Chemische hoeveelheden in reacties PDF

7. Chemische hoeveelheden in reacties 1 1 7. Chemische hoeveelheden in reacties (Basic Chemistry chapter 9) 7.1 Behoud van massa (slides ter vervanging van 9.1) 7.2 Molverhoudingen (slides ter vervanging van 9.2) 7.3 Stoichiometrisc...

7. Chemische hoeveelheden in reacties 1 1 7. Chemische hoeveelheden in reacties (Basic Chemistry chapter 9) 7.1 Behoud van massa (slides ter vervanging van 9.1) 7.2 Molverhoudingen (slides ter vervanging van 9.2) 7.3 Stoichiometrisch rekenen (slides ter vervanging van 9.3) 7.4 Limiterend reagens (slides ter vervanging van 9.4) 7.5 Procentuele opbrengst (slides ter vervanging van 9.5) 7.6 Energie in chemische reacties (9.6) 2 2 1  7.1 Behoud van massa Wet van behoud van massa: de totale massa van de reagentia is gelijk aan de totale massa van de producten. https://www.youtube.com/watch?v=mzuTsOcfh2o 3 3 7.2 Molverhoudingen Voorbeeld: Hoeveel mol zwavel reageert met 1,42 mol zilver ter vorming van zilversulfide? 2 Ag(s)+ S(s)  Ag2S(s) Molverhoudingen: 2 1 1 1,42 0,71 0,71 Antwoord: 0,71 mol S reageert met 1,42 mol Ag 4 4 2  Voorbeeld:  Hoeveel mol koolstofdioxide kan er gevormd worden uit 2,25 mol propaangas (C3H8)? D C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(g) Molverhoudingen: 1 5 3 4 2,25 11,25 6,75 9,00 Oefeningen p 285: 9.8 5 5 7.3 Stoichiometrisch rekenen Voorbeeld: hoeveel gram stikstofoxide kan er gevormd worden met 12,5 g stikstof volgens volgende reactie: N2(g) + O2(g)  2 NO(g) Stap 1: Schrijf de uitgebalanceerde reactievergelijking N2(g) + O2(g)  2 NO(g) Stap 2: Zet alle gegevens om in mol m(N2)= 12,5 g M(N2)= 28,02 g/mol n(N2)= m/M= 0,446 mol Stap 3: Noteer de molverhoudingen bij de vergelijking N2(g) + O2(g)  2 NO(g) 1 1 2 6 6 3  Stap 4: Bereken het gevraagde (in aantal mol) N2(g) + O2(g)  2 NO(g) 1 1 2 0,446 0,446 0,892 Stap 5: Zet om in de gevraagde eenheid n(NO)= 0,892 mol M(NO)= 30,01 g/mol m(NO)= n.M= 0,892 mol. 30,01 g/mol= 26,78 g 7 7 Stappenplan: Schrijf de uitgebalanceerde reactievergelijking Zet alle gegevens om in mol Noteer de molverhoudingen bij de vergelijking Bereken het gevraagde (in aantal mol) Zet om in de gevraagde eenheid 8 8 4  Voorbeeld: Hoeveel g kalium is er nodig om te reageren met 0,450g waterstofgas om KH te maken? Stap 1: 2 K(s)+ H2(g) 2 KH(s) Stap 2: m(H2)= 0,450 g M(H2)= 2,02 g/mol n(H2)= 0,223 mol Stap 3: 2 K(s)+ H2(g) 2 KH(s) 2 1 2 Stap 4: 0,446 0,223 Stap 5: n(K) = 0,446 mol M(K) = 39,10 g/mol m(K)= n.M= 17,4 g Oefeningen p 288: 9.12 – 9.18 9 9 7.4 Limiterend reagens Reacties zelden stoichiometrisch uitgevoerd, dikwijls overmaat reagentia Voorbeeld:  Wat is het limiterend reagens als 3,00 mol koolmonoxide reageert met 5,00 mol waterstofgas volgens de reactie CO (g) + 2H2(g) CH4O(g)? CO (g) + 2H2(g) CH4O(g) Molverhoudingen 1 2 1 3,00 6,00 5,00 2,50  Waterstofgas is het limiterend reagens 10 10 5  Stappenplan: Schrijf de uitgebalanceerde reactievergelijking Zet alle gegevens om in mol Noteer de molverhoudingen bij de vergelijking Bepaal het limiterend reagens Bereken het gevraagde (in aantal mol) Zet om in de gevraagde eenheid 11 11 Voorbeeld:  Hoeveel gram koolstofmonoxide kan er gevormd worden uit 70,0 g siliciumdioxide en 50,0 g koolstof volgens de reactie: D SiO2(s) + 3 C(s)  SiC(s) + 2CO(g) Hoeveel reagens in overmaat blijft er over? Stap 1: D SiO2(s) + 3 C(s)  SiC(s) + 2CO(g) Stap 2: m(SiO2)= 70,0 g M(SiO2)= 60,09 g/mol  n= 1,16 mol m(C)= 50,0 g M(C)= 12,01 g/mol  n= 4,16 mol 12 12 6  Stap 3: SiO2(s) + 3 C(s)  SiC(s) + 2CO(g) 1 3 1 2 Stap 4: 1,16 3,48 4,16 1,39 Stap 5: 1,16 3,48 2,32 Stap 6: n(CO)= 2,32 mol M(CO)= 28,01 g/mol  m(CO)= 65,0 g C is het reagens in overmaat. Er blijft 4,16 – 3,48= 0,68 mol (8,17 g) over. 13 13 Voorbeeld:  Bij de verbranding van waterstofsulfidegas wordt zwaveldioxidegas en waterdamp gevormd. Hoeveel gram zwaveldioxidegas kan er gevormd worden uit de reactie van 8,52 g waterstofsulfidegas en 9,60 g zuurstofgas? Stap 1: 2 H2S(g) + 3 O2(g)  2 SO2(g) + 2 H2O(g) Stap 2: m(H2S)= 8,52 g M(H2S)= 34,09 g/mol  n= 0,250 mol m(O2)= 9,60 g M(O2)= 32,00 g/mol  n= 0,300 mol 14 14 7  Stap 3: 2 H2S(g) + 3 O2(g)  2 SO2(g) + 2 H2O(g) 2 3 2 2 Stap 4: 0,250 0,375 0,300 0,200 Stap 5: 0,200 0,300 0,200 Stap 6: n(SO2)= 0,200 mol M(SO2)= 64,07 g/mol  m(SO2)= 12,8 g Oefeningen p 292: 9.22-9.24 15 15 7.5 Procentuele opbrengst (rendement) Reacties zelden 100% aflopend Eigenlijke opbrengst: hoeveelheid reactieproducten gevormd na reactie Theoretische opbrengst: theoretische opbrengst, wanneer reactie volledig aflopend is eigenlijke opbrengst % opbrengst =. 100% theoretische opbrengst 16 16 8  Voorbeeld:  In een space shuttle, wordt lithiumhydroxide gebruikt om de uitgeademende koolstofdioxide om te zetten in lithiumwaterstofcarbonaat. Wat is de procentuele opbrengst als 50,0 g lithiumhydroxide 72,8 g lithiumwaterstofcarbonaat oplevert? Stap 1: LiOH(s) + CO2(g)  LiHCO3(s) Stap 2: m(LiOH)= 50,0 g M(LiOH)= 23,95 g/mol  n= 2,09 mol Stap 3: LiOH(s) + CO2(g)  LiHCO3(s) 1 1 1 Stap 4: 2,09 2,09 17 17 Stap 5: n(LiHCO3)= 2,09 mol M(LiHCO3)= 67,96 g/mol  m(LiHCO3)= 142 g Eigenlijke opbrengst: 72,8 g Theoretische opbrengst: 142 g 72,8 % opbrengst= x100= 51,3% 142 18 18 9  Oefeningen p 295: 9.28 – 9.29 – 9.30 Voorbeeld: 9.29 Aluminium reageert met zuurstof ter vorming van aluminiumoxide. Bereken de massa aluminiumoxide die kan gevormd worden als 50,0 g aluminium en voldoende zuurstof reageren met een opbrengst van 