← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Intermediate · Werkboek · 14. Reacties en stoichiometrie
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
I14. Reacties en stoichiometrie — werkboek
IIntermediate · deel I4 · Chemie en materialen

Werkboek · hoofdstuk 14Reacties en stoichiometrie

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

Je begint met vergelijkingen kloppend maken, molaire massa's berekenen en omrekenen tussen gram, mol en deeltjes. In de tweede trede meet je in het labo hoeveel gas bakpoeder geeft, reken je aan een gasfles, een meststoffenetiket, gasvolumes en de uitlaat van een auto, en breid je de molaire-massarekenaar uit. In de uitdagingen ontwerp je de CO2-voorziening van de kweekruimte (opdracht 14.12), zoek je uit welke stof eerst op is als je kalk oplost, ontwerp je een gistfles als CO2-bron en ontrafel je wat er gebeurt met een kaars onder een glas.

5× oefenen6× toepassen4× uitdagen± 372 min0/15 gedaan
MMaterie en chemieWWiskundig modelleren
Methaan en zuurstof worden koolstofdioxide en water: de druppeltjes op de koude lepel zijn reactieproduct.
Methaan en zuurstof worden koolstofdioxide en water: de druppeltjes op de koude lepel zijn reactieproduct.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

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.
  1. a
    (a)
  2. b
    (b) (de productie van ammoniak voor kunstmest)
  3. c
    (c)
  4. d
    (d)
  5. e
    (e) (ijzer maken in een hoogoven)
  6. f
    (f) (celademhaling)
14.2

Molaire massa's

Oefenen3Rekenen15 min
Gebruik de atoommassa's uit het periodiek systeem (hoofdstuk 12). Rond af op twee decimalen.
  1. a
    Bereken de molaire massa.
    stofberekeningM (g/mol)
    ammoniak NH3
    ethanol C2H5OH
    calciumcarbonaat CaCO3
    ammoniumsulfaat (NH4)2SO4
    kaliumdiwaterstoffosfaat KH2PO4
    kopersulfaat-pentahydraat CuSO4·5H2O
14.3

Gram, mol en deeltjes

Oefenen4Rekenen20 min
Gebruik , en met bij 20 °C.
  1. a
    (a) Hoeveel mol en hoeveel moleculen zitten er in 10,0 g koolstofdioxide? Welk volume neemt dat gas in bij 20 °C?
  2. b
    (b) Hoeveel gram weegt 0,250 mol glucose?
  3. c
    (c) Een fles bevat moleculen ammoniak. Hoeveel mol en hoeveel gram is dat?
  4. d
    (d) Hoeveel natriumionen zitten er in 5,0 g keukenzout?
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.
  1. 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.
  2. b
    Waarom gaat een lucifer pas branden als je hem langs het strijkvlak haalt, als verbranden toch energie oplevert?
14.5

Massabehoud in de praktijk

Oefenen4Begrijpen12 min
Drie waarnemingen die het behoud van massa lijken tegen te spreken.
  1. a
    Een kaars van 20 g weegt na een uur branden nog 12 g. Waar is de massa gebleven?
  2. b
    Een bolletje staalwol op een weegschaal wordt zwaarder terwijl het brandt. Hoe kan dat?
  3. 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.
Hint
Denk bij de ballon aan de wet van Archimedes (hoofdstuk 11): een ballon verplaatst lucht.
Toepassen

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.
  1. 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?
  2. b
    Meet en noteer.
    bakpoeder (g)massa voor (g)massa na 10 min (g)CO2 gemeten (g)CO2 berekend (g)rendement (%)
  3. c
    Zet CO2 gemeten uit tegen de massa bakpoeder. Is het verband recht evenredig? Waarom is het rendement geen 100 %?
Zo wordt dit beoordeeld
VoorspellingCorrecte stoichiometrie (1 : 1), 0,524 g per gram; azijn genoeg tot 3,5 g bakpoeder.
MetingNauwkeurig gewogen, verse azijn, lang genoeg gewacht en gewalst.
AnalyseGrafiek met rechte door de oorsprong; rendement berekend.
DiscussieOpgeloste 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.
  1. a
    Schrijf de kloppende vergelijking.
  2. b
    Hoeveel kilogram koolstofdioxide en hoeveel kilogram water ontstaan er?
  3. c
    Hoeveel kubieke meter lucht (21 % zuurstof) is er bij 20 °C nodig?
  4. d
    Waarom mag je een gasbarbecue nooit binnen of in een tent gebruiken?
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).
  1. a
    Welk deel van de massa van P2O5 is fosfor? En van K2O kalium?
  2. b
    Hoeveel gram echt fosfor en echt kalium zit er in 100 g van die NPK 20-20-20?
  3. c
    Bereken de NPK-waarden van het zoutmengsel van Habitat.
  4. d
    Controleer met molaire massa's de 112 mg stikstof: 0,59 g Ca(NO3)2·4H2O en 0,30 g KNO3 per liter.
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.
  1. 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?
  2. 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?
  3. c
    Waarom staat er bij een gasvolume altijd een temperatuur, en bij een massa niet?
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 %).
  1. a
    Schrijf de functie. Gebruik tel_atomen en molaire_massa, en denk aan kristalwater.
  2. b
    Hoeveel procent stikstof bevatten ureum CO(NH2)2, ammoniumnitraat NH4NO3, kaliumnitraat en calciumnitraat-tetrahydraat? Welke meststof is het 'zuinigst' om te vervoeren?
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.
  1. a
    Bereken de uitstoot van beide auto's in gram CO2 per kilometer.
  2. b
    Hoeveel ton CO2 stoot de benzineauto uit in een jaar van 15 000 km?
  3. c
    Per liter geeft diesel meer CO2. Waarom stoot de dieselauto toch minder uit per kilometer?
Uitdagen

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.
01234560100200300400500tijd na het aansteken van de lampen (h)CO2 in de kweekruimte (ppm)buitenlucht 425 ppmgroeigrens ± 200 ppmdicht, niet geventileerdgeventileerd met 11 m³/h
De concentratie in de kweekruimte zonder en met ventilatie (model uit het handboek).
  1. 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?
  2. b
    Kan je met optie A ooit 800 ppm halen? Leg uit.
  3. 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?
  4. 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?
  5. 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.
Zo wordt dit beoordeeld
RekenwerkVolumes en massa's met V_m = 24,1 L/mol; 4,3 L (7,9 g) om naar 800 ppm te gaan.
BronnenA: nooit boven buitenlucht; B: 40 × genoeg maar op het verkeerde moment; C: berekende looptijd en kost.
VeiligheidCO2 is zwaarder dan lucht en boven ± 5000 ppm schadelijk: sensor, alarm, niet in een afgesloten ruimte werken.
AdviesOnderbouwde 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: . Er zit 20 g kalk in de waterkoker.
  1. a
    Hoeveel mol kalk en hoeveel mol azijnzuur zijn er? Welke stof is beperkend?
  2. b
    Hoeveel gram kalk lost er op, en hoeveel blijft er liggen?
  3. c
    Hoeveel liter CO2 (20 °C) bruist er uit de waterkoker?
  4. d
    Hoeveel mL azijn heb je minstens nodig om alle kalk op te lossen?
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: .
  1. 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?
  2. b
    Hoeveel ethanol ontstaat er per dag? Waar blijft die?
  3. c
    Ontwerp de opstelling: fles, slangetje, waterslot, temperatuur. Waarom levert de fles niet netjes elke dag evenveel CO2?
  4. d
    Vergelijk met een fles CO2 (€ 25 voor 2 kg; suiker kost € 1,20 per kg). Welke keuze raad je Habitat aan, en waarom?
Zo wordt dit beoordeeld
Stoichiometrie0,514 g CO2 per g suiker; 47 g suiker per dag; 25 g ethanol per dag.
OntwerpWaterslot tegen terugstromen, slangetje naar de ruimte, fles warm (20 à 30 °C), makkelijk bij te vullen.
KritischProductie onregelmatig (begint traag, stopt als de suiker op is of de alcohol de gist remt), niet te sturen, ook 's nachts.
AfwegingKosten 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.
  1. a
    Schrijf de kloppende vergelijking voor de volledige verbranding van C25H52.
  2. b
    Hoeveel mol zuurstof verbruikt de vlam voor ze dooft (20 °C)? Hoeveel milligram paraffine verbrandt er?
  3. c
    Hoe lang brandt het lichtje volgens je berekening? Klopt dat met de waarneming?
  4. 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?
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet