom reageren volgens de vergelijking 2 P(s) + 3 Br 2 (l) 2 PBr 3 (l). Bekijk de volgende beweringen over deze reactie: 1 Het totale aantal atomen vóór de reactie is gelijk aan het totale aantal atomen na de reactie. 2 Het totale aantal moleculen vóór de reactie is gelijk aan het totale aantal moleculen na de reactie. Welke van deze beweringen is juist? 5 Bij de reactie tussen waterstof en chloor ontstaat waterstofchloride. Waterstofchloride heeft de formule HCl(g). Wat is de juiste vergelijking van deze reactie? 6 Bekijk de reactievergelijking: 4 FeS 2 (s) +.. O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) + 8 SO 2 (g) Welke coëfficiënt moet vóór O 2 geplaatst worden bij het kloppend maken van deze reactievergelijking? 7 Je wilt van de stof C 2 H 2 en van de stof C 2 H 4 een gelijk aantal moleculen volledig verbranden. Voor welke van deze verbrandingen heb je de meeste zuurstofmoleculen nodig? 8 Bij de verbranding van 1,8 g koolstof ontstaat een mengsel van 2,8 g koolstofmonooxide en 2,2 g koolstofdioxide. Er is geen koolstof over. Hoeveel gram zuurstof heeft bij deze verbranding gereageerd met koolstof? 9 Voor de verbranding van 700,0 g benzine is 3000 g zuurstof nodig. Bij deze verbranding ontstaat 950,0 g water. Bereken hoeveel g verbrandingsproducten er, naast water, zal ontstaan. 10 Bij een proef reageert 53 g chloor volledig met een hoeveelheid chroom. Hierbij ontstaat 79 g chroomchloride. In welke verhouding hebben chloor en chroom met elkaar gereageerd? 11 In een bekerglas zit 15 g natriumcarbonaat. Je doet er 10 g zoutzuur bij. Er treedt een reactie op. Bij de reactie ontstaan een natriumchlorideoplossing en koolstofdioxide. Beredeneer of de massa van het reactiemengsel in het bekerglas kleiner of groter dan 25 g is, of gelijk is aan 25 g.
Antwoorden 1 Lucht is een mengsel van de gassen stikstof, zuurstof, koolstofdioxide en waterdamp. Bewering 1 is dus correct. Lucht is een mengsel van moleculen stikstof, zuurstof, koolstofdioxide en waterdamp. Lucht bevat dus verschillende soorten moleculen. Bewering 2 is daarom fout. 2 Uit watermoleculen ontstaan waterstofmoleculen en zuurstofmoleculen. De tekening stelt het ontleden van water voor. Het goed antwoord is C. 3 C 2 H 5 Cl 4 Voor de reactie zijn er 6 atomen. Na de reactie zijn er ook 6 atomen. Dus bewering 1 is juist. Voor de reactie zijn er 3 moleculen. Na de reactie zijn er 2 moleculen. Bewering 2 is onjuist. 5 1 waterstof + chloor waterstofchloride 2 Reactieschema: H 2 (g) + Cl 2 (g) HCl(g). 3 Voor de reactie: 2 H atomen en 2 Cl atomen. Na de reactie: 1 H atoom en 1 Cl atoom. 4 Met 2 H atomen ontstaan 2 moleculen HCl. Dus 2 moleculen HCl. H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl(g). 5 Voor de pijl: 2 x H en 2 x Cl Achter de pijl: 2 x H en 2 x Cl 6 4 FeS 2 (s) +.. O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) + 8 SO 2 (g) Voor de pijl: 4 x Fe, 8 x S en 2 x.. O Achter de pijl: 4 x Fe, (6 + 16) x O en 8 x S Het aantal Fe atomen en het aantal S atomen blijft gelijk. Achter de pijl zijn er 22 O atomen. Deze 22 O atomen ontstaan uit 22 : 2 = 11 O 2 moleculen. Voor O 2 moet dus 11 staan. 7 Voor elk C atoom is één O 2 molecuul nodig. Voor elke twee H atomen is één O 2 molecuul nodig. Voor C 2 H 2 zijn 2 O 2 moleculen nodig. Voor C 2 H 4 zijn 3 O 2 moleculen nodig. Voor de verbranding van C 2 H 4 heb je de meeste zuurstofmoleculen nodig. 8 De totale massa van de stoffen na de reactie (koolstofmonooxide en koolstofdioxide) is 2,8 + 2,2 = 5,0 g. De totale massa van de stoffen voor de reactie = de totale massa van de stoffen na de reactie. De totale massa van de stoffen voor de reactie (koolstof en zuurstof) is dus ook 5,0 g. Er is 1,8 g koolstof. De rest is zuurstof: 5,0 1,8 = 2,2 g. Er heeft 2,2 g zuurstof bij de verbranding gereageerd. 9 De totale massa van de stoffen voor de reactie (benzine en zuurstof) is 700,0 + 3000 = 3700 g. De totale massa van de stoffen voor de reactie = de totale massa van de stoffen na de reactie. De totale massa van de stoffen na de reactie is dus ook 3700 g. Hiervan is 950,0 g water. De rest is de massa van de andere verbrandingsproducten 3700 950 = 2750 g. 10 De totale massa van de stoffen na de reactie (chroomchloride) is 79 g. De totale massa van de stoffen voor de reactie = de totale massa van de stoffen na de reactie. De totale massa van de stoffen voor de reactie (chroom en chloor) is dus ook 79 g. Er heeft 53 g chloor gereageerd. De massa van chroom is 79 53 = 26 g. De verhouding waarin chloor en chroom met elkaar hebben gereageerd is 53 : 26. 11 De totale massa van de stoffen voor de reactie = de totale massa van de stoffen na de reactie. Daardoor zou de massa van de stoffen in het bekerglas dus 25 g moeten zijn. Maar er ontstaat koolstofdioxide. Dat is een gas. Dit gas verdwijnt uit het glas. Er verdwijnt materie, dus massa uit het bekerglas. Daardoor wordt de totale massa van de stoffen in het bekerglas kleiner dan 25 g.