IIntermediate · deel I4 · Chemie en materialen

Oplossingen · hoofdstuk 14Reacties en stoichiometrie

Atomen tellen door te wegen: van de gesloten kolf van Lavoisier tot de CO₂ van een liter benzine

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± 372 min

MMaterie en chemie WWiskundig modelleren

Methaan en zuurstof worden koolstofdioxide en water: de druppeltjes op de koude lepel zijn reactieproduct.

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

Oefenen

één stap, direct toepassen

14.1

Kloppend maken

Oefenen3Rekenen15 min

Maak de vergelijkingen kloppend. Controleer telkens door de atomen links en rechts te tellen.

a
(a) $H_{2} + C l_{2} ⟶ HCl$
$H_{2} + C l_{2} ⟶ 2 HCl$
b
(b) $N_{2} + H_{2} ⟶ N H_{3}$ (de productie van ammoniak voor kunstmest)
$N_{2} + 3 H_{2} ⟶ 2 N H_{3}$
c
(c) $Al + O_{2} ⟶ A l_{2} O_{3}$
$4 Al + 3 O_{2} ⟶ 2 A l_{2} O_{3}$
d
(d) $C_{3} H_{8} + O_{2} ⟶ C O_{2} + H_{2} O$
$C_{3} H_{8} + 5 O_{2} ⟶ 3 C O_{2} + 4 H_{2} O$
e
(e) $F e_{2} O_{3} + C ⟶ Fe + C O_{2}$ (ijzer maken in een hoogoven)
$2 F e_{2} O_{3} + 3 C ⟶ 4 Fe + 3 C O_{2}$ (O: 6 = 6; Fe: 4 = 4; C: 3 = 3)
f
(f) $C_{6} H_{12} O_{6} + O_{2} ⟶ C O_{2} + H_{2} O$ (celademhaling)
$C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} ⟶ 6 C O_{2} + 6 H_{2} O$ : de fotosynthese in omgekeerde richting.

14.2

Molaire massa's

Oefenen3Rekenen15 min

Gebruik de atoommassa's uit het periodiek systeem (hoofdstuk 12). Rond af op twee decimalen.

a
Bereken de molaire massa.
NH₃: 14,007 + 3 · 1,008 = 17,03. C₂H₅OH: 2 · 12,011 + 6 · 1,008 + 15,999 = 46,07. CaCO₃: 40,078 + 12,011 + 3 · 15,999 = 100,09. (NH₄)₂SO₄: 2 · 14,007 + 8 · 1,008 + 32,06 + 4 · 15,999 = 132,13. KH₂PO₄: 39,098 + 2 · 1,008 + 30,974 + 4 · 15,999 = 136,08. CuSO₄·5H₂O: 63,546 + 32,06 + 4 · 15,999 + 5 · 18,015 = 249,68.

14.3

Gram, mol en deeltjes

Oefenen4Rekenen20 min

Gebruik

n = m / M

N = n \cdot N_{A}

V = n \cdot V_{m}

met

V_{m} = 24, 1 L/mol

bij 20 °C.

a
(a) Hoeveel mol en hoeveel moleculen zitten er in 10,0 g koolstofdioxide? Welk volume neemt dat gas in bij 20 °C?
$n = 10, 0/44, 01 = 0, 227 mol$ ; $N = 0, 227 \cdot 6, 022 \cdot 1 0^{23} = 1, 37 \cdot 1 0^{23}$ moleculen; $V = 0, 227 \cdot 24, 1 = 5, 5 L$ .
b
(b) Hoeveel gram weegt 0,250 mol glucose?
$m = 0, 250 \cdot 180, 16 = 45, 0 g$ .
c
(c) Een fles bevat $3, 01 \cdot 1 0^{23}$ moleculen ammoniak. Hoeveel mol en hoeveel gram is dat?
$n = 3, 01 \cdot 1 0^{23} /6, 022 \cdot 1 0^{23} = 0, 500 mol$ ; $m = 0, 500 \cdot 17, 03 = 8, 51 g$ .
d
(d) Hoeveel natriumionen zitten er in 5,0 g keukenzout?
$n (NaCl) = 5, 0/58, 44 = 0, 0856 mol$ , evenveel mol Na⁺: $0, 0856 \cdot 6, 022 \cdot 1 0^{23} = 5, 2 \cdot 1 0^{22}$ ionen.

