Oefeningen chemische reactie en stoichiometrie

Wanneer in onderstaande oefeningen een reactievergelijking gegeven wordt, controleer dan steeds eerst de stoichiometrische coëfficiënten.
Zoek de juiste coëfficiënten voor de volgende reacties:

Bij de eerste drie oefeningen voorzien we een hint om je te helpen de atoombalans via eenvoudig redeneren te bepalen. Bij de latere oefeningen geven we de wiskundige uitwerking met de methode van Bottomley.

Je begint best met . Dit komt zowel bij de reagentia als bij de producten maar één keer voor en het heeft een hogere index dan .

(a)
We beginnen best met het balanceren van . Dit komt zowel bij de reagentia als bij de producten maar één keer voor en het heeft een hogere index dan .
(b)
Enkel voor deze atoomsoort balanceren levert:
(c)
We balanceren als volgt zodat er aan beide zijden 12 van deze atomen aanwezig zijn en vinden:
(d)
We controleren tot slot nog de -balans en kijken na dat alle coëfficiënten gehele getallen zijn. Dit is hier in orde.

Veronderstel 1 deeltje , dan verkrijg je in het rechterlid van de reactievergelijking een oneven aantal -atomen. Dit lukt met gehele coëfficienten in het linkerlid niet. De coëfficiënt bij is dus minstens 2.

Balanceer eerst. De verhouding tussen en is snel te bepalen. De resterende coëfficiënten zijn dan makkelijk te vinden.

We zouden hier graag de methode van Bottomley gebruiken. Dit kan indien het aantal coëfficiënten ten hoogste één meer is dan het aantal te balanceren atoomsoorten. In deze reactie zijn er 4 coëfficiënten en 3 atoomsoorten en kunnen we deze methode dus zeker gebruiken.

Schrijf de reactie als:

en maak vervolgens de atoombalans op:

Stel nu bijvoorbeeld . Dan vind je . We bekomen gehele coëfficiënten door alle getallen te vermenigvuldigen met , zodat

De correcte reactievergelijking is dus

We gebruiken de methode van Bottomley. (5 coëfficiënten, 4 atoomsoorten: OK )
Schrijf de reactie als:

Maak de atoombalans op voor elk element:

Stel opnieuw bijvoorbeeld . Dan vinden we . Vermenigvuldigen we met 4 om gehele coëfficiënten te bekomen, dan vinden we

De correcte reactievergelijking wordt dus

We gebruiken de methode van Bottomley. (5 coëfficiënten, 4 atoomsoorten: OK )
Schrijf de reactie als:

Maak de atoombalans voor elk element:

Stel bijvoorbeeld , dan vinden we . Vermenigvuldigen we met 2 om gehele coëfficiënten te bekomen, dan vinden we

De correcte reactievergelijking wordt dus

We gebruiken de methode van Bottomley. (4 coëfficiënten, 4 atoomsoorten: OK )
Schrijf de reactie als:

Maak de atoombalans voor elk element:

Stel bijvoorbeeld , dan vinden we door het stelsel op te lossen. Vermenigvuldigen we elke coëfficiënt met 4, dan vinden we gehele coëfficiënten namelijk

De correcte reactievergelijking wordt dus
Hoeveel millimol permanganaat-ionen reageren met -ionen in onderstaande reactie?

Er reageert permanganaat.

Wegens de verhouding van de stoichiometrische coëfficiënten, vinden we

en dus is

Merk op dat de eenheid ‘mol’ net als andere eenheden een prefix (hier: milli-) kan krijgen wanneer we over zeer grote of zeer kleine hoeveelheden willen spreken.

Ammoniak wordt bereid volgens onderstaande reactie:
Hoeveel mol kan er gevormd worden met ?

Er kan gevormd worden.

Wegens de verhouding van de stoichiometrische coëfficiënten, vinden we

zodat we kunnen berekenen dat
Bereken de massa ammoniak die er gevormd kan worden met .

Er zal gram ammoniak gevormd worden.

We zetten eerst de gegeven massa om naar een hoeveelheid mol, via de formule :

Het aantal mol aan is dan Hiermee kunnen we de massa berekenen:
Bij de verbranding van fosfor (P) ontstaat er gram difosforpentaoxide ().
Vul de correcte coëfficiënten in deze reactievergelijking in.

Hoeveel liter zuurstofgas wordt hiervoor verbruikt bij en ?

Er wordt liter zuurstofgas verbruikt.

(a)
De gebalanceerde reactievergelijking stelden we hierboven al op.
(b)
We berekenen eerst hoeveel mol gevormd werd.
(c)
Uit de reactiecoëffiënten leiden we af dat er zuurstofgas verbruikt werd.
(d)
Uit de molhoeveelheid van dit reagens kunnen we het gevraagde volume berekenen. Bij deze omstandigheden is het volume van 1 mol zuurstofgas:
Bij een temperatuur van en een druk van atmosfeer wil men dizuurstofgas bereiden door ontleding van kwik(II)oxide. Hoeveel gram kwik(II)oxide is hiervoor nodig? De reactie is

Er is gram kwikoxide nodig.

Denk aan de algemene werkwijze van stoichiometrische berekeningen.

We volgen de algemene werkwijze van stoichiometrische berekeningen.

1. Stel de correcte reactievergelijking op:

2. Herleid de gegevens nu naar molhoeveelheden. We maken hiervoor gebruik van de ideale gaswet:

3. Er is geen reagens in overmaat aanwezig aangezien er maar één stof reageert.

4. We leiden het aantal mol van de gevraagde stof af. Aangezien

vinden we dat 5. We herleiden de molhoeveelheden van de gevraagde stof naar de gevraagde grootheid.
De airbag vinden we vandaag de dag in nagenoeg alle auto’s terug en moet, tijdens een botsing, de kans op lichamelijke letsels van de inzittenden, tot een minimum herleiden. Wanneer een auto botst, wordt de airbag gevuld met -gas dat ontstaat uit de ontbinding van (natriumazide) volgens de reactie: Om de bestuurder van een voertuig voldoende efficiënt te beschermen moet de airbag in een fractie van een seconde een volume bezitten van minimum 35 liter. Hoeveel gram moet er dan minstens aanwezig zijn om een volume van -gas te verzekeren bij een temperatuur van en een druk van 1 atmosfeer?

Er moet minstens gram aanwezig zijn.

We volgen de algemene werkwijze voor stoichiometrische berekeningen.

1. De correcte reactievergelijking is hierboven gegeven: de stoichiometrische coëfficiënten moeten niet aangepast worden.

2. We zetten de gegevens om naar molhoeveelheden. Aangezien een gas is, maken we gebruik van de ideale gaswet:

3. Er is geen beperkend reagens in deze situatie aangezien er maar één reagens deelneemt aan de reactie.

4. We leiden het aantal mol van de gevraagde stof af. Uit de stoichiometrische coëfficiënten leiden we af dat

zodat we berekenen dat

5. We herleiden tenslotte de molhoeveelheid van de gevraagde stof naar de gevraagde grootheid:

Het gehalte aan ureum () in urine kan bepaald worden op basis van onderstaande reactievergelijking.

Bij en een druk van komt uit een dagelijkse urineafscheiding van een hoeveelheid van liter vrij.
Hieruit kunnen we afleiden dat urine mol/L ureum bevat.

Het aantal mol stikstofgas in een volume van 10 liter berekenen we aan de hand van de ideale gaswet.

Uit de gebalanceerde reactievergelijking weten we dat er voor elk deeltje stikstofgas origineel ook één deeltje ureum aanwezig was. De originele concentratie ureum was dus:

Men voegt een overmaat zwavelzuur toe aan natriumsulfiet. Bereken hoeveel liter zwaveldioxide ontstaat, als gegeven is dat bij de reactie-omstandigheden de dichtheid van zwaveldioxide is. De reactie is

Er ontstaat liter zwaveldioxide.

1. De coëfficienten in de reactievergelijking hierboven zijn toevallig allemaal gelijk aan 1. De reactievergelijking was al gebalanceerd.

2. We bepalen eerst het aantal mol natriumsulfiet uit de gegeven massa en de molaire massa van deze stof.

en dus

3. is het beperkend reagens aangezien vermeld werd in de opgave dat zwavelzuur in overmaat is toegevoegd.

4. We leiden het aantal mol af van de gevraagde stof. Alle stoichiometrische coëfficiënten hebben waarde 1, dus vinden we meteen

5. We herleiden de molhoeveelheid van de gevraagde stof naar de gevraagde grootheid. We berekenen eerst de massa:

Uit de gegeven dichtheid en de massa van deze stof kunnen we nu het volume berekenen.
Chloorgas kan bereid worden door reactie van waterstofchloride met bruinsteen: Hoeveel liter chloorgas kan men op die manier bij en bereiden uit bruinsteenerts dat slechts bevat?

Er wordt chloorgas gevormd onder deze omstandigheden.

De gegeven reactievergelijking is reeds correct wat betreft stoichiometrische coëfficiënten. Uit de definitie van massaprocent halen we dat (waarbij staat voor een bepaalde stof)

Voor , dit geeft Hieruit berekenen we dan het aantal mol: We leiden hier dan het aantal mol van de gevraagde stof uit af. Aangezien de stoichiometrische coëfficiënten van en gelijk zijn, vinden we We zetten tenslotte de molhoeveelheid van de gevraagde stof om naar het gevraagde volume:
Men laat onzuiver zink reageren met een overmaat verdunde -oplossing. Hierbij ontstaat -gas bij een druk van en . Bereken het zuiverheidsgehalte (in ) van het stuk zink (in de veronderstelling dat de onzuiverheden niet reageren met ). De reactie is

Het zuiverheidsgehalte is %.

De gebalanceerde reactievergelijking is

We zetten de gegevens om naar molhoeveelheden via de ideale gaswet: We leiden het aantal mol af van de gevraagde stof. Aangezien de stoichiometrische coëfficiënten van en gelijk zijn, vinden we We zetten deze molhoeveelheid om naar een massa: Hiermee berekenen we dan het massaprocentueel gehalte:
wordt gesynthetiseerd volgens onderstaande reactie:

Wat is in deze reactie het beperkend reagens indien vertrokken wordt van , en ?

We kunnen in dit geval de methode van Bottomley gebruiken.

Als we de atoombalans opmaken, vinden we volgend stelsel:

Al-balans:
O-balans:
C-balans:
Cl-balans:

Stellen we bijvoorbeeld , dan vinden we de stoichiometrische coëfficiënten

De reactievergelijking wordt dus We bepalen nu de molhoeveelheden aan de hand van de gegeven massa’s en de molaire massa van de reagentia:

We kunnen het beperkend reagens bepalen door het aantal mol van elk reagens te delen door de stoichiometrische coëfficiënt.

We bekomen de laagste waarde voor . Deze stof zal dus eerst opgebruikt worden en het beperkend reagens voor deze reactie zijn.

Met behulp van een schema kunnen we dit controleren.

Voor reactie:
Omzetting:
Na reactie:
Men laat gram diwaterstof reageren met gram dizuurstof in een volledig aflopende reactie ter vorming van water.
Schrijf de reactievergelijking die bij deze reactie hoort.

Tijdens deze reactie reageert er gram zuurstofgas weg.

De reactievergelijking schrijft voor dat er twee deeltjes waterstofgas reageren met elk deeltje zuurstofgas. Als we uitrekenen hoeveel mol er van deze gassen aanwezig is dan vinden we dat:

Er is dus een grote overmaat waterstofgas aanwezig. De volledige aan zuurstofgas zal wegreageren.

Tijdens deze reactie kan maximaal gram water gevormd worden.

In de vorige deelvraag bepaalden we dat er van het beperkende reagens zuurstofgas reageerde. Uit de stoichiometrische coëfficiënten kunnen we afleiden dat er dubbel zoveel deeltjes water gevormd worden. De massa van het gevormde water is:

Veronderstel volgende reactie:
Hoeveel gram -gas ontstaat er bij de reactie van met bij en een druk van ?

Er ontstaat gram koolstofdioxide.

Voor de eerste deelvraag volgen we de algemene werkwijze van stoichiometrische berekeningen.

1. Balanceer de reactievergelijking correct:

2. We herleiden de gegevens naar de gevraagde molhoeveelheden:

Hieruit berekenen we dan dat

3. Het beperkend reagens bepalen we door het aantal mol van elk reagens te delen door de stoichiometrische coëfficiënten.

We bekomen de laagste waarde voor . Dit is het beperkend reagens en kan volledig wegreageren.

Samengevat in een schema, wordt dit:

Voor reactie:
Omzetting:
Na reactie:

Er blijft dus een kleine hoeveelheid over. Voor deze deeltjes is er geen reactiepartner meer beschikbaar.

4. We leiden het aantal mol van de gevraagde stof af: aangezien

vonden we dat

5. Tenslotte herleiden we deze molhoeveelheid naar de gevraagde grootheid:

Met hoeveel liter komt dit overeen?

Dit komt overeen met liter koolstofdioxide-gas.

is een gas en dus maken we gebruik van de ideale gaswet:

Tijdens deze reactie is het reagens in overmaat is


Hiervan blijft er gram over na de reactie.

Voor de derde deelvraag, merken we op dat in overmaat aanwezig is. De tabel bij de eerste deelvraag geeft weer hoeveel mol overblijft na de reactie. Dit kunnen we omzetten naar een massa

Men laat aluminiummetaal reageren met -gas volgens de reactie Duid alle correcte stellingen over deze reactie aan.

We stellen de correcte reactievergelijking op, en berekenen daarmee de omzettingen (in mol) van iedere stof:

Voor reactie:
Omzetting:
Na reactie:

Merk op dat het beperkend of limiterend reagens hier is, aangezien de verhouding van aantal mol tegenover stoichiometrische coëfficiënt het kleinste is:

(a)
Deze uitspraak is juist, zoals de bovenstaande tabel aantoont.
(b)
Deze uitspraak is fout: er blijft over.
(c)
Er blijft aan over. Dit zetten we om naar een massa: Deze uitspraak is dus juist.
(d)
Als we drie mol aan toevoegen, dan wordt de tabel:
Voor reactie:
Omzetting:
Na reactie:

Deze uitspraak is dus niet correct. Merk op dat in deze situatie er evenveel mol aan en aanwezig is, maar er reageert meer weg door de grotere stoichiometrische coëfficiënt.

De reagentia en reageren tot het reactieproduct . Welke van de volgende mengsels van reagentia is een stoichiometrisch mengsel?

Stel eerst de reactievergelijking op met correcte stoichiometrische coëfficiënten.

We stellen eerst de reactievergelijking op met correcte stoichiometrische coëfficiënten.

We zien nu dat van het reagens tweemaal zo veel wegreageert als van . Dit impliceert dat een stoichiometrisch mengsel nood heeft aan de molverhouding

Dit vinden we enkel terug bij optie C.
In het schema hieronder tonen we nog even aan dat bij deze beginhoeveelheden alle reagentia inderdaad volledig wegreageren.

Voor reactie:
Omzetting:
Na reactie:
2024-07-16 11:37:52