Welkom bij de e-klas Survival in de Afrikaanse bush!
In deze e-klas wordt in principe alles behandeld wat een leerling in 5 VWO over redoxreacties moet weten. Je leert zelf redoxreacties opstellen, maar je maakt ook kennis met de werking van elektrochemische cellen. Alleen het onderwerp redoxtitraties wordt niet behandeld. Al die kennis over redoxreacties heb je nodig om te kunnen overleven in de Afrikaanse bush. Samen met een aantal anderen heb je een vliegtuigcrash overleefd. Het vliegtuig is midden in de wildernis neergestort. Je staat dus meteen voor de uitdaging om jezelf en je medepassagiers in veiligheid te brengen. Redoxreacties gaan je daar bij helpen.
Studiewijzer
De e-klas Survival in de Afrikaanse bush is opgesplitst in zeven hoofdstukken. Op de volgende pagina van de studiewijzer wordt per hoofdstuk aangegeven wat de leerdoelen zijn en welke voorkennis je nodig hebt.
Ieder hoofdstuk is ongeveer op dezelfde manier opgebouwd. Je begint met een inleiding en een opdracht: de Survival Challenge Intro. Vervolgens maak je kennis met een nieuw stuk theorie en oefen je daarmee. Daarna is er een practicum dat je zelf uitvoert of een demonstratiepracticum. In de volgende paragraaf wordt nog wat dieper ingegaan op de theorie en ga je aan de slag met verwerkingsvragen. Tenslotte is er een diagnostische toets en een afsluitende opdracht (de Survival Challenge). Verderop in deze studiewijzer leer je hier meer over (zie: planning).
In principe werk je de e-klas zelfstandig door. Wel zijn er drie hoorcolleges gepland. Tijdens deze hoorcolleges kun je vragen stellen aan je docent. Bedenk dus steeds van tevoren wat je precies niet snapt. De e-klas wordt afgesloten met een eindtoets (zie: beoordeling).
Leerdoelen
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 1
Voordat je aan hoofdstuk 1 begint kun je:
in het periodiek systeem metalen, niet-metalen, alkalimetalen, halogenen en edelgassen aanwijzen,
vier fundamentele verschillen noemen tussen metalen en niet-metalen,
oplosvergelijkingen van zouten opschrijven.
Na hoofdstuk 1 kun je:
eenvoudige reacties met metalen opstellen,
uitleggen tussen welke deeltjes elektronen uitgewisseld worden bij reacties met metalen en met metaalionen.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 2
Voordat je aan hoofdstuk 2 begint kun je:
de opbouw van zouten uit ionen beschrijven,
reactievergelijkingen opstellen van de vorming van zouten uit elementaire stoffen.
Na hoofdstuk 2 kun je:
uitleggen wat een oxidator is,
uitleggen wat een reductor is,
met behulp van Binas de sterkte van oxidatoren en reductoren aangeven,
uit experimentele gegevens de sterkte van oxidatoren en reductoren afleiden,
met behulp van halfreacties totaalreacties opstellen,
uit een totaalreactie de halfreacties afleiden.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 3
Voordat je aan hoofdstuk 3 begint kun je:
uit tabel 65 van Binas de kleuren van diverse oplossingen en vaste stoffen afleiden.
Na hoofdstuk 3 kun je:
voorspellen welke waarnemingen je kunt doen bij het uitvoeren van redoxreacties, met betrekking tot de kleur van het reactiemengsel (aan de hand van tabel 48 en 65B van Binas),
voorspellen of een redoxreactie wel of niet zal verlopen, en of er wel of niet een evenwichtsreactie zal ontstaan,
aan de hand van Binas het verschil in reactiviteit aangeven tussen verdund en geconcentreerd salpeterzuur.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 4 Voordat je aan hoofdstuk 4 begint kun je:
uitleggen dat metaalertsen en -oxiden zouten zijn, en dus als ontleedbare stoffen in de natuur gevonden worden.
Na hoofdstuk 4 kun je:
uitleggen onder welke omstandigheden corrosie optreedt en de reactievergelijking geven van het roesten van ijzer,
aangeven op welke manieren metalen beschermd kunnen worden tegen corrosie,
aangeven wat een opofferingsmetaal is en uitleggen hoe dat beschermt tegen corrosie,
aangeven hoe in een hoogoven uit ijzererts ijzer wordt geproduceerd,
aangeven hoe aluminium gewonnen en geproduceerd wordt,
uitleggen waarom sommige metalen zoals aluminium niet beschermd hoeven worden tegen corrosie.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 5
Voordat je aan hoofdstuk 5 begint kun je:
formules en namen van eenvoudige organische verbindingen geven (zoals simpele alcoholen en zuren).
Na hoofdstuk 5 kun je:
uitleggen welke organische verbindingen als reductor en/of als oxidator kunnen optreden,
halfreacties opstellen en/of toepassen in het opstellen van reactievergelijkingen van reacties met alcoholen, met methaanzuur en met oxaalzuur,
zelf halfreacties opstellen van redoxreacties in een zuur of in een neutraal milieu.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 6
Voordat je aan hoofdstuk 6 begint kun je:
uitleggen dat stroomgeleiding in een oplossing door middel van vrije ionen plaatsvindt,
uitleggen dat stroomgeleiding in een metaaldraad door middel van vrije elektronen plaatsvindt,
basale redoxreacties opstellen en kloppend maken.
Na hoofdstuk 6 kun je:
een elektrochemische cel schematisch weergeven in een tekening,
de begrippen halfcel, zoutbrug, elektrolyt en stroomkring gebruiken en uitleggen,
de reactievergelijkingen die aan de elektroden plaatsvinden opstellen, en aangeven welke de positieve elektrode is en welke de negatieve,
de massaveranderingen van de elektroden berekenen,
aangeven wat een onaantastbare elektrode is,
berekeningen uitvoeren met behulp van de wet van Faraday,
voorbeelden geven van diverse elektrochemische cellen, en uitleggen hoe een Galvanische cel, de loodaccu en een brandstofcel werken.
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 7
Voordat je aan hoofdstuk 7 begint kun je:
uitleggen wat een elektrode is,
uitleggen dat een stroombron gezien kan worden als een elektronenpomp.
Na hoofdstuk 7 kun je:
een schematische tekening maken van een elektrolyseopstelling,
bij een elektrolyseopstelling aangeven wat de oxidator is en wat de reductor,
bij een elektrolyseopstelling aangeven welke de positieve elektrode is en welke de negatieve,
aangeven hoe metalen elektrolytisch uit een oplossing gewonnen kunnen worden,
aangeven hoe onedele metalen door middel van elektrolyse gewonnen kunnen worden,
berekeningen uitvoeren aan elektrolyseopstellingen aan de hand van de wet van Faraday.
aangeven dat bij elektrolyse chloride-ionen eerder dan watermoleculen reageren aan de positieve elektrode.
Planning
Opbouw hoofdstuk
Deze e-klas bestaat uit zeven hoofdstukken. Ieder hoofdstuk is ongeveer op dezelfde manier opgebouwd:
Survival Challenge Intro. Er wordt een korte introductie gegeven van de opdracht die aan het einde moet worden opgelost.
Theorie. Deze paragraaf behandelt de basiskennis van het hoofdstuk.
Oefenen. Deze paragraaf bevat opgaven en ander oefenmateriaal bij de basiskennis. De opgaven variëren van makkelijk tot moeilijk. Let op: als je dingen moeilijk vindt, roep dan de hulp van de PAL in en/of noteer je vragen voor het komende hoorcollege.
Experimenteren. Deze paragraaf bevat steeds de practica bij de te behandelen stof. Practica spelen een belangrijke rol in de e-klas. Sommige demonstratiepractica kunnen eventueel ook tijdens één van de hoorcolleges worden uitgevoerd.
Verwerking. Deze paragraaf bevat meer uitgebreide informatie. Ook hier komen opgaven aan bod. Deze zijn in deze paragraaf vaak meer diepgaand. Ook komen hier soms examenvragen aan bod.
Diagnostische toets. Deze toets wordt automatisch nagekeken. De resultaten zijn in te zien via Sakai. Let op: onthoud de moeilijke vragen voor het hoorcollege.
Survival Challenge. Deze paragraaf bevat de Survival Challenge.
Practica
In de e-klas komen de volgende practica aan bod:
etsen van zink / verbranden van magnesium
redoxreacties met enkelvoudige deeltjes
redoxreacties met samengestelde deeltjes (halfreacties)
Er zijn drie hoorcolleges ingepland. Het is de bedoeling dat je als leerling via het Forum in Sakai vragen aanlevert voor het hoorcollege. Zo weet je docent welke onderwerpen uitgelegd moeten worden. Buiten deze hoorcolleges probeer je inhoudelijke vragen zo veel mogelijk aan de PAL te stellen.
Lessentabel
In de tabel hieronder wordt per paragraaf aangegeven welke onderwerpen aan bod komen wordt een schatting gemaakt van het aantal studielastuur (slu) dat je daarmee kwijt bent.
week
par.
onderwerp
begrippen
tijdsduur (slu)
01
--
uitleg werkwijze en installatie van de e-learning module
1
1.2
herhaling en uitleg van de bekend veronderstelde 4vwo stof
metalen / niet-metalen
1
1.3
oefenen met de herhaalde stof / reacties met metalen
reacties met metalen
0,5
1.4
practicum
etsen en verbranden van metalen
1
1.5
“verandering” van een metaal in een metaalion
redoxreactie
1
1.6
diagnostische toets
-
0,6
1.7
Survival Challenge
-
0,2
02
1.8
hoorcollege 1
(bereid vragen voor via het forum)
1,6
2.1 & 2.2
redoxreacties splitsen in halfreacties
halfreactie, reductor, oxidator
1
2.3
Redox Attack
(spel over reductoren en oxidatoren)
-
0,5
2.4
practicum
sterke/zwakkere reductoren
1
2.5
totaalreacties opstellen
totaalreacties
elektronenverhouding
1
2.6
diagnostische toets
-
0,6
2.7
Survival Challenge
-
0,2
03
3.1 & 3.2
limieten aan redoxreacties en evenwichtsreacties
elektrodepotentiaal
evenwichtsreacties
1
3.3
oefenen met opstellen van totaalreacties en bepalen of een reactie al dan niet verloopt
oefenen met reacties met zuurstof en corrosiebescherming.
zeer onedele metalen
0,5
4.4
practicum over corrosie (bescherming)
-
1
4.5
praktische toepassingen van redoxreacties.
hoogovens
goudwinning
0,5
4.6
diagnostische toets
-
0,6
4.7
Survival Challenge
-
0,2
05
5.1 & 5.2
organische reductoren
organische reductoren
ethanol - ethanal
0,5
5.3
oefenen met alcoholen als reductor en een begin met zelf halfreacties opstellen
halfreacties opstellen
0,5
5.4
practicum zilverspiegel
zilverspiegel
1
5.5
zelf halfreacties opstellen
neutraal, zuur en basisch milieu
0,5
5.6
diagnostische toets
-
0,6
5.7
Survival Challenge
-
0,2
06
inhaal - uitloop les
voortgang afstemmen met PAL of docent
6.1 & 6.2
elektrochemische cel
galvanische cel
zoutbrug
anode kathode
0,5
6.3
oefenen met elektrochemische cellen
Weston-element
0,6
6.4
practicum
Daniell-cel
eigen onderzoek
3
6.5
nieuwe elektrochemische cellen
brandstofcel
Li-ion batterij
0,5
6.6
diagnostische toets
-
0,6
6.7
Survival Challenge
-
0,2
07
6.8
hoorcollege 3
(bereid vragen voor via het forum)
1,6
7.1 & 7.2
elektrolyse
“omgekeerde” redox
chloor als uitzondering
0,5
7.3
oefenen met elektrolyse
beschermende laag
0,5
7.4
practicum onedele metalen maken
-
1
08
7.5
oefenen met elektrolyse
0,5
7.6
diagnostische toets
0,6
7.7
Survival Challenge
0,2
09
leren en maken eindtoets
4
totaal
40
Beoordeling
Aan het eind van de e-klas maak je een eindtoets. Op basis van deze toets word je beoordeeld.
Inleiding
Inleiding
I shouldn't be alive...
Deze e-klas gaat over redoxreacties. Alle kennis over redoxreacties die je opdoet heb je nodig om te kunnen overleven in de Afrikaanse bush. Samen met een aantal anderen heb je een vliegtuigcrash overleefd. Het vliegtuig is midden in de wildernis neergestort. Je staat dus meteen voor de uitdaging om jezelf en je medepassagiers in veiligheid te brengen. De Survival Challenges in deze e-klas zijn gebaseerd op een waargebeurd verhaal uit de National Geographic serie "I shouldn't be alive". Je kunt via YouTube de aflevering zelf bekijken. De trailer van de aflevering kun je hieronder zien.
De eerste uitdaging...
Bekijk het filmpje hieronder als startpunt van de Survival Challenges. In het eerste filmpje zit nog geen scheikunde verwerkt, in de volgende filmpjes zal dat uiteraard wel het geval zijn.
H1 Reacties met metalen
1 Reacties met metalen
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 1
Voordat je aan hoofdstuk 1 begint kun je:
in het periodiek systeem metalen, niet-metalen, alkalimetalen, halogenen en edelgassen aanwijzen,
vier fundamentele verschillen noemen tussen metalen en niet-metalen,
oplosvergelijkingen van zouten opschrijven.
Na hoofdstuk 1 kun je:
eenvoudige reacties met metalen opstellen,
uitleggen tussen welke deeltjes elektronen uitgewisseld worden bij reacties met metalen en met metaalionen.
1.1 Survival Challenge Intro
Het verzorgen van de wonden
Je bent met een vliegtuig neergestort in de Afrikaanse bush. De piloot, jij en je reisgenoot hebben het overleefd, maar de situatie ziet er niet goed uit. De piloot raakt steeds buiten bewustzijn. Jij en je reisgenoot zijn allebei gewond, maar de verwondingen zijn gelukkig niet direct levensbedreigend. In de wijde omtrek is geen spoor van beschaving te bekennen. Je hebt het vermoeden dat je midden in een gebied zit waar leeuwen voorkomen. Kortom, allerlei gevaren bedreigen je overlevingskansen.
Om de wonden van jou en de anderen te verzorgen heb je de verbandtrommel nodig. De verbandtrommel zit in een bagagevak dat door de brand niet erg is aangetast. Maar een ongeluk komt zelden alleen. Het luik van het vak zit op slot en je kan met geen mogelijkheid de sleutel vinden. Ook met een mes lukt het niet om het luik open te forceren.
In dit hoofdstuk maak je kennis met eigenschappen van metalen en met een aantal reacties die je gemakkelijk met metalen kunt doen. Met de kennis die je opdoet kun je aan het eind van dit hoofdstuk de eerste Survival Challenge oplossen. Lukt het jou om bij de verbandtrommel te komen?
We beginnen met de vraag: wat is metaal ook alweer? Metalen worden al honderden jaren voor allerlei toepassingen gebruikt en zijn inmiddels niet meer weg te denken uit het dagelijks leven. In de natuur vinden we vrijwel geen zuivere metalen. We vinden ze meestal als ertsen. IJzer wordt gewonnen uit ijzererts. De atoomsoort ijzer zit wel in ijzererts, maar de eigenschappen van de stof ijzeroxide (een belangrijke component van ijzererts) zijn compleet anders dan de eigenschappen van het zogenaamd metallisch ijzer. Als we ijzer willen winnen, moeten we dus van het ijzererts eerst metallisch ijzer maken. En andersom geldt dat metallisch ijzer vanzelf weer gewoon roest (en dus eigenlijk weer ijzererts wordt) als je maar lang genoeg wacht.
In de derde klas heb je al het een en ander over metalen en hun eigenschappen geleerd. Laten we even kijken wat je er nog van weet.
Het periodiek systeem
Hieronder zie je het periodiek systeem der elementen. Als je op de afbeelding klikt wordt in een nieuw scherm een interactief periodiek systeem geopend. Dit periodiek systeem geeft veel informatie over de eigenschappen van de diverse atoomsoorten. Het is erg nuttig om er weer eens even goed naar te kijken. Daarna kun je je kennis van het periodiek systeem toetsen aan de hand van een aantal vragen.
Bestudeer de website over het periodiek systeem (klik op het bovenstaande plaatje), en geef aan of de onderstaande beweringen WAAR zijn of NIET-WAAR.
Stroomgeleiding
We gaan er van uit dat je de volgende begrippen nu (weer) kent: metalen, niet-metalen, overgangsmetalen, metalloïden, alkalimetalen en halogenen. Je moet deze groepen ook kunnen aanwijzen in het periodiek systeem. In paragraaf 1.3 oefen je daar nog wat meer mee. We gaan nu wat dieper in op de bijzondere eigenschappen van metalen: metalen zijn buigzaam, hebben meestal een vrij hoog smeltpunt (behalve kwik) en geleiden allemaal stroom, zowel in vloeibare als in vaste toestand.
Je kunt metalen indelen in edele en niet-edele metalen. Het verschil zit hem in de reactiviteit met andere stoffen, en dan voornamelijk met water en zuurstof. Edele metalen oxideren ("roesten") niet tot nauwelijks, terwijl zeer onedele metalen in paraffineolie bewaard moeten worden omdat ze anders reageren met de zuurstof uit de lucht. De reactiviteit van de meeste metalen zitten hier ergens tussenin.
Natrium is zo'n metaal dat bewaard moet worden onder paraffineolie. In het volgende filmpje zie je wat er gebeurt als je natrium met water mengt.
Korte vraag
De reactie tussen natrium en water kun je vergelijken met het roesten van ijzer. Alleen reageert ijzer (gelukkig) een stuk langzamer. Wanneer we kijken naar de metalen die zeer makkelijk reageren zijn dat voornamelijk: lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium en fransium. Zoals te zien in dit filmpje reageren deze metalen zeer heftig met water.
Als metalen reageren ontstaan er zouten. Een metaalatoom en een metaalion lijken hetzelfde, maar ze gedragen zich heel verschillend. In het volgende hoofdstuk gaan we verder in op het omzetten van metalen in metaalionen. We kijken dan onder andere naar het ontstaan van zouten uit metalen.
1.3 Oefenen
Metaal, niet-metaal, of...
Metaal, niet-metaal, of... (vervolg)
Metalen in levende wezens
Reactievergelijkingen oefenen
Reactievergelijkingen oefenen (vervolg)
1.4 Experimenteel
Je gaat een practicum uitvoeren. Elk hoofdstuk heeft een aantal practica. Overleg met je docent of de PAL welke practica je zelf kunt uitvoeren en welke practica klassikaal gedaan worden. Sommige practica worden als demo uitgevoerd. Je gaat een aantal reacties met metalen zelf uitvoeren en nader bekijken.
Practicum: etsen van zink
Metalen hebben veel eigenschappen gemeen, maar kunnen op verschillende manieren reageren. Sommige metalen kunnen bijvoorbeeld reageren met zoutzuur, andere niet. In dit practicum gaan we kijken hoe zink reageert met zoutzuur. Je kunt in dit practicum iets etsen (tekenen) in zink. Dat kan je naam zijn of iets anders wat je leuk vindt.
Het volledig practicumvoorschrift is hier te vinden. Maak aan het eind van dit practicum een foto van je ets en plaats deze op het forum.
Wat gebeurt er bij etsen?
Reactie van zink met zoutzuur
Verbranden van magnesium
In dit practicum gaan we magnesium verbranden. Het lijkt op het eerste gezicht vreemd om een metaal te verbranden, maar we gaan het in ieder geval proberen.
Een metaal is een deeltje dat de eigenschap heeft dat het liever elektronen afstaat dan opneemt. Een niet-metaal atoom wil in principe juist wél graag elektronen opnemen.
Metaalatomen worden, als ze reageren, dus vrijwel altijd positiever geladen.Uit neutrale metaalatomen ontstaan dan bijvoorbeeld positief geladen metaalionen
Niet-metalen worden in principe altijd negatiever geladen. Als een niet-metaal neutraal was ontstaat bijvoorbeeld een negatief geladen ion.
Wanneer een metaal en een niet-metaal samen reageren ontstaan dus zouten. Het metaal staat dan zijn elektronen af aan een niet-metaal. Beide atomen waren ongeladen vóór de reactie, maar zijn na de reactie ionen geworden.
Reacties waarbij elektronen van de ene stof worden overgedragen aan de andere stof noem je redoxreacties. Kijk maar eens naar het volgende filmpje over de reactie van zink met zuurstof en beantwoord daarna de vragen.
Redoxreacties
Als een metaal een metaalion wordt, worden er elektronen overgedragen door het metaal. Bekijk het onderstaande filmpje over de reactie van zink met zuurstof.
Zink en zuurstof
1.6 Diganostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek het resultaat met de PAL.
1.7 Survival Challenge
1.8 Hoorcollege 1
Hoorcollege 1
Bereid dit hoorcollege goed voor door van tevoren je vragen in het forum te plaatsen. Je docent weet dan welke vragen er spelen. Probeer er voor te zorgen dat er geen dubbele vragen in het forum komen te staan. Wanneer je een vraag hebt die al is gesteld, zet er dan bij dat jij die vraag ook hebt. Plaats voor dit hoorcollege ook een foto van je ets in het forum.
H2 Halfreacties
2 Halfreacties
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 2
Voordat je aan hoofdstuk 2 begint kun je:
de opbouw van zouten uit ionen beschrijven,
reactievergelijkingen opstellen van de vorming van zouten uit elementaire stoffen.
Na hoofdstuk 2 kun je:
uitleggen wat een oxidator is,
uitleggen wat een reductor is,
met behulp van Binas de sterkte van oxidatoren en reductoren aangeven,
uit experimentele gegevens de sterkte van oxidatoren en reductoren afleiden,
met behulp van halfreacties totaalreacties opstellen,
uit een totaalreactie de halfreacties afleiden.
2.1 Survival Challenge Intro
Vuur tegen de leeuwen
Je hebt de verbanddoos te pakken gekregen. Het is een grote oude EHBO doos met veel verband, dat waarschijnlijk niet meer steriel is, en allerlei flesjes en pillen. De wonden kunnen in ieder geval ontsmet worden, maar nu beginnen de problemen pas!
Je bevindt je in leeuwengebied, en langzaamaan komt de zon al wat lager aan de hemel te staan. Hyena's, leeuwen en andere wilde dieren vormen vooral 's nachts een enorme bedreiging. Met bloedende wonden is de kans op overleven vrijwel nihil als er 's nachts geen vuur brandt. Er is genoeg droog materiaal, maar het vliegtuig was binnen een minuut na de crash alweer uitgebrand. Nu heb je spijt dat je niet snel een vuur hebt gemaakt.
Met redoxreacties zijn er veel verschillende manieren om spontaan vuur te maken, maar je zit natuurlijk in de Afrikaanse Bush en niet in een laboratorium. Je gaat in dit hoofdstuk leren om redoxreacties op te stellen en te bepalen of stoffen samen goed reageren of niet. Kun je met je kennis en de materialen die je na de vliegtuigcrash tot je beschikking hebt op tijd zelf vuur maken?
2.2 Theorie
Redoxreacties nader bekeken
Het etsen van zink en het verbranden van magnesium zijn voorbeelden van redoxreacties.
Redoxreacties kun je beschrijven als de som van twee deelreacties: de halfreacties. We noemen deze reacties halfreacties omdat ze niet afzonderlijk van elkaar kunnen verlopen. Twee halfreacties vormen samen één totaalreactie.
Bekijk de volgende screencast om te zien hoe je kunt zien dat een redoxreactie de som is van twee halfreacties. Maak na het kijken de vragen om te toetsen of je het begrepen hebt.
Vraag bij het filmpje
Reductoren?
Oxidatoren?
2.3 Oefenen
Redox Attack!
Test met het onderstaande spel je kennis over oxidatoren en reductoren. Denk aan de volgende opmerkingen:
Alle ongeladen metaalatomen zijn in principe reductor. Vrijwel alle negatieve ionen zijn ook reductor.
Halogenen (ongeladen) zijn oxidator, want die kunnen negatief geladen ionen worden. Metaalionen zijn in principe ook oxidator, want die kunnen ongeladen deeltjes worden.
2.4 Experimentaal
Practicum: welk metaal is de sterkste reductor?
In het vorige hoofdstuk heb je gezien dat metalen kunnen reageren met niet-metalen. In de vorige paragraaf heb je kunnen zien dat (vaste) metalen meestal elektronen afstaan en dus reductoren zijn. In dit practicum gaan we onderzoeken welke van de metalen koper, zilver, ijzer en zink de sterkste reductor is.
Het voorschrift voor het practicum is hier te vinden.
Reductorsterkte
2.5 Verwerking
Nog eens etsen
We hebben in het vorige hoofdstuk een ets gemaakt van zink. Hierbij reageerde het vaste zink weg en ontstond een tekening in het zink. We gaan de chemische reactie die daarbij optreedt nog eens verder bekijken.
Van halfreacties naar totaalreacties
2.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
2.7 Survival Challenge
H3 Redoxtotaalreacties
3 Redoxtotaalreacties
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 3
Voordat je aan hoofdstuk 3 begint kun je:
uit tabel 65 van Binas de kleuren van diverse oplossingen en vaste stoffen afleiden.
Na hoofdstuk 3 kun je:
voorspellen welke waarnemingen je kunt doen bij het uitvoeren van redoxreacties, met betrekking tot de kleur van het reactiemengsel (aan de hand van tabel 48 en 65B van Binas),
voorspellen of een redoxreactie wel of niet zal verlopen, en of er wel of niet een evenwichtsreactie zal ontstaan,
aan de hand van Binas het verschil in reactiviteit aangeven tussen verdund en geconcentreerd salpeterzuur.
3.1 Survival Challenge Intro
Het maken van jood
Nu we de juiste stoffen voor het maken van vuur kennen, is het zaak om deze te verkrijgen. De jodide-ionen die we als joodtinctuur al in bezit hebben, moeten worden omgezet naar het vaste jood. Jodide-ionen zijn negatief geladen en hebben dus een elektron meer dan het vaste jood. Misschien heb je iets aan je scheikundekennis die je in dit hoofdstuk op gaat doen om tot een oplossing te komen.
3.2 Theorie
Wel of geen reactie
Een sterke reductor en een sterke oxidator reageren zeer heftig met elkaar. Maar niet alle oxidatoren en reductoren reageren ook echt met elkaar. Kijk naar de volgende filmpjes en:
1) bepaal welke metalen wel en welke metalen niet met zoutzuur (H+) reageren, en
2) zoek van elk metaal op welke positie het heeft in Binas-tabel 48 ten opzichte van de positie van H+.
Wat valt je op?
Standaardelektronenpotentiaal
Reactie of evenwicht
Wat bepaalt eigenlijk de sterkte van een oxidator of een reductor onder standaardomstandigheden?
Je hebt gezien dat niet iedere oxidator of reductor even sterk is. Zwakke oxidatoren en reductoren reageren bijna niet, sterke oxidatoren en reductoren kunnen weer heel snel reageren. Je moet het volgende onthouden:
Hoe makkelijker een oxidator elektronen opneemt, hoe sterker de oxidator en hoe hoger de standaardelektronenpotentaal.
Hoe makkelijker een reductor elektronen afstaat hoe sterker de reductor en hoe lager de standaardelektronenpotentiaal.
In Binas-tabel 48 staat een groot aantal oxidatoren ingedeeld naar afnemende oxidatorsterkte. Naast de oxidatoren staan de reductoren. Deze zijn toenemend in sterkte. Linksboven staat de sterkste oxidator (F2) en rechtsonder staat de sterkste reductor (Li).
Redoxkoppels. Wanneer een oxidator een elektron opneemt ontstaat er weer een reductor, en andersom. In een redoxkoppel heeft een sterke oxidator altijd een zwakke 'geconjugeerde' reductor. Een sterke reductor heeft altijd een zwakke 'geconjugeerde' oxidator.
Wanneer verloopt een redoxreactie?
Wanneer we in de vorige filmpjes keken of een reactie verliep, zagen we dat bij een negatieve standaardpotentiaal van het metaal de reactie wél verliep (bij tin matig) en bij een positieve standaardpotentiaal de reactie niet verliep.
Je kunt je voorstellen dat wanneer we een sterkere oxidator hadden genomen dan H+, dat koper of goud ook wel hadden gereageerd. Wanneer we willen weten of een redoxreactie verloopt, moeten we niet alleen kijken naar de standaardpotentiaal van bijvoorbeeld de reductor, maar naar het verschil tussen de standaardpotentiaal van de reductor en de standaardpotentiaal van de oxidator.
Je kunt je voorstellen dat er geen harde scheidslijn is op basis waarvan je kan bepalen of een reactie wel verloopt of niet. Je kunt de volgende vuistregel gebruiken: wanneer het verschil tussen de standaardpotentialen van de oxidator en reductor groter is dan 0,30 verloopt de reactie. Wanneer het verschil kleiner is dan -0,30 dan verloopt deze niet. Wanneer de waarde hier tussenin ligt dan spreken we van een evenwichtsreactie.
Dus:
Vox-Vred > 0,30 de reactie is aflopend
0,3 > Vox-Vred > -0,30 het is een evenwichtsreactie
Vox-Vred < -0,30 de reactie verloopt niet
Voorspellen: wel of geen reactie
Je hebt nu van een aantal verschillende metalen gezien of ze reageren met zoutzuur. Probeer voor de metalen in de simulatie hieronder te voorspellen of deze reageren. Kijk ook naar het filmpje op moleculair niveau door in te zoomen.
Klik hieronder om de opgavengenerator te openen die meer dan 800 verschillende redoxreacties presenteert met de vraag of de reactie wel of niet zal verlopen en wat de totaalreactie zal zijn.
3.4 Experimenteel
Practicum: zes redoxreacties
In de vorige paragrafen heb je geleerd hoe je halfreacties kunt opstellen en hoe je daarvan een totaalreactie kunt maken. Dit practicum gaat over de redoxtabel uit Binas. Je gaat eerst aan de hand van de verschillende experimenten die beschreven staan in het Word-document de totaalreacties opstellen en de verschillende waarnemingen die je gaat doen voorspellen.
Nitraationen (NO3-) zijn goede oxidatoren, mits er voldoende zuur aanwezig is. De meest ideale manier om H+-ionen en NO3- bij elkaar te voegen is via salpeterzuur (HNO3). Wanneer we echter in de redoxtabel kijken, dan zien we dat NO3- in combinatie met H+ er maar liefst drie keer in staat:
1) NO3-+ 4H+ + 3 e- <--> NO + 2H2O
2) NO3-+ 3H+ + 2 e- <--> HNO2 + H2O
3) NO3-+ 2H+ + 1 e- <--> NO2 + H2O
Welke halfreactie precies plaatsvindt, hangt af van de omstandigheden.
Koper en salpeterzuur
Kijk naar onderstaand filmpje. De reactie vindt plaats tussen salpeterzuur en koper. Je kunt straks kiezen uit drie reactievergelijkingen. Probeer er met behulp van tabel 65B uit Binas, en de waarnemingen die je doet, achter te komen welke reactievergelijking hier van toepassing is. Kijk om te beginnen naar de linker erlenmeyer. In deze erlenmeyer zit geconcentreerd salpeterzuur, in de rechter erlenmeyer zit verdund salpeterzuur.
3.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
3.7 Survival Challenge
3.8 Hoorcollege 2
Hoorcollege 2
Bereid dit hoorcollege goed voor door van tevoren je vragen in het forum te plaatsen. Je docent weet dan welke vragen er spelen. Probeer er voor te zorgen dat er geen dubbele vragen in het forum komen te staan. Wanneer je een vraag hebt die al is gesteld, zet er dan bij dat jij die vraag ook hebt.
H4 Corrosie en metaalertsen
4 Corrosie en metaalertsen
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 4 Voordat je aan hoofdstuk 4 begint kun je:
uitleggen dat metaalertsen en -oxiden zouten zijn, en dus als ontleedbare stoffen in de natuur gevonden worden.
Na hoofdstuk 4 kun je:
uitleggen onder welke omstandigheden corrosie optreedt en de reactievergelijking geven van het roesten van ijzer,
aangeven op welke manieren metalen beschermd kunnen worden tegen corrosie,
aangeven wat een opofferingsmetaal is en uitleggen hoe dat beschermt tegen corrosie,
aangeven hoe in een hoogoven uit ijzererts ijzer wordt geproduceerd,
aangeven hoe aluminium gewonnen en geproduceerd wordt,
uitleggen waarom sommige metalen zoals aluminium niet beschermd hoeven worden tegen corrosie.
4.1 Survival Challenge Intro
Het radiobaken
Zonder hulp zul je het niet lang overleven in de Afrikaanse bush. Het is waarschijnlijk het beste om bij het vliegtuigwrak te blijven en wachten op hulp. Maar hoe weten de hulpverleners waar het vliegtuig is neergestort? Een wrak van zo'n 10 meter lang opsporen in een gebied van 2000 vierkante kilometer is als zoeken naar een speld in een hooiberg. Het is dus verstandig om een noodsignaal uit te zenden. Je weet dat het radiobaken in het vliegtuig een signaal uit kan zenden (al is de accu van het vliegtuig door de vele kortsluitingen helemaal leeg).
Het radiobaken bevindt zich onder de vloer in de staart. Je hebt alleen geen gereedschap om de vloerplaten los te draaien. Verderop heb je wel wat restanten gevonden van een oud stroperskamp. Vooral de vergane blikjes zijn interessant. Je hebt op YouTube wel eens thermietreacties gezien, waarbij roest en aluminium wordt gebruikt. Je besluit de meest roestige blikjes fijn te stampen tot poeder, en aluminium los te schrapen van het vliegtuigframe. Je hoopt zo thermiet te maken en een hoek uit een vloerplaat te smelten om bij het radiobaken te kunnen komen.
4.2 Theorie
Corrosie
Van ijzer is bekend dat het kan roesten. In de scheikunde noem je dat corroderen.
Het ene metaal corrodeert sneller dan het andere metaal. Dat hangt onder meer af van de edelheid. De edelheid van een metaal is eigenlijk niet veel anders dan een aanduiding van de reductorsterkte van dat metaal. De edele metalen (goud, platina en zilver) corroderen onder normale omstandigheden niet. Half-edele metalen (koper en kwik) reageren alleen met zuurstof bij hogere temperaturen (> 200 oC). Onedele metalen (de rest) oxideren langzaam, en zeer onedele metalen (bijvoorbeeld natrium en kalium) oxideren snel. Een andere manier om onedele metalen van zeer onedele metalen te onderscheiden is dat zeer onedele metalen als reductor kunnen reageren met water als oxidator.
De snelheid van corrosie (het proces van corroderen) hangt gek genoeg niet alleen van de edelheid af. Een mooi voorbeeld daarvan is aluminium. Dit is een zeer onedel metaal en het reageert dan ook snel met zuurstof onder vorming van aluminiumoxide. Toch is aluminium een veel toegepast materiaal in de bouw en in de vliegtuigindustrie. Hoe zit dat? Het antwoord is simpel. Het aluminiumoxide hecht zich als een heel dun en transparant laagje aan het aluminium. Dat laagje is ondoordringbaar voor lucht. Door te corroderen 'verft' het aluminium zichzelf als het ware.
Bescherming tegen corrosie
Bekijk onderstaande video van de Universiteit van Twente. Hierin wordt stap voor stap uitgelegd hoe ijzer gemaakt wordt. Ook leer je wat roesten eigenlijk is en, misschien nog wel belangrijker, hoe je roesten tegen kunt gaan. Beantwoord na het bekijken van de video de vragen.
Vragen bij de video
Vragen bij de video (vervolg)
4.3 Oefenen
4.4 Experimenteel
Het roesten van ijzer
Bekijk de volgende video over het roesten van ijzer. Beantwoord de vragen.
a. Geef de reactievergelijking van het roesten van ijzer. Bij deze reactie ontstaat ijzer(III)hydroxide.
b. Welke omstandigheden zijn het meeste geschikt om ijzer te laten roesten?
c. Welke metalen zou je kunnen gebruiken als opofferingsmetaal om ijzer te beschermen?
d. Leg uit waarom calcium, lithium en natrium geen goede opofferingsmetalen zijn om een ander metaal te beschermen.
Plaats hier je muis
Roestende spijkers
Wanneer we een ijzeren spijker in (zout) water brengen, dan gaat de spijker roesten. Dit kan op verschillende manieren worden voorkomen zoals te zien in het vorige filmpje. Er zijn echter nog andere manieren mogelijk om het roesten tegen te gaan. Dit gaan we laten zien in een demonstratiepracticum. Het voorschrift voor het practicum kun je hier vinden.
4.5 Verwerking
Hoogoven
De productie van ijzer uit ijzererts gebeurt in hoogovens. Een doorsneetekening van een hoogoven staat in de figuur hieronder. We nemen aan dat het ijzererts waarover de opgave gaat bestaat uit Fe2O3. Onderin de hoogoven bij A reageert de cokes (koolstof) met zuurstof. Het koolstofmono- oxide dat hierbij ontstaat, reageert met Fe2O3. Hierbij ontstaan uitsluitend ijzer en koolstofdioxide.
a. Geef de systematische naam van de stof met formule Fe2O3. Geef daarbij de lading van het ijzerion aan met een Romeins cijfer.
b. Geef de vergelijking van de reactie waarbij ijzer wordt gevormd uit koolstofmono-oxide en Fe2O3.
c. Is deze reactie een redoxreactie? Geef een verklaring voor je antwoord door de ladingen van de deeltjes vóór en na de reactie te vergelijken.
d. Leg aan de hand van de tekening en Binas-tabel 39 uit welke temperatuur (in K) onderin de hoogoven (bij B) minimaal heerst.
Het ijzer dat op deze wijze ontstaat noemt men ruwijzer. Ruwijzer bevat 4,2 massaprocent koolstof. Door dit hoge koolstofgehalte is ruwijzer hard en bros. Het koolstofgehalte wordt verlaagd door een hoeveelheid schroot (afvalijzer, dat gedeeltelijk bestaat uit Fe2O3) door het vloeibare ruwijzer te mengen. Hierbij treedt een reactie op tussen het Fe2O3 en de koolstof waarbij onder andere ijzer ontstaat.
e. Bereken hoeveel kg Fe2O3 nodig is om 10 kg koolstof te verwijderen. Neem aan dat Fe2O3 en koolstof met elkaar reageren in de molverhouding Fe2O3 : C = 2 : 3.
In de praktijk mengt men het ruwijzer niet alleen met schroot maar leidt men ook een gas door om het koolstofgehalte te verlagen.
f. Geef de naam van het gas dat wordt doorgeleid om het koolstofgehalte verder te verlagen.
Goudwinning
Het metaal goud komt in de natuur meestal voor in de vorm van gouderts. Hierin zitten korreltjes goud vast aan gesteente. Bij de winning van goud uit gouderts maakt men gebruik van een oplossing van natriumcyanide (NaCN). In deze oplossing zijn Na+ ionen en CN- ionen aanwezig. Het gesteente met de daaraan vastzittende korreltjes goud wordt fijngemalen en toegevoegd aan een overmaat natriumcyanideoplossing. Door het ontstane mengsel wordt lucht geleid zodat een reactie optreedt waarbij [Au(CN)2]- ionen worden gevormd. Men kan zich voorstellen dat een [Au(CN)2]- ion is opgebouwd uit een goudion en twee cyanide-ionen.
a. Leid af wat de lading is van het goudion in een [Au(CN)2]- ion.
De tijd die nodig is om alle goud te laten reageren, hangt af van de korrelgrootte van het fijngemalen goudbevattende gesteente.
b. Leg uit of het met kleine korreltjes korter of langer duurt om (bij dezelfde temperatuur) dezelfde hoeveelheid goud te laten reageren dan met grotere korreltjes.
Het gesteente, dat niet opgelost is, wordt gescheiden van de ontstane oplossing.
c. Welke scheidingsmethode is hiervoor geschikt?
Aan de verkregen oplossing wordt een overmaat zinkpoeder toegevoegd. Dan vindt de volgende reactie plaats:
2 [Au(CN)2]- + Zn → 2 Au + [Zn(CN)4]2-
d. Bereken hoeveel kg zink volgens deze reactie heeft gereageerd voor de vorming van 10 kg goud.
4.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
4.7 Survival Challenge
H5 Organische oxidatoren en reductoren
5 Organische oxidatoren en reductoren
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 5
Voordat je aan hoofdstuk 5 begint kun je:
formules en namen van eenvoudige organische verbindingen geven (zoals simpele alcoholen en zuren).
Na hoofdstuk 5 kun je:
uitleggen welke organische verbindingen als reductor en/of als oxidator kunnen optreden,
halfreacties opstellen en/of toepassen in het opstellen van reactievergelijkingen van reacties met alcoholen, met methaanzuur en met oxaalzuur,
zelf halfreacties opstellen van redoxreacties in een zuur of in een neutraal milieu.
5.1 Survival Challenge Intro
Diabetes
Het blijkt dat de piloot van het vliegtuig diabetes (suikerziekte) heeft. Behalve suikervrije kauwgum, een voorraadje kleine suikerzakjes en een vooraadje zoutzakjes, vier pakken crackers, twee zakken chips, een fles cola, een halve fles whiskey en een jerrycan met water is er niets te eten en te drinken. Het meeste voedsel dat je de piloot kunt aanbieden bevat dus veel koolhydraten. Zijn voorraad insuline is echter verloren gegaan bij de crash. Uit het Survival Handboek weet je dat een klein beetje azijn een positieve invloed heeft op de bloedsuikerspiegel. Maar hoe kom je aan azijn?
5.2 Theorie
Bliksem in een buis
Kijk naar het onderstaande filmpje. Hierin wordt de reactie van ethanol met 'aangezuurd' kaliumpermanganaat getoond. Van aangezuurd kaliumpermanganaat weten we dat het een sterke oxidator is. Aan de bliksemverschijnselen is duidelijk te zien dat er een heftige reactie met elektronenoverdracht plaatsvindt. Wat treedt bij deze reactie op als reductor?
Ethanol
Ethanol en ethanal
We gaan proberen om zelf een halfreactie op te stellen voor de reactie van ethanol als reductor. Het blijkt dat er een stof ontstaat die veel lijkt op de stof die ook in sterk water zit (methanal). Er onstaat namelijk ethanal. Ethanol is dus veranderd in ethanal. Dit is de structuurformule ethanal:
5.3 Oefenen
Methanol
Glycerol
Pentanol
Je hebt gezien dat bij een alcohol de OH-groep wordt omgezet in een dubbel gebonden O-atoom. Probeer met dit gegeven de halfreactie van 1,3-pentanol zelf op te stellen.
Tien halfreacties
5.4 Experimenteel
Zilverspiegel
In dit experiment wordt een complexe reactie uitgevoerd waarbij ook een redoxreactie betrokken is: we maken een spiegel van zilver in een erlenmeyer. Het practicumvoorschrift is hier te vinden.
Van wijn naar azijn
Je docent opent een fles rode wijn en schenkt een beetje in een bekerglas en meet de pH. De fles wordt nu twee weken weggezet met een prop watten in de opening. Zo kan er wel zuurstof bij de wijn komen, maar wordt de wijn niet verontreinigd. De docent meet na twee weken opnieuw de pH. Verklaar het verschil in pH.
5.5 Verwerking
Zelf halfreacties opstellen
In tabel 48 van Binas staat een reeks halfreacties. Deze halfreacties zijn op zichzelf kloppende deelvergelijkingen: zowel het aantal en het soort deeltjes, als de hoeveelheid lading is voor en na de pijl gelijk. In paragraaf 5.3 hebben we al een aantal keer geoefend met halfreacties uit Binas. Maar soms zul je halfreacties moeten gebruiken die niet in Binas staan. Deze zul je dan zelf moeten opstellen. Bij de volgende opdracht wordt je door dit proces heen geloodst. Daarna krijg je nog een aantal opgaven om hiermee te oefenen.
Onderstaand proces zou heel goed een opgave kunnen zijn. Kijk of je de afzonderlijke stappen kunt oplossen. Klik pas op het bolletje om de uitwerking te zien nadat je op papier een antwoord hebt gegeven.
En nu in neutraal milieu
In de vorige opgave werd er aangezuurd met zwavelzuur. Dit werd gedaan om er voor te zorgen dat er voldoende H+ aanwezig is tijdens de reactie. Wanneer er niet wordt aangezuurd, en het milieu dus neutraal is, heb je geen beschikking over H+-ionen. In deze opdracht gaan we de reactievergelijking van de vorige opdracht zó ombouwen dat deze in neutraal milieu plaatsvindt. Zoals we in deze opgave zullen zien betekent neutraal milieu niet per se dat het milieu neutraal blijft.
We voegen zoveel OH--ionen aan beide kanten van de pijl toe dat alle H+ ionen voor de pijl worden geneutraliseerd. We voegen OH- natuurlijk aan beide kanten toe om de kloppende vergelijking ook daadwerkelijk kloppend te hóuden.
5.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
5.7 Survival Challenge
H6 Elektrochemische cellen
6 Elektrochemische cellen
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 6
Voordat je aan hoofdstuk 6 begint kun je:
uitleggen dat stroomgeleiding in een oplossing door middel van vrije ionen plaatsvindt,
uitleggen dat stroomgeleiding in een metaaldraad door middel van vrije elektronen plaatsvindt,
basale redoxreacties opstellen en kloppend maken.
Na hoofdstuk 6 kun je:
een elektrochemische cel schematisch weergeven in een tekening,
de begrippen halfcel, zoutbrug, elektrolyt en stroomkring gebruiken en uitleggen,
de reactievergelijkingen die aan de elektroden plaatsvinden opstellen, en aangeven welke de positieve elektrode is en welke de negatieve,
de massaveranderingen van de elektroden berekenen,
aangeven wat een onaantastbare elektrode is,
berekeningen uitvoeren met behulp van de wet van Faraday,
voorbeelden geven van diverse elektrochemische cellen, en uitleggen hoe een Galvanische cel, de loodaccu en een brandstofcel werken.
6.1 Survival Challenge Intro
Een batterij voor het noodsignaal
Het is je gelukt om het radiobaken uit de staart van het vliegtuig te krijgen. Helaas werkt dit baken normaal op de accu die nu wegens kortsluiting niet meer werkt. Het in het baken ingebouwde noodbatterijtje is in dit oude toestel, en door de jarenlange tropische temperaturen al lang niet meer geladen. Kortom, je hebt helaas een baken in handen dat zo dood is als een pier.
Je gaat in dit hoofdstuk leren hoe je zelf een make-shift batterij kunt bouwen om het radiobaken van stroom te voorzien, zodat je toch een noodsignaal kunt uitzenden.
6.2 Theorie
Elektrochemische cel
Bij redoxreacties vindt elektronenoverdracht plaats. Ook in een (gesloten) stroomkring verplaatsen elektronen zich, bijvoorbeeld door een koperdraad. In beide gevallen zijn elektronen in beweging. Zou het mogelijk zijn om met een redoxreactie elektrische stroom op te wekken? Ja, dat is mogelijk, maar daarvoor moet je de elektronen wel even 'om de tuin leiden'.
Om te beginnen moet je er voor zorgen dat de reductor niet direct in contact kan komen met de oxidator. Dit kun je doen door te werken met twee gescheiden compartimenten die met elkaar in verbinding staan via een poreuze wand of een zogenaamde zoutbrug. Een zoutbrug is een glazen buis die zorgt dat de stroomkring tussen de twee compartimenten gesloten is. De meeste zoutbruggen bestaan uit een zout (bijvoorbeeld NaNO3) dat is opgelost in een gel. Dat maakt dat de ionen in een zoutbrug wel kunnen bewegen maar niet al te snel. Vervolgens moet je er nog voor zorgen dat de elektronen die de reductor afstaat terecht komen bij de oxidator. Hiervoor gebruik je natuurlijk een stroomdraad. Er zal dan een stroompje gaan lopen.
Een hele bekende chemische cel is de Daniëll-cel uit 1836, vernoemd naar de Engelse uitvinder John Daniëll (1790 – 1845). Een verzamelnaam voor elektrochemische cellen die op een soortgelijke manier werken is galvanische cel.
Bekijk de onderstaande video.
Bekijk met onderstaande applet de verschillende onderdelen van de redoxreactie. Let op, het laden van dit applet kan een minuutje duren
6.3 Oefenen
Voltage
Bekijk de onderstaande opstelling.
E1 is de elektrode van een standaard halfcel Pb(s) | Pb 2+(aq) met V0 = – 0,13 Volt
E2 is de elektrode van een standaard halfcel Cu(s) | Cu 2+(aq) met V0 = + 0,34 Volt
E3 is de elektrode van een standaard halfcel Cd(s) | Cd 2+(aq) met V0 = – 0,40 Volt
E4 is de elektrode van een standaard halfcel Zn(s) | Zn 2+(aq) met V0 = – 0,76 Volt
De elektroden E2 en E3 worden via metaaldraden met elkaar verbonden, terwijl de elektroden E1 en E4 via metaaldraden worden verbonden met een spanningsmeter (voltmeter).
6.4 Experimenteel
Demonstratiepracticum
De docent demonstreert de Daniell-cel zoals die in de animatie van paragraaf 6.2 is weergegeven.
Zelfbouw batterij
Print dit voorschrift en voer het uit. Beschrijf je bevindingen nauwkeurig en laat deze aan je PAL zien.
6.5 Verwerking
Racen op waterstof
Bij een elektrische auto dan denk je misschien niet in eerste instantie aan een raceauto. Toch worden er al races gehouden specifiek voor elektrische auto's. Op dit moment kunnen elektrische auto's nog niet tippen aan auto's met conventionele verbrandingsmotoren, maar het zal niet lang meer duren voordat ze nek aan nek gaan.
6.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
6.7 Survival Challenge
6.8 Hoorcollege 3
Hoorcollege 3
Bereid dit hoorcollege goed voor door van tevoren je vragen in het forum te plaatsen. Je docent weet dan welke vragen er spelen. Probeer er voor te zorgen dat er geen dubbele vragen in het forum komen te staan. Wanneer je een vraag hebt die al is gesteld, zet er dan bij dat jij die vraag ook hebt.
H7 Elektrolyse
7 Elektrolyse
Leerdoelen en voorkennis bij hoofdstuk 7
Voordat je aan hoofdstuk 7 begint kun je:
uitleggen wat een elektrode is,
uitleggen dat een stroombron gezien kan worden als een elektronenpomp.
Na hoofdstuk 7 kun je:
een schematische tekening maken van een elektrolyseopstelling,
bij een elektrolyseopstelling aangeven wat de oxidator is en wat de reductor,
bij een elektrolyseopstelling aangeven welke de positieve elektrode is en welke de negatieve,
aangeven hoe metalen elektrolytisch uit een oplossing gewonnen kunnen worden,
aangeven hoe onedele metalen door middel van elektrolyse gewonnen kunnen worden,
berekeningen uitvoeren aan elektrolyseopstellingen aan de hand van de wet van Faraday.
aangeven dat bij elektrolyse chloride-ionen eerder dan watermoleculen reageren aan de positieve elektrode.
7.1 Survival Challenge Intro
Ontsmetting gezocht
Je hebt uiteindelijk een noodsignaal uitgezonden! Maar de tijd begint te dringen. Je hand is flink verwond tijdens de crash en begint te ontsteken. Je weet dat in de tropen ontstekingen erg snel kunnen verslechteren. Bloedvergiftiging en koudvuur liggen op de loer. Een ontstoken vinger kan al binnen twee dagen dodelijk worden. Je moet de hand blijven ontsmetten, maar je ontsmettingsmiddelen uit de EHBO doos zijn inmiddels op. Als je niet snel je hand kunt ontsmetten ben je misschien wel dood vlak voordat je gered wordt!
Je weet dat chloorwater ontsmet als geen ander. Chloor is een vluchtige stof die helaas niet in het wrak aanwezig is. Je beseft dat als je redoxreacties ook zou kunnen laten verlopen tegen de potentiaal in, je van chloride-ionen (uit de zoutzakjes) chloor kunt maken. Terwijl je hierover hardop aan het denken bent, mompelt de piloot iets over elektrolyse...en zakt weer buiten bewustzijn.
7.2 Theorie
Rekenen aan elektrolysereacties
Een coulomb is gedefinieerd als 1 As (ampère-seconde) oftewel:
1 C = 1 ampère x 1 seconde
De constante van Faraday wordt in deze context ook vaak gebruikt. De constante van Faraday is de totale lading (in coulomb) van 1 mol elekronen, namelijk 9,64853 * 104 C/mol.
Met bovenstaande gevegevens kun je ampère omrekenen naar het aantal mol elektronen. Wanneer je het totale aantal (mol) elektronen weet, kun je vaak ook de hoeveelheid ionen, moleculen of atomen uitrekenen. Dit ga je oefenen in de volgende opdracht.
Je hebt gezien dat de bereiding van aluminium uit bauxiet veel energie kost. Dit komt onder meer doordat het aluminiumoxide eerst in vloeibare toestand moet worden gebracht. Het blijkt ook mogelijk om aluminium door middel van elektrolyse te winnen. Aangezien dit proces bij kamertemperatuur mogelijk is, zou dit een grote kostenbesparing zijn. Maar dan moet het aluminiumoxide wel eerst opgelost worden in water.
Aluminiumoxide is echter slecht oplosbaar in water (zie tabel 45A van Binas). Met een zuurbase reactie is aluminiumoxide vrij gemakkelijk om te zetten in een oplosbaar aluminiumzout. Je zou bijvoorbeeld zwavelzuur kunnen gebruiken om aluminiumoxide om te zetten in het oplosbare zout aluminiumsulfaat. Zou het mogelijk zijn om aluminium te winnen uit een oplossing van aluminiumsulfaat? En hoe zit dat met andere zoutoplossingen?
Je gaat nu weer zelf aan de slag. De onderzoeksvraag van het practicum dat je gaat doen is: is het mogelijk om metalen te winnen uit zoutoplossingen? Een werkdocument voor het practicum is hier te vinden.
1. Voorspel met behulp van tabel 48 (Binas) welke processen kunnen verlopen wanneer je aluminiumoxide oplost in een zuur en elektrolyse toepast. Stel de halfreacties op per elektrode en geef de totaalreacties, ook wanneer je denkt dat je het metaal niet kan winnen op deze manier.
2. Voorspel bij elk van de volgende vijf experimenten tenslotte wat je verwacht waar te nemen.
Kun je aluminium winnen uit een oplossing van aluminiumsulfaat?
Kun je koper winnen uit een oplossing van kopersulfaat?
Kun je zink winnen uit een oplossing van zinksulfaat?
Kun je natrium winnen uit een oplossing van natriumchloride?
Kun je zilver winnen uit een oplossing van zilvernitraat?
3. Je krijgt de beschikking over oplossingen van aluminiumsulfaat, kopersulfaat, zinksulfaat, natriumchloride en zilvernitraat. Bouw een elektrolyse opstelling en voer je onderzoek uit. Noteer nauwkeurig welke waarnemingen te zien zijn aan beide elektroden.
4. Kloppen je waarnemingen met je hypothese? Zo nee, waarom niet? Bespreek je resultaten met andere leerlingen. Geef vervolgens antwoord op de deelvragen en daarna antwoord op de onderzoeksvraag.
7.5 Verwerking
7.6 Diagnostische toets
Diagnostische toets
Maak de diagnostische toets van dit hoofdstuk en bespreek je resultaat met de PAL.
7.7 Survival Challenge
7.8 Slot
Tabel oxidatoren en reductoren
Een overzicht van de meest voorkomende oxidatoren en reductoren vind je hier.
Aan deze module hebben de volgende mensen gewerkt:
Auteurs:
Rutger Gast, Calandlyceum, Osdorp
Michiel Bosman, Gymnasium Felisenum, Velsen-Zuid
Redactie:
Hanna Westbroek, Vrije Universiteit, Amsterdam
Caspar Geraedts, De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs, Amsterdam
Technische ondersteuning:
Rob Ouwerkerk, Stedelijk Gymnasium, Haarlem
Licentie
Deze module is onder de volgende Creative Commons licentie gepubliceerd. Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk delen 3.0 Nederland Licentie. Aanvullende informatie vindt u op http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/nl/.
Het arrangement Survival in de Afrikaanse bush is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2014-09-03 22:57:13
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
Nu we de juiste stoffen voor het maken van vuur kennen, is het zaak om deze te verkrijgen. De jodide-ionen die we als joodtinctuur al in bezit hebben, moeten worden omgezet naar het vaste jood. Jodide-ionen zijn negatief geladen en hebben dus een elektron meer dan het vaste jood. Misschien heb je iets aan je scheikundekennis die je in dit hoofdstuk op gaat doen om tot een oplossing te komen.
Het blijkt dat de piloot van het vliegtuig diabetes (suikerziekte) heeft. Behalve suikervrije kauwgum, een voorraadje kleine suikerzakjes en een vooraadje zoutzakjes, vier pakken crackers, twee zakken chips, een fles cola, een halve fles whiskey en een jerrycan met water is er niets te eten en te drinken. Het meeste voedsel dat je de piloot kunt aanbieden bevat dus veel koolhydraten. Zijn voorraad insuline is echter verloren gegaan bij de crash. Uit het Survival Handboek weet je dat een klein beetje azijn een positieve invloed heeft op de bloedsuikerspiegel. Maar hoe kom je aan azijn?
Je hebt uiteindelijk een noodsignaal uitgezonden! Maar de tijd begint te dringen. Je hand is flink verwond tijdens de crash en begint te ontsteken. Je weet dat in de tropen ontstekingen erg snel kunnen verslechteren. Bloedvergiftiging en koudvuur liggen op de loer. Een ontstoken vinger kan al binnen twee dagen dodelijk worden. Je moet de hand blijven ontsmetten, maar je ontsmettingsmiddelen uit de EHBO doos zijn inmiddels op. Als je niet snel je hand kunt ontsmetten ben je misschien wel dood vlak voordat je gered wordt!
Docentenhandleiding