14.4

Exotherm of endotherm?

Oefenen3Begrijpen10 min

Zeg van elk proces of er energie vrijkomt of opgenomen wordt. Leg kort uit waaraan je het ziet.

a
(a) een kaars brandt; (b) een plant maakt glucose in het licht; (c) een handwarmer met ijzerpoeder wordt warm als je het zakje openmaakt; (d) kalk (calciumcarbonaat) wordt in een oven bij 900 °C ontbonden tot calciumoxide en koolstofdioxide; (e) je lichaam verbrandt suiker in je spieren.
(a) exotherm: warmte en licht. (b) endotherm: de energie komt van het licht. (c) exotherm: ijzer roest snel, het zakje wordt warm. (d) endotherm: er moet voortdurend warmte bij, anders stopt de ontbinding. (e) exotherm: celademhaling levert de energie en de warmte van je lichaam.
b
Waarom gaat een lucifer pas branden als je hem langs het strijkvlak haalt, als verbranden toch energie oplevert?
Om de reactie op gang te brengen moeten eerst bindingen breken: de activeringsenergie. De wrijving levert de warmte om het lucifermengsel te ontsteken; daarna levert de verbranding zelf genoeg warmte om door te gaan.

14.5

Massabehoud in de praktijk

Oefenen4Begrijpen12 min

Drie waarnemingen die het behoud van massa lijken tegen te spreken.

a
Een kaars van 20 g weegt na een uur branden nog 12 g. Waar is de massa gebleven?
De kaars is (vooral) geworden tot koolstofdioxide en waterdamp die in de lucht verdwijnen. Samen wegen ze meer dan 8 g, want er is zuurstof uit de lucht bij gekomen.
b
Een bolletje staalwol op een weegschaal wordt zwaarder terwijl het brandt. Hoe kan dat?
Het ijzer bindt zuurstof uit de lucht tot ijzeroxide: de zuurstofatomen komen erbij en wegen mee.
c
Een leerling herhaalt de proef met azijn en bakpoeder, maar met een ballon over de flessenhals in plaats van een dop. De ballon zwelt op en de weegschaal toont 0,3 g minder. Is er massa verdwenen? Leg uit.
Nee. De ballon zet uit en verplaatst lucht: de lucht duwt hem omhoog met een opwaartse kracht gelijk aan het gewicht van die verplaatste lucht (ongeveer 0,29 L, dus 0,35 g). De weegschaal toont daardoor minder, al is de massa gelijk gebleven. In een stijve, gesloten fles verandert het volume niet, en dus ook de opwaartse kracht niet.

Toepassen

meerdere stappen, in een context

14.6

Labo: hoeveel CO₂ geeft bakpoeder?

Toepassen5Labo50 min

Onderzoek of de massa koolstofdioxide die ontsnapt evenredig is met de massa bakpoeder, en vergelijk met de stoichiometrie. Werk in een open bekerglas met 50 mL azijn op de weegschaal (tot 0,01 g), en voeg telkens een afgewogen hoeveelheid bakpoeder toe: 1,00 g, 2,00 g en 3,00 g, telkens in verse azijn.

a
Voorspel met een berekening hoeveel gram CO₂ er telkens ontstaat. Is 50 mL azijn (5 g azijnzuur per 100 mL) genoeg voor 3,00 g bakpoeder?
$n (C O_{2}) = n (NaHC O_{3}) = m /84, 01$ : 0,524 g, 1,048 g en 1,572 g CO₂. Azijn: $2, 5/60, 05 = 0, 0416 mol$ azijnzuur, genoeg voor $0, 0416 \cdot 84, 01 = 3, 50 g$ bakpoeder: ja, net.
b
Meet en noteer.
Typisch 85 à 95 % van de berekende waarde.
c
Zet CO₂ gemeten uit tegen de massa bakpoeder. Is het verband recht evenredig? Waarom is het rendement geen 100 %?
Ongeveer een rechte door de oorsprong: de massa CO₂ is evenredig met de massa bakpoeder (het bakpoeder is telkens de beperkende stof). Het rendement is lager dan 100 %, omdat een deel van de CO₂ opgelost blijft in de vloeistof en een deel als zwaar gas in het bekerglas blijft hangen; bovendien kunnen er druppels wegspatten (dan meet je juist te veel).

Zo wordt dit beoordeeld

Voorspelling	Correcte stoichiometrie (1 : 1), 0,524 g per gram; azijn genoeg tot 3,5 g bakpoeder.
Meting	Nauwkeurig gewogen, verse azijn, lang genoeg gewacht en gewalst.
Analyse	Grafiek met rechte door de oorsprong; rendement berekend.
Discussie	Opgeloste CO₂, CO₂ die in het bekerglas blijft hangen, spatten; verbetering voorgesteld.

14.7

Een gasfles propaan

Toepassen5Rekenen20 min

Een gasfles voor een barbecue bevat 10,5 kg propaan C₃H₈. Ze wordt volledig verbrand.

a
Schrijf de kloppende vergelijking.
$C_{3} H_{8} + 5 O_{2} ⟶ 3 C O_{2} + 4 H_{2} O$
b
Hoeveel kilogram koolstofdioxide en hoeveel kilogram water ontstaan er?
$n = 10 500/44, 10 = 238 mol$ . CO₂: $3 \cdot 238 \cdot 44, 01 = 31400 g = 31, 4 kg$ . Water: $4 \cdot 238 \cdot 18, 02 = 17, 2 kg$ .
c
Hoeveel kubieke meter lucht (21 % zuurstof) is er bij 20 °C nodig?
$n (O_{2}) = 5 \cdot 238 = 1190 mol$ ; lucht: $1190/0, 21 \cdot 24, 1 = 136600 L \approx 137 m^{3}$ .
d
Waarom mag je een gasbarbecue nooit binnen of in een tent gebruiken?
Binnen raakt de zuurstof snel op, en dan wordt de verbranding onvolledig: er ontstaat koolstofmonoxide, geurloos en dodelijk. Bovendien loopt de CO₂-concentratie hoog op.

14.8

Wat betekent NPK?

Toepassen5Habitat25 min

Op een meststof staat 'NPK 20-20-20': 20 % stikstof (N), 20 % fosfor uitgedrukt als P₂O₅ en 20 % kalium uitgedrukt als K₂O, in massaprocent. De voedingsoplossing van Habitat bevat per liter 1,28 g zouten met 112 mg N, 32 mg P en 156 mg K (hoofdstuk 12).

a
Welk deel van de massa van P₂O₅ is fosfor? En van K₂O kalium?
P: $2 \cdot 30, 974/141, 94 = 0, 436$ ; K: $2 \cdot 39, 098/94, 20 = 0, 830$ .
b
Hoeveel gram echt fosfor en echt kalium zit er in 100 g van die NPK 20-20-20?
Fosfor: $20 \cdot 0, 436 = 8, 7 g$ ; kalium: $20 \cdot 0, 830 = 16, 6 g$ . De etiketgetallen overschatten fosfor en kalium dus flink.
c
Bereken de NPK-waarden van het zoutmengsel van Habitat.
N: $0, 112/1, 28 = 8, 7 %$ . P₂O₅: $0, 032/0, 436 = 0, 073 g$ , dus $0, 073/1, 28 = 5, 7 %$ . K₂O: $0, 156/0, 830 = 0, 188 g$ , dus 14,7 %. NPK ongeveer 8,7-5,7-14,7.
d
Controleer met molaire massa's de 112 mg stikstof: 0,59 g Ca(NO₃)₂·4H₂O en 0,30 g KNO₃ per liter.
Calciumnitraat: $0, 59/236, 15 = 2, 50 mmol$ , met 2 N per formule: $5, 00 mmol \cdot 14, 007 = 70, 0 mg$ . Kaliumnitraat: $0, 30/101, 10 = 2, 97 mmol$ , $2, 97 \cdot 14, 007 = 41, 6 mg$ . Samen 111,6 mg: klopt.

14.9

Gassen bij verschillende temperaturen

Toepassen4Rekenen15 min

Het molair volume bij 1013 hPa: 20,8 L/mol bij −20 °C, 22,4 L/mol bij 0 °C, 24,1 L/mol bij 20 °C, 25,7 L/mol bij 40 °C.

a
Een ballon bevat bij 20 °C 5,0 L helium. Hoe groot is hij buiten bij −20 °C? En in een auto in de zon, bij 40 °C?
Evenredig met $V_{m}$ : $5, 0 \cdot 20, 8/24, 1 = 4, 3 L$ ; $5, 0 \cdot 25, 7/24, 1 = 5, 3 L$ .
b
Bereken de massa van 1,0 L koolstofdioxide en van 1,0 L lucht (gemiddelde molaire massa 28,97 g/mol) bij 20 °C. Waarom hoopt CO₂ zich op in een kelder of een gistkuip?
CO₂: $44, 01/24, 1 = 1, 83 g$ per liter; lucht: $28, 97/24, 1 = 1, 20 g$ . CO₂ is anderhalve keer zo zwaar als lucht en zakt naar laag gelegen plaatsen, waar het de lucht verdringt: gevaarlijk (verstikking).
c
Waarom staat er bij een gasvolume altijd een temperatuur, en bij een massa niet?
Een gas zet uit als het warmer wordt: hetzelfde aantal mol neemt meer volume in. De massa van een hoeveelheid stof verandert niet met de temperatuur.

14.10

Python: massapercentages

Toepassen5Programmeren25 min

Breid molmassa.py uit het handboek uit met een functie massapercentages(formule) die voor elk element het massapercentage teruggeeft (bijvoorbeeld voor KNO₃: K 38,7 %, N 13,9 %, O 47,5 %).

Schrijf de functie. Gebruik tel_atomen en molaire_massa, en denk aan kristalwater.

def massapercentages(formule):
    totaal = molaire_massa(formule)
    tellers = {}
    for stuk in formule.replace("·", "*").split("*"):
        factor, i = lees_getal(stuk, 0)
        for el, aantal in tel_atomen(stuk[i:]).items():
            tellers[el] = tellers.get(el, 0) + factor * aantal
    return {el: 100 * a * ATOOMMASSA[el] / totaal for el, a in tellers.items()}

print(massapercentages("KNO3"))

b
Hoeveel procent stikstof bevatten ureum CO(NH₂)₂, ammoniumnitraat NH₄NO₃, kaliumnitraat en calciumnitraat-tetrahydraat? Welke meststof is het 'zuinigst' om te vervoeren?
Ureum 46,6 %; ammoniumnitraat 35,0 %; kaliumnitraat 13,9 %; calciumnitraat-tetrahydraat 11,9 %. Per kilogram vervoerd zit de meeste stikstof in ureum. (Voor de hydroponie gebruiken we het toch niet: bacteriën moeten het eerst omzetten.)

14.11

De CO₂ van een auto

Toepassen5Rekenen15 min

Een benzineauto verbruikt 5,5 L per 100 km, een dieselauto 4,5 L per 100 km. Gebruik 2,30 kg CO₂ per liter benzine en 2,60 kg per liter diesel.

a
Bereken de uitstoot van beide auto's in gram CO₂ per kilometer.
Benzine: $5, 5 \cdot 2, 30 = 12, 65 kg$ per 100 km = 126 g/km. Diesel: $4, 5 \cdot 2, 60 = 11, 7 kg$ per 100 km = 117 g/km.
b
Hoeveel ton CO₂ stoot de benzineauto uit in een jaar van 15 000 km?
$126 \cdot 15000 = 1, 9 \cdot 1 0^{6} g = 1, 9 t$ .
c
Per liter geeft diesel meer CO₂. Waarom stoot de dieselauto toch minder uit per kilometer?
Een dieselmotor haalt meer arbeid uit elke liter (hoger rendement) en een liter diesel bevat meer energie. Het verbruik per kilometer is daardoor kleiner, genoeg om de grotere uitstoot per liter te compenseren.

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

14.12

Habitat: CO₂ voor de kweekruimte

Uitdagen6Habitat50 min

De kweekruimte (2,40 × 2,00 × 2,40 m) met 48 slaplanten vraagt 1,5 g CO₂ per lichtuur. Buitenlucht: 425 ppm. De teler wil de planten sneller laten groeien bij 800 ppm. Er zijn drie opties: (A) alleen ventileren met buitenlucht; (B) de uitgeademde lucht van de leefruimte (twee bewoners, 's avonds en 's nachts binnen) door de kweekruimte leiden; (C) een fles CO₂ van 2 kg (€ 25 per vulling) met een doseerventiel dat de sensor aanstuurt.

De concentratie in de kweekruimte zonder en met ventilatie (model uit het handboek).

a
Hoeveel liter en hoeveel gram CO₂ zit er in de kweekruimte bij 425 ppm en bij 800 ppm? Hoeveel moet je toevoegen om van 425 naar 800 ppm te gaan?
425 ppm: $11, 52 m^{3} \cdot 425 \cdot 1 0^{- 6} = 4, 9 \cdot 1 0^{- 3} m^{3} = 4, 9 L$ , $4, 9/24, 1 \cdot 44, 01 = 9, 0 g$ . 800 ppm: 9,2 L of 16,9 g. Toevoegen: 4,3 L, 7,9 g.
b
Kan je met optie A ooit 800 ppm halen? Leg uit.
Nee: ventileren met buitenlucht brengt de concentratie hoogstens terug naar 425 ppm. Omdat de planten opnemen, blijft ze er zelfs onder (350 ppm bij 11 m³/h).
c
Optie B: twee bewoners ademen samen 2 kg CO₂ per dag uit. Welk deel daarvan hebben de planten nodig? Welk probleem zie je met de tijdstippen?
De planten nemen 24 g per dag op, 1,2 % van de 2 kg (de bewoners maken 80 keer meer dan nodig). Maar de bewoners zijn vooral 's nachts binnen, als de lampen uit zijn en de planten geen CO₂ opnemen; overdag, als de planten willen, zijn ze aan het werk. Een buffer (bijvoorbeeld de lucht 's avonds laten ophopen tot 1000 ppm) of het licht 's avonds laten branden, lost dat deels op.
d
Optie C: stel dat je de ruimte overdag dicht houdt en alleen het verbruik van de planten bijdoseert (plus 20 % lekverlies). Hoe lang doet een fles van 2 kg mee, en wat kost dat per teelt?
Verbruik met lekverlies: $24, 1 \cdot 1, 2 = 29 g$ per dag. Een fles van 2 kg: $2000/29 = 69$ dagen, ongeveer twee teelten. Kost: € 25 per 69 dagen, ongeveer € 13 per teelt van 35 dagen (plus eenmalig 7,9 g om naar 800 ppm te gaan).
e
Schrijf een advies van vijf regels voor je portfolio, met je keuze, de veiligheid (CO₂-sensor, alarm) en een reden om toch te ventileren.
Bijvoorbeeld: 'We doseren CO₂ uit een fles, gestuurd door een CO₂-sensor, tot 800 ppm zolang de lampen branden, en ventileren kort als de luchtvochtigheid of de temperatuur te hoog wordt. Boven 1500 ppm schakelt de dosering af en boven 5000 ppm gaat een alarm. Wie in de ruimte werkt, zet eerst de ventilatie aan. De uitgeademde lucht van de bewoners leiden we 's avonds door de ruimte als extra, gratis bron.'

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Volumes en massa's met V_m = 24,1 L/mol; 4,3 L (7,9 g) om naar 800 ppm te gaan.
Bronnen	A: nooit boven buitenlucht; B: 40 × genoeg maar op het verkeerde moment; C: berekende looptijd en kost.
Veiligheid	CO₂ is zwaarder dan lucht en boven ± 5000 ppm schadelijk: sensor, alarm, niet in een afgesloten ruimte werken.
Advies	Onderbouwde keuze, met vocht en temperatuur als tweede reden om te ventileren.

14.13

Kalk en azijn: wie is eerst op?

Uitdagen6Rekenen25 min

Een waterkoker zit vol kalkaanslag (calciumcarbonaat). Je giet er 250 mL azijn in (5 g azijnzuur per 100 mL). De reactie:

CaC O_{3} + 2 C H_{3} COOH ⟶ Ca (C H_{3} COO)_{2} + H_{2} O + C O_{2}

. Er zit 20 g kalk in de waterkoker.

a
Hoeveel mol kalk en hoeveel mol azijnzuur zijn er? Welke stof is beperkend?
Kalk: $20/100, 09 = 0, 200 mol$ . Azijnzuur: $12, 5 g /60, 05 = 0, 208 mol$ . Voor 0,200 mol kalk is $2 \cdot 0, 200 = 0, 400 mol$ azijnzuur nodig: het azijnzuur is beperkend.
b
Hoeveel gram kalk lost er op, en hoeveel blijft er liggen?
Het azijnzuur lost $0, 208/2 = 0, 104 mol$ kalk op: $0, 104 \cdot 100, 09 = 10, 4 g$ . Er blijft $9, 6 g$ kalk liggen.
c
Hoeveel liter CO₂ (20 °C) bruist er uit de waterkoker?
$n (C O_{2}) = 0, 104 mol$ : $0, 104 \cdot 24, 1 = 2, 5 L$ (4,6 g).
d
Hoeveel mL azijn heb je minstens nodig om alle kalk op te lossen?
$0, 400 \cdot 60, 05 = 24, 0 g$ azijnzuur, dat is $24, 0/5 \cdot 100 = 480 mL$ azijn. (Warme azijn werkt sneller, maar niet 'meer'.)

14.14

Ontwerp: een gistfles als CO₂-bron

Uitdagen7Ontwerpen45 min

Hobbytelers maken CO₂ met gist en suiker in een fles met een slangetje naar de plantenruimte. Gist zet suiker (sacharose C₁₂H₂₂O₁₁) om in ethanol en koolstofdioxide:

C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O ⟶ 4 C_{2} H_{5} OH + 4 C O_{2}

a
Hoeveel gram CO₂ geeft 1 g suiker? Hoeveel gram suiker per dag heb je nodig voor de 24 g CO₂ die de 48 slaplanten opnemen?
$M (C_{12} H_{22} O_{11}) = 342, 30 g/mol$ ; 1 mol suiker geeft 4 mol CO₂ = 176,04 g. Per gram: $176, 04/342, 30 = 0, 514 g$ . Voor 24,1 g: $24, 1/0, 514 = 47 g$ suiker per dag.
b
Hoeveel ethanol ontstaat er per dag? Waar blijft die?
Per gram suiker $4 \cdot 46, 07/342, 30 = 0, 538 g$ ethanol: 25 g per dag. Die blijft opgelost in de fles (die dus na een paar weken 'wijn' bevat en de gist afremt).
c
Ontwerp de opstelling: fles, slangetje, waterslot, temperatuur. Waarom levert de fles niet netjes elke dag evenveel CO₂?
Een fles van 2 L met suikerwater en gist, een dop met een slangetje door een waterslot (belletjes kunnen weg, lucht en insecten niet terug), een slang naar de kweekruimte, de fles in een warme hoek (gist werkt het best rond 25 à 30 °C). De productie begint traag (de gist moet groeien), is dan een tijd hoog, en daalt als de suiker opraakt of de alcohol de gist remt; ze gaat ook 's nachts door, als de planten niets opnemen.
d
Vergelijk met een fles CO₂ (€ 25 voor 2 kg; suiker kost € 1,20 per kg). Welke keuze raad je Habitat aan, en waarom?
Gistfles: 47 g suiker per dag is ongeveer € 0,06 per dag of € 2 per teelt, goedkoper dan de fles (± € 13 per teelt), maar niet te sturen, onregelmatig en met veel afval (ethanol, gist). Advies bijvoorbeeld: CO₂-fles met sensor als hoofdbron, de gistfles hooguit als proef of als reserve.

Zo wordt dit beoordeeld

Stoichiometrie	0,514 g CO₂ per g suiker; 47 g suiker per dag; 25 g ethanol per dag.
Ontwerp	Waterslot tegen terugstromen, slangetje naar de ruimte, fles warm (20 à 30 °C), makkelijk bij te vullen.
Kritisch	Productie onregelmatig (begint traag, stopt als de suiker op is of de alcohol de gist remt), niet te sturen, ook 's nachts.
Afweging	Kosten en stuurbaarheid vergeleken met een fles CO₂.

14.15

Een kaars onder een glas

Uitdagen7Analyseren30 min

Je zet een glas van 1,0 L over een brandend waxinelichtje. Na ongeveer 20 seconden dooft het. Een kaarsvlam dooft als de lucht nog ongeveer 16 % zuurstof bevat (in plaats van 20,95 %). Neem als model voor paraffine C₂₅H₅₂ (352,69 g/mol). Een waxinelichtje verbrandt ongeveer 3 g paraffine per uur.

a
Schrijf de kloppende vergelijking voor de volledige verbranding van C₂₅H₅₂.
$C_{25} H_{52} + 38 O_{2} ⟶ 25 C O_{2} + 26 H_{2} O$ (O: $2 \cdot 38 = 76 = 50 + 26$ ).
b
Hoeveel mol zuurstof verbruikt de vlam voor ze dooft (20 °C)? Hoeveel milligram paraffine verbrandt er?
$Δ V (O_{2}) = 1, 0 \cdot (0, 2095 - 0, 16) = 0, 0495 L$ ; $n = 0, 0495/24, 1 = 2, 06 mmol$ . Paraffine: $2, 06/38 = 0, 0542 mmol$ , $0, 0542 \cdot 352, 69 = 19 mg$ .
c
Hoe lang brandt het lichtje volgens je berekening? Klopt dat met de waarneming?
3 g per uur is $3000/3600 = 0, 83 mg/s$ : $19/0, 83 = 23 s$ . Dat klopt goed met de ongeveer 20 seconden.
d
Een bekende proef: zet het lichtje in een schaaltje water. Als het glas erover staat, stijgt het water in het glas. Vaak hoor je: 'omdat de zuurstof opgebruikt is'. Toon met je vergelijking aan dat die verklaring niet volstaat. Wat is de belangrijkste oorzaak?
Per 38 mol verbruikte zuurstof ontstaat 25 mol CO₂: het aantal gasmoleculen daalt maar met een derde van de verbruikte zuurstof, 0,7 mmol of 17 mL, en ook de waterdamp condenseert maar gedeeltelijk. Dat verklaart niet het meestal veel grotere stijgen van het water. De belangrijkste oorzaak is de temperatuur: de vlam warmt de lucht in het glas op (een deel ontsnapt als belletjes onder de rand), en als de vlam dooft, koelt de lucht af, krimpt, en drukt de buitenlucht het water naar binnen.