1.4 reactieberekeningen

Waar scheikunde wordt toegepast, bijvoorbeeld in een laboratorium of in de fabriek, bij het maken van een of ander product is het zeer belangrijk de nodige hoeveelheden te kennen:
Hoeveel product wil je? En hoeveel reagens is daarvoor nodig? In welke verhouding moeten we de stoffen mengen?

Goed rekenen voor je begint is niet alleen belangrijk om het juiste product te krijgen, maar getuigt ook van economisch inzicht. Het is dom om van iets teveel te gebruiken.

Opdracht 11
Iemand wil een zeepfabriek opzetten. Nodig voor het proces zijn: plantaardige olie, keukenzout, natriumhydroxide, water, energie, gebouwen, enzovoort.
Geef een kort overzicht van het directie-werkplan.

De toepassing van de reactieberekeningen kan alleen gedaan worden door iemand die met het begrip MOL weet om te gaan (zie ook module 5).
Zo is een belangrijke stap bij deze berekeningen het omrekenen van MOL naar grammen en omgekeerd. Daarnaast moet je weten wat dichtheid is van vaste en vloeibare stoffen.

Ken je de volgende vergelijking nog: d = g/v?

Gassen hebben ook een dichtheid, maar met een volkomen andere definitie dan de dichtheid van (s) en (l). In een volgende paragraaf maken we daar kennis mee.

Alvast goed om iets te weten over gassen: wat voor gas je ook neemt, met grote of kleine moleculen, één mol ervan heeft altijd hetzelfde volume, gemeten bij dezelfde temperatuur en druk. Of andersom: als je 1 liter neemt van een gas, gemeten bij een vaste temperatuur en druk, is dat bij elk gas een gelijk aantal mol.
Mol en volume zijn bij gassen dus evenredig. Wat bij vaste en vloeibare stoffen niet opgaat, geldt wel voor gassen: de coëfficiënten van gassen in een vergelijking kunnen zowel gelezen worden als mol én als liters.
De molverhouding = de volumeverhouding.

Opdracht 12
Welk volume heeft 1 mol gas bij een druk van 1 atm. en een temperatuur van 0oC ?

Als methaan reageert met zuurstof in de verhouding 1:2 (één mol methaan reageert met 2 mol zuurstof), betekent dit tegelijk en automatisch dat, onder gelijke omstandigheden gemeten, 1 liter methaangas reageert met 2 liter zuurstofgas.

Wat je ook moet kennen zijn de begrippen "molariteit" en concentratie. Heel vaak komen we deze begrippen tegen bij reactieberekeningen.

Bijvoorbeeld: 10 ml 0,1M HCl reageert met een of andere stof. Je moet dan in staat zijn deze gegevens te verwerken in de berekening. Je moet die schrijfwijze goed kennen.

Een reactieberekening begint altijd met een goed kloppende reactievergelijking die duidelijk de molverhouding aangeeft.

Opdracht 13
Calcium reageert met water waarbij calciumhydroxide en een gas ontstaan.
Welke molverhouding hebben de reagentia en bereken hun massaverhouding.

De berekening bij opdracht 13 is een voorbeeld om het voordeel te zien van het gebruik van empirische formules boven ionformules.
Berekenen gaat over praktische dingen en in de praktijk haal je geen ionen uit een fles, maar neutrale stoffen in hun geheel.
Dus ook al doet alleen een Chloride-ion mee, toch weeg je keukenzout af (NaCl).

Nogmaals: het is verstandig - voor een goed begrip van de praktijk - om aan te geven of de stoffen (s), (l) of (g) zijn (of (aq)).
Ca(s) + 2H2O (l) Ca(OH)2(aq) + H2(g)
De reagentia reageren in de molverhouding 1 : 2

Let op: die molverhouding geeft weer in welke verhouding de stoffen reageren; dat is heel iets anders dan de verhouding waarin je de stoffen in werkelijkheid mengt. Als het niet in die juiste molverhouding is, blijft er gewoon ongebruikte stof over.

Opdracht 14
Een mengsel van 100 mol waterstof en 1 mol stikstof reageert niet in de verhouding 100:1, maar in de molverhouding gedefinieerd door de vergelijking.
Hoeveel mol product kunnen in dit geval maximaal gevormd worden?

Belangrijkste regels bij het oplossen van een reactieberekening:
1 Een kloppende reactievergelijking opstellen en de aggregatietoestanden (de fasen) toevoegen.
2 Onderstreep de stoffen waarover gegevens bestaan en waarover vragen gesteld worden. De andere stoffen hoef je niet mee te nemen.
Die gegevens worden soms direct, soms indirect gegeven.
De berekening doe je alleen met de onderstreepte stoffen.
3 Noteer de molverhouding
4 Waar nodig zet je mol om in de juiste eenheden (die vind je bij gegevens en bij het gevraagde)
5 Voer een omrekeningsfactor in om recht te doen aan de werkelijke hoeveelheden, zoals blijkt uit de gegevens.
Zo beëindig je de berekening.
Let er op: het is absoluut nodig dat je in elke stap alle (onderstreepte) stoffen bij elke stap meeneemt, om te verzekeren dat je weet wat je aan het doen bent. Dan blijft het concreet.

Voorbeeld:
Opdracht 15
  Wat is de massa en volume (standaardomstandigheden voor gassen) van koolstofdioxide dat gevormd wordt bij de volledige verbranding van 4,01 g methaan?
1 CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)
2 Onderstreep die stoffen waarover je gegevens hebt of waarover iets wordt gevraagd. CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)
3 Dus, 1 mol CH4(g) reageert met 1 mol CO2(g) (verhouding is 1:1)
4 16 gram CH4(g) produceren 44 gram CO2(g) (hier passen we de molecuulmassa's toe)
5 in werkelijkheid hebben we niet 16 gram, maar slechts 4 gram voor de verbranding.
De in te voeren factor is dan: 4/16. (in dit geval is dat toevallig: delen door vier)
4/16 x 16 gram CH4(g) produceren 4/16 x 44 gram CO2(g)

tenslotte: standaardomstandigheden wil zeggen: bij temperatuur van 25oC en druk van 1 atm. Dan is 1 mol gas = 22,4 liter

1/16 x 44 = 11 gram CO2(g) wordt geproduceerd,

dat is gelijk aan 4/16 mol = 4/16 x 22,4 liter CO2(g) = 5,6 liter
Kies antwoord 07-15

Nog eens de regels voor het oplossen van reactieberekeningen:
  1. Een kloppende reactievergelijking opstellen en de aggregatietoestanden toevoegen.
  2. Onderstreep de stoffen waarover gegevens bestaan en waarover vragen gesteld worden.
  3. Noteer de MOLVERHOUDING
  4. Zet zonodig MOL om in andere eenheden
  5. Voer de factor in om naar de werkelijke hoeveelheden te gaan (zoals gegeven).

Opdracht 16
1 gram Natrium wordt verbrand in 100 liter lucht(0o C en 1 atm.).
Bereken, in grammen, hoeveel zuurstof overblijft.

Opdracht 17
Een ijzererts bevat 75% ijzer(III)oxide.
Bereken de massa van het ijzer dat verkregen kan worden uit 1 ton van dit erts.

Opdracht 18
Iemand gebruikt aardgas (methaan) om 5 liter water gedurende 15 minuten te koken, om eventuele bacteriën te doden.
Daarbij gebruikte ze 5 gram gas.
Bereken de massa, in grammen, van het benodigde zuurstof voor dit hele proces.

Opdracht 19
Om 1,3 mol aardgas te verbranden, hoeveel mol zuurstof zijn daarvoor nodig? (alles gemeten bij gelijke temperatuur en druk).

Opdracht 20
Bereken de hoeveelheid ammoniak en zuurstof (in grammen) die nodig zijn om 3,00 g NO te maken. Een bijproduct is water.

Opdracht 21
Geconcentreerd zwavelzuur bevat 96% puur H2SO4. De resterende 4% is water.
Bereken het aantal mol H2SO4 in één liter geconcentreerd zwavelzuur, als je weet dat de dichtheid daarvan 1,84 g/cm3 is.

Opdracht 22
3 mol chloor en 150 gram ijzer reageren met elkaar en vormen ijzer(III)chloride.
Welke stof is de beperkende stof (gaat helemaal op?): chloor of ijzer?
Kies antwoord 07-22

Opdracht 23
Stikstof en Waterstof reageren in een directe reactie met elkaar en vormen het product ammoniak, in een industriele reactor met katalysator.
Er vormen zich 1000 gram product (ammoniak) met een rendement van 97,8%
De molecuulmassa van ammoniak = 17,0
Hoeveel mol reagens zijn nodig.

Kies antwoord 07-23





terug naar start