75,0%. Stap 1: 4 Al(s) + 3 O2(g)  2Al2O3(s) Stap 2: m(Al)= 50,0 g M(Al)= 26,98 g/mol  n= 1,85 mol Stap 3: 4 Al(s) + 3 O2(g)  2Al2O3(s) 4 3 2 Stap 4: 1,85 0,927 Stap 5: n(Al2O3)= 0,927 mol M(Al2O3)= 101,96 g/mol  m(Al2O3)= 94,5 g % opbrengst= 75%  m(Al2O3)= 70,9 g 19 19 7.6 Energie in chemische reacties Reactiewarmte - Enthalpieverandering Energie E: mogelijkheid om arbeid te verrichten (hfst1) kg.m2 Eenheid van energie: [E]= ( )= J (1 kJ= 1000 J) s2 Warmte q: energie, geassocieerd met de beweging van de deeltjes (hfst 1) Reactiewarmte qp of enthalpieverandering DH : hoeveelheid warmte geabsorbeerd of vrijgezet tijdens een reactie bij constante druk DH= Hprod - Hreag 20 20 10  Exotherme reacties: reacties waarbij warmte afgegeven wordt Eprod < Ereag DH Ereag DH>0 22 22 11  Oefeningen p 300: 9.36 – 9.38 + voorbeeld p 296 Voorbeelden: Zijn de volgende reacties exotherm of endotherm?  P 296 C(s) + O2(g)  CO2(g) DH= -393 kJ C(s) + 2 H2O(g)  CO2(g) + 2H2(g) DH= 90 kJ 9.36 Het energieniveau van de producten is lager dan dat van de reagentia. De synthese van proteïnen in het menselijk lichaam vereisen energie. Een reactie absorbeert 125 kJ. 9.38 C3H8(g) + 5 O2(g)  3 CO2(g) + 4 H2O + 2220 kJ 2 Na(s) + Cl2(g)  2 NaCl(s) + 819 kJ PCl5(g) + 67 kJ  PCl3(g) + Cl2(g) 23 23 Berekening van de warmte in reacties De waarde van DH verwijst naar de enthalpieverandering voor elk van de componenten in de gebalanceerde reactievergelijking. Voorbeeld: 2H2O(l)  2H2(g) + O2(g) DH= +572 kJ Betekenis: er wordt 572 kJ geabsorbeerd door 2 mol H2O om 2 mol H2 en 1 mol O2 te vormen. Stel dat 9,00 g H2O volgens bovenstaande reactie reageert, waaraan is DH dan gelijk? m 9,00 g n(H2O) = = =0,499 mol M 18,02 g/mol n(H2O) (mol) 2 0,499 DH (kJ) 572 143 Oefening p 300: 9.40 24 24 12  Wet van Hess Warmte kan geabsorbeerd of vrijgezet worden tijdens één reactie of in verschillende stappen. Reactie in 2 of meer stappen  DH is de som van de DH’s van de verschillende stappen (bij cte T). Als een reactie omgekeerd wordt, verandert het teken van DH. Als een reactie vermenigvuldigd wordt met een bepaalde factor, wordt DH vermenigvuldigd met dezelfde factor. 25 25 Voorbeeld:  Bereken DH voor de volgende reactie: 2 NO(g) + O2(g)  N2O4(g) Gebruik makend van volgende gegevens: N2O4(g)  2 NO2(g) DH= 57,2 kJ NO(g) + ½ O2(g)  NO2(g) DH= -57,0 kJ Stap 1: 2 NO2(g)  N2O4(g) DH= -57,2 kJ NO(g) + ½ O2(g)  NO2(g) DH= -57,0 kJ Stap 2: [NO(g) + ½ O2(g)  NO2(g) DH= -57,0 kJ] x2 2 NO(g) + 1 O2(g)  2 NO2(g) DH= -114 kJ Stap 3: 2 NO2(g)  N2O4(g) DH= -57,2 kJ 2 NO(g) + 1 O2(g)  2 NO2(g) DH= -114 kJ 2 NO(g) + O2(g)  N2O4(g) DH= -57,2 kJ -114 kJ= -171,2 kJ Oefening p 300: 9.42 26 26 13  Oefeningen p 306-307: 9.62-9.64-9.70-9.74-9.82 27 27 14