FFundamental · deel F2 · Materie en materialen

Oplossingen · hoofdstuk 8Zuivere stoffen en mengsels

Waarom 'puur' sap een mengsel is, hoeveel zout er in water past, en hoeveel voeding er in de gieter moet

Uitgewerkte oplossingen bij de 15 opdrachten van het werkboek. Voor de leerkracht, en voor wie zichzelf wil verbeteren nadat hij het eerst zelf probeerde.

5× oefenen6× toepassen4× uitdagen± 338 min

MMaterie en chemie OOnderzoeken en meten

Zes glazen, zes mengsels. Welke zijn homogeen, welke heterogeen?

Voor de leerkrachtDeze pagina bevat de antwoorden. Druk het werkboek af zonder deze pagina.

Oefenen

één stap, direct toepassen

8.1

Stofeigenschap of niet?

Oefenen1Begrijpen8 min

Zet een kruisje bij elke eigenschap die een stofeigenschap is.

a
Vul in.
Ja: (a), (c), (e), (g), (i), (j). Nee: (b), (d), (f), (h).
b
Leg met een voorbeeld uit waarom de temperatuur geen stofeigenschap is.
Water kan 5 °C of 80 °C zijn en blijft water. De temperatuur zegt iets over de toestand van dit ene glas, niet over de stof.

8.2

Zuiver, homogeen of heterogeen?

Oefenen1Begrijpen12 min

Deel elk voorbeeld in als zuivere stof, homogeen mengsel of heterogeen mengsel.

a
Vul in.
(a) zuiver. (b) homogeen (opgeloste zouten). (c) homogeen. (d) heterogeen (emulsie: vetdruppeltjes). (e) homogeen. (f) zuiver. (g) homogeen (legering). (h) heterogeen (suspensie). (i) heterogeen (nevel). (j) zuiver (op 0,1 % na). (k) homogeen. (l) heterogeen (gas in vloeistof). (m) heterogeen (je ziet de korrels).

8.3

De juiste woorden

Oefenen1Begrijpen12 min

Gebruik de woorden uit het handboek.

a
Wat is het oplosmiddel en wat de opgeloste stof?
Suikerwater: water, suiker. Zeewater: water, zouten (vooral keukenzout). Spuitwater: water, koolstofdioxide. Wijn: water (er is het meest van), alcohol (en suikers, zuren, kleurstoffen).
b
Welk soort heterogeen mengsel is het: suspensie, emulsie, schuim, rook of nevel?
Modderwater: suspensie. Mayonaise: emulsie. Slagroom: schuim. Rook: rook (vaste deeltjes in gas). Mist: nevel. Vinaigrette: emulsie (die na een tijd ontmengt: olie bovenop).

8.4

Rekenen met g/L

Oefenen2Rekenen12 min

Gebruik

c = m / V

m = c \cdot V

V = m / c

. Zet volumes eerst om naar liter.

a
Vul de tabel aan.
- (a) $c = 18/2, 0 = 9, 0 g/L$ (fysiologisch zout)
- (b) $c = 5, 0/0, 250 = 20 g/L$
- (c) $m = 35 \times 3, 0 = 105 g$
- (d) $V = 24/1, 0 = 24 L$
- (e) $m = 50 \times 1, 5 = 75 mg$ (hoogstens)

8.5

Een oplosbaarheidscurve aflezen

Oefenen2Analyseren12 min

Gebruik de oplosbaarheidscurves van kaliumnitraat en keukenzout.

Oplosbaarheid in gram per 100 g water.

a
Hoeveel keukenzout lost er op in 100 g water van 20 °C? En van 100 °C?
35,9 g bij 20 °C; 39,0 g bij 100 °C.
b
Hoeveel kaliumnitraat lost er op in 100 g water van 20 °C? En van 60 °C?
31,6 g bij 20 °C; 110 g bij 60 °C.
c
Bij welke temperatuur lossen beide stoffen even goed op?
Waar de curves elkaar snijden: bij ongeveer 23 °C (beide ongeveer 36 g).
d
Hoeveel kaliumnitraat lost er op in 250 g water van 40 °C?
Bij 40 °C lost 63,9 g op per 100 g water. In 250 g water: $2, 5 \times 63, 9 \approx 160 g$ .
e
Welke stof kan je makkelijk zuiveren door een warme verzadigde oplossing af te koelen? Waarom?
Kaliumnitraat: de oplosbaarheid daalt sterk bij afkoelen, dus kristalliseert er veel. Bij keukenzout bijna niets.

Toepassen

meerdere stappen, in een context

8.6

Labo: vijf witte poeders

Toepassen3Labo50 min

Je krijgt vijf genummerde bakjes met een wit poeder: keukenzout, suiker, bloem, zuiveringszout (natriumwaterstofcarbonaat, 'baking soda') en krijtpoeder, maar je weet niet welk welk is. Onderzoek vier eigenschappen: (1) lost het op in water (helder of troebel)? (2) geleidt de oplossing (de led-tester uit het handboek)? (3) wat gebeurt er als je een snuifje in een oude lepel boven een theelichtje verwarmt? (4) bruist het als je er een paar druppels azijn op doet?

a
Voorspel voor elke stof wat je bij elke test verwacht.
Zout: lost op, helder, geleidt, verandert niet bij verwarmen, niet bruisen. Suiker: lost op, helder, geleidt niet, smelt en wordt bruin (karamel). Bloem: lost niet op (troebel, zakt), geleidt niet, wordt bruin tot zwart, bruist niet. Zuiveringszout: lost op, helder, geleidt, blijft wit, bruist met azijn. Krijt: lost niet op (troebel), geleidt nauwelijks, verandert niet, bruist met azijn.
b
Voer de tests uit en noteer.
Eigen waarnemingen, zoals hierboven.
c
Maak een beslisschema: welke twee vragen volstaan om elk poeder te herkennen?
Bijvoorbeeld: vraag 1 'bruist het met azijn?' Ja: zuiveringszout of krijt; lost het op? ja = zuiveringszout, nee = krijt. Nee: lost het helder op? nee = bloem; ja: geleidt de oplossing? ja = zout, nee = suiker.
d
Waarom mag je de poeders niet proeven, ook al zijn het keukenproducten?
In een labo kan elk bakje verontreinigd zijn of iets anders bevatten dan je denkt; de materialen zijn niet voedselveilig; en je leert een gewoonte aan die bij onbekende stoffen levensgevaarlijk is (hoofdstuk 5).

Zo wordt dit beoordeeld

Veiligheid	Bril; kleine hoeveelheden; lepel met een knijper vasthouden; niets proeven.
Waarnemingen	Per bakje vier tests, beschreven zonder meteen te interpreteren.
Besluit	Elk poeder herkend met minstens twee eigenschappen.
Beslisschema	Twee of drie vragen na elkaar die alle vijf poeders van elkaar scheiden.

8.7

Zout uit de zee

Toepassen2Rekenen15 min

Zeewater bevat ongeveer 35 g zout per liter.

a
(a) Hoeveel kg zout zit er in 1 m³ zeewater?
$1 m^{3} = 1000 L$ ; $35 \times 1000 = 35000 g = 35 kg$ .
b
(b) Een zoutpan van 10 m × 10 m wordt gevuld met 5,0 cm zeewater. Hoeveel liter is dat? Hoeveel zout blijft er over als al het water verdampt is?
$V = 10 \times 10 \times 0, 050 = 5, 0 m^{3} = 5000 L$ ; $m = 35 \times 5000 = 175000 g = 175 kg$ zout.
c
(c) Hoeveel liter zeewater moet verdampen voor een zakje van 500 g zout?
$V = 500/35 \approx 14 L$ .
d
(d) Waarom is het zout uit een zoutpan geen zuiver keukenzout?
Zeewater bevat ook andere zouten (magnesium- en calciumzouten), en er waait zand en stof in de pan. Zeezout is dus een mengsel, met ruim drie kwart keukenzout.

8.8

Kristallen door afkoelen

Toepassen3Analyseren15 min

Gebruik de oplosbaarheidscurve of de tabel met oplosbaarheden in het handboek.

Oplosbaarheid in gram per 100 g water.

a
(a) Je lost 80 g kaliumnitraat op in 100 g water van 60 °C. Is de oplossing verzadigd?
Nee: bij 60 °C lost er tot 110 g op; 80 g is onverzadigd.
b
(b) Bij welke temperatuur verschijnen de eerste kristallen als je afkoelt?
Waar de oplosbaarheid 80 g is: tussen 40 °C (63,9 g) en 50 °C (85,5 g), ongeveer bij 47 °C.
c
(c) Hoeveel gram kristallen heb je bij 20 °C?
$80 - 31, 6 = 48, 4 g$ .
d
(d) Je doet hetzelfde met een verzadigde keukenzoutoplossing van 60 °C (100 g water). Hoeveel kristallen krijg je bij 20 °C?
$37, 0 - 35, 9 \approx 1, 1 g$ : bijna niets.
e
(e) Hoe haal je het meeste keukenzout uit een oplossing?
Door het water te laten verdampen (indampen): het zout blijft achter. Zo werken zoutpannen.

8.9

Afkoelcurves lezen

Toepassen3Analyseren15 min

Twee potjes met elk 100 g vloeistof staan samen in een diepvries van −18 °C.

Temperatuur van zuiver water en van water met 5 % zout.

a
Welke curve hoort bij een zuivere stof? Waaraan zie je dat?
Zuiver water: de curve heeft een vlak stuk bij 0 °C.
b
Hoe lang duurt het bevriezen van het zuivere water ongeveer?
Van ongeveer 0,5 h tot 3,5 h: ongeveer 3 uur.
c
Bij welke temperatuur begint het zoute water te bevriezen? Waarom blijft de temperatuur daarna dalen?
Bij ongeveer −3 °C. Het ijs dat ontstaat, is zuiver water; het zout blijft in de vloeistof. Die wordt zouter, en zouter water bevriest pas bij een lagere temperatuur.
d
Zeewater bevat 3,5 % zout. Bevriest het bij een hogere of lagere temperatuur dan het water met 5 % zout? Leg uit.
Bij een hogere temperatuur (ongeveer −2 °C): minder zout verlaagt het vriespunt minder.
e
Waarom strooit men zout op een besneeuwde weg? Waarom helpt het bij −20 °C nauwelijks?
Zout water bevriest pas onder 0 °C, dus smelt het ijs op de weg bij lichte vorst. Hoe kouder het is, hoe meer zout er nodig is. Onder ongeveer −21 °C bevriest ook het zoutste pekelwater, en al ver daarboven lost het zout te traag op in het beetje smeltwater om nog veel te helpen.

8.10

Rekenen met legeringen

Toepassen2Rekenen12 min

Legeringen worden beschreven met massaprocenten.

a
(a) Een rol loodvrij soldeertin van 250 g bevat 96,5 % tin, 3,0 % zilver en 0,5 % koper. Hoeveel gram van elk metaal?
Tin $0, 965 \times 250 \approx 241 g$ ; zilver $0, 030 \times 250 = 7, 5 g$ ; koper $0, 005 \times 250 \approx 1, 3 g$ .
b
(b) Een ring van 18 karaat goud weegt 4,0 g. Hoeveel gram zuiver goud bevat hij?
18 karaat = 75 %: $0, 75 \times 4, 0 = 3, 0 g$ .
c
(c) Een bronzen beeld van 50 kg bevat 12 % tin. Hoeveel kg koper zit erin?
Tin: $0, 12 \times 50 = 6 kg$ ; koper: $50 - 6 = 44 kg$ .
d
(d) Waarom is een legering een mengsel en geen zuivere stof? Geef twee argumenten.
Ze bestaat uit twee of meer soorten deeltjes (bv. koper en tin); de samenstelling kan je kiezen (brons met 10 of 12 % tin); en ze smelt meestal over een temperatuurgebied in plaats van bij één temperatuur.

8.11

Onderzoek: hoeveel lost er op?

Toepassen3Onderzoeken45 min

Hoeveel keukenzout en hoeveel suiker kan je oplossen in 100 mL water van kamertemperatuur? Voeg telkens een afgewogen portie toe, roer tot alles opgelost is, en ga door tot er iets op de bodem blijft liggen.

a
Formuleer een hypothese: wat lost beter op, en ongeveer hoeveel?
Bijvoorbeeld: 'Suiker lost beter op dan zout; ongeveer 50 g zout en 100 g suiker.' (Een hypothese mag fout zijn.)
b
Welke portie kies je voor zout en voor suiker? Welke variabelen houd je gelijk?
Zout: porties van 5 g (verwacht rond 36 g). Suiker: porties van 20 g (verwacht rond 200 g). Gelijk: hetzelfde volume water, dezelfde temperatuur, even lang roeren per portie.
c
Meet.
Typisch: zout 7 porties van 5 g (35 g), suiker 9 à 10 porties van 20 g (180 à 200 g), bij ongeveer 20 °C.
d
Vergelijk met de tabel in het handboek. Verklaar de verschillen.
Dicht bij 35,9 g en 202 g. Verschillen: de portie is grof (je weet alleen dat het tussen twee porties ligt), suiker lost bij grote hoeveelheden heel traag op (niet lang genoeg geroerd), de temperatuur is niet precies 20 °C, 100 mL water is niet precies 100 g.

Zo wordt dit beoordeeld

Hypothese	Concreet, met een schatting.
Werkwijze	Porties afgewogen; lang genoeg geroerd; zelfde water en temperatuur.
Resultaat	Totaal in gram per 100 mL, met temperatuur.
Besluit	Vergelijking met de tabel (35,9 g en 202 g bij 20 °C); oorzaken van verschil.

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

8.12

Habitat: een doseerplan voor de voedingsoplossing

Uitdagen4Habitat40 min

Op de fles plantenvoeding staat: '200 g voedingszouten per liter. Dosering: 5 mL per liter gietwater.' Het reservoir van de meetkas wordt gevuld met 24 L. De planten verbruiken 1,8 L per dag. Neem aan dat de voedingszouten met het water mee opgenomen worden, zodat de concentratie in het reservoir niet verandert zolang je niet bijvult.

a
Welke concentratie heeft het gietwater als je de dosering volgt?
In 5 mL zit $200 g/L \times 0, 005 L = 1, 0 g$ , opgelost in 1 L: $c = 1, 0 g/L$ .
b
Hoeveel mL plantenvoeding giet je in het volle reservoir? Hoeveel gram voedingszouten is dat?
$24 \times 5 mL = 120 mL$ , met $24 \times 1, 0 g = 24 g$ voedingszouten.
c
Na 7 dagen vul je het reservoir bij tot 24 L met regenwater, zonder voeding. Hoeveel liter vul je bij? Wat is de concentratie daarna?
Verbruikt: $7 \times 1, 8 = 12, 6 L$ ; over: $11, 4 L$ met $11, 4 g$ voedingszouten. Na bijvullen met 12,6 L regenwater: $c = 11, 4 g /24 L \approx 0, 48 g/L$ , minder dan de helft.
d
Hoeveel mL plantenvoeding moet je bij het bijvullen toevoegen om weer 1,0 g/L te hebben?
Er ontbreekt $24 - 11, 4 = 12, 6 g$ : $12, 6 g /200 g/L = 0, 063 L = 63 mL$ (of: 5 mL per bijgevulde liter).
e
Een klasgenoot stelt voor: 'Doe er het dubbele in, dan groeien ze sneller.' Wat antwoord je?
Meer is niet beter: in een te sterke oplossing trekt het zoute water vocht uit de wortels, de planten verwelken of krijgen bruine bladranden ('verbranden'). De dosering op het etiket is een maximum voor gewone planten.
f
Portfolio: schrijf het doseerplan in drie regels (vullen, bijvullen, controleren). Hoe zou je de concentratie kunnen meten in plaats van berekenen?
Bijvoorbeeld: (1) Vullen: 24 L water + 120 mL plantenvoeding (1,0 g/L). (2) Bijvullen: per liter bijgevuld water 5 mL plantenvoeding. (3) Controleren: elke week het volume noteren; om de vier weken het reservoir leegmaken en vers vullen. Meten kan met een EC-meter, die de geleiding van de oplossing meet: hoe meer opgeloste zouten, hoe beter ze geleidt (proef in het handboek; Intermediate, hoofdstuk 13).

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Concentratie, massa en volume correct, met eenheden en omzettingen.
Bijvullen	Doorgerekend: overgebleven massa verdeeld over het nieuwe volume.
Redenering	Te sterke oplossing is schadelijk, met uitleg.
Portfolio	Doseerplan kort, concreet en uitvoerbaar; meetmethode genoemd.

8.13

Zuiver of verontreinigd?

Uitdagen4Analyseren20 min

Een labo moet vier stalen van een witte stof controleren die zuiver bij 132 °C smelt. De laborant noteert het smeltgedrag:

staal	begint te smelten	volledig gesmolten
1	131,5 °C	132,5 °C
2	124 °C	130 °C
3	118 °C	128 °C
4	131,7 °C	132,4 °C

a
Welke stalen zijn zuiver? Waarom?
1 en 4: ze smelten binnen één graad, bij het smeltpunt van de zuivere stof.
b
Welk staal is waarschijnlijk het sterkst verontreinigd? Leg uit.
Staal 3: het smelt het laagst en over het breedste gebied (10 °C). Hoe meer verontreiniging, hoe lager en breder.
c
Staal 1 wordt gemengd met een wit poeder Y. Het mengsel smelt tussen 119 en 127 °C. Is Y dezelfde stof als staal 1?
Nee: een mengsel van twee gelijke stoffen zou scherp bij 132 °C smelten. Het lagere en brede smeltgebied bewijst dat Y een andere stof is (mengsmeltpunt).
d
Schets de opwarmcurve (temperatuur tegenover tijd) van staal 1 en van staal 3, rond het smelten.
Staal 1: stijgend, dan een vlak stuk bij 132 °C, dan weer stijgend. Staal 3: stijgend, vanaf 118 °C trager stijgend (schuin, geen vlak stuk) tot 128 °C, dan weer sneller stijgend.

8.14

Debat: 'zonder chemicaliën' en '100 % natuurlijk'

Uitdagen3Argumenteren25 min

Op een fles shampoo staat 'zonder chemicaliën', op een pak sap '100 % puur', op een zak meststof '100 % natuurlijk, dus veilig'. Bereid in groepjes een standpunt voor.

a
Klopt 'zonder chemicaliën' volgens wat je in dit hoofdstuk leerde? Leg uit met het begrip stof.
Nee: alles is gemaakt van stoffen, ook water en shampoo zelf. Bedoeld wordt: zonder bepaalde toegevoegde synthetische stoffen.
b
Is '100 % puur' sinaasappelsap een zuivere stof? Wat bedoelt de fabrikant wel?
Nee, het is een mengsel van water, suikers, zuren, vitaminen, vruchtvlees. Bedoeld: er is niets aan toegevoegd.
c
Geef een voorbeeld van een natuurlijke stof die gevaarlijk is, en van een door mensen gemaakte stof die nuttig en veilig is.
Gevaarlijk en natuurlijk: het gif van een knolamaniet (paddenstoel), arseen in sommige gesteenten, ricine uit wonderbonen. Nuttig en gemaakt: paracetamol, fysiologisch zout, de kunststof van een infuuszakje.
d
Herschrijf één van de drie opschriften zodat het eerlijk en juist is.
Bijvoorbeeld: 'Sap van sinaasappelen, zonder toegevoegde suiker of bewaarmiddelen.' Of: 'Meststof van dierlijke oorsprong; gebruik volgens de dosering.'

Zo wordt dit beoordeeld

Begrippen	Stof, mengsel en zuiver correct gebruikt.
Argumenten	Concrete voorbeelden, geen algemene uitspraken.
Nuance	Onderscheid tussen herkomst (natuurlijk of niet) en veiligheid (dosis, gevaar en risico, hoofdstuk 5).

8.15

Maak: kandijsuiker kweken

Uitdagen4Maken45 min

Kandijsuiker bestaat uit grote suikerkristallen. Je maakt ze zelf: 250 g suiker in 100 mL water, verwarmd tot alles opgelost is, en dan een week laten afkoelen en rusten met een touwtje erin. Gebruik de tabel met oplosbaarheden.

a
Bij welke temperatuur is 250 g suiker in 100 g water net verzadigd? Tot welke temperatuur moet je minstens verwarmen?
Tussen 40 °C (235,6 g) en 50 °C (259,6 g): ongeveer bij 46 °C. Verwarm tot minstens 50 °C, liefst wat hoger (60 °C), zodat alles snel oplost.
b
Hoeveel gram suiker kan er kristalliseren als de oplossing afkoelt tot 20 °C?
Bij 20 °C blijft 201,9 g opgelost: $250 - 201, 9 \approx 48 g$ kan kristalliseren.
c
Voer uit: hang een ruw katoenen touwtje in de bokaal, dek af met een papiertje, en zet ze een week op een rustige plaats. Noteer elke dag wat je ziet.
Eigen waarnemingen: eerst kleine kristalletjes op het touwtje en de bodem, daarna groeien ze tot enkele millimeter of meer.
d
Waarom helpt een ruw touwtje (of een touwtje dat je vooraf in suiker rolt)? Waarom komen er na een paar dagen nog kristallen bij, ook al is de oplossing al op kamertemperatuur?
Kristallen groeien het makkelijkst op een ruw oppervlak of op een bestaand kristalletje (een kiem). Er verdampt ook elke dag wat water: dan kan er minder suiker opgelost blijven, en blijft er suiker uit de oplossing kristalliseren.

Zo wordt dit beoordeeld

Veiligheid	Warme stroop niet boven 70 °C, pan en bokaal met ovenwanten; volwassene in de buurt.
Berekening	Temperatuur afgelezen of geïnterpoleerd; massa kristallen correct.
Uitvoering	Dagelijkse waarnemingen, beschreven zonder uitleg.
Uitleg	Kiemen op het touwtje; verdamping van water houdt de oplossing verzadigd.