E-klas Wat bak jij ervan? 4 HAVO

E-klas Wat bak jij ervan? 4 HAVO

Home

Welkom bij 'Wat bak jij er van?'

In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. Wat je leert, pas je toe op een recept voor 'sticky toffee pudding' dat wij versleuteld hebben. Als je de e-klas succesvol afrondt, kun je het recept compleet maken en de sticky toffee pudding bakken.
In een werkdocument vind je vragen en opdrachten, die je in het document zelf of in je schrift kunt beantwoorden (vraag je docent wat je moet doen). In de e-klas zelf vind je informatie en oefeningen, maar je docent zal je ook het een en ander vertellen. Natuurlijk is het zaak daar goed naar te luisteren.
Wat bak jij ervan?

Studiewijzer

Je kunt de studiewijzer gebruiken bij het doorwerken van de e-klas. Op de volgende pagina's kun je vinden wat je moet weten voordat je aan de e-klas begint, en welke leerdoelen je hebt bereikt na afloop. De tabel die op de pagina 'planning' gegeven wordt, kun je gebruiken als richtlijn bij het maken van je eigen planning. Vraag eerst aan je docent wat de bedoeling is. Op de laatste pagina van de studiewijzer kun je lezen hoe je beoordeeld wordt.

Voorkennis

 

Om deze e-klas goed te kunnen doorlopen moet je de volgende voorkennis beheersen:
 

  • alle stof van de derde klas
  • het periodiek systeem van Mendelejev
  • de atoomtheorie van Rutherford
  • de ionentheorie en zoutformules
  • oplos- en neerslagreactievergelijkingen van zouten

 

 

Leerdoelen

Belangrijke begrippen

Deze module staat in het teken van chemisch rekenen. In deze module maak je kennis met een aantal belangrijke chemische begrippen en berekeningen. De voornaamste begrippen zijn:

  • molecuul- en molaire massa
  • molverhouding
  • molariteit
  • significantie
  • massapercentage
  • Grenswaarden en ppm
 

Leerdoelen

Voor ieder hoofdstuk zijn enkele leerdoelen opgesteld. Die leerdoelen geven aan wat je aan het eind van het hoofdstuk moet weten en wat je moet kunnen. Een overzicht van alle leerdoelen vind je hieronder.

Na hoofdstuk 1 kun je:

  • op twee manieren de dichtheid experimenteel bepalen
  • rekenen met dichtheden
  • eenheden en waarden omrekenen (bijvoorbeeld van kg m-3 naar g cm-3)
  • werken met machten van tien
  • omgaan met significante cijfers en op de juiste manier afronden
  • het verschil tussen meetwaarden en telwaarden uitleggen

Na hoofdstuk 2 kun je:

  • met behulp van de atoommassa een molecuulmassa of molmassa berekenen
  • de definitie van de chemische hoeveelheid (mol) geven
  • werken met de begrippen mol en molmassa: omrekenen van mol naar gram en omgekeerd

Na hoofdstuk 3 kun je:

  • rekenen met het "van-mol-naar-en-terug schema"

Na hoofdstuk 4 kun je:

  • de wet van Proust langs experimentele weg bewijzen
  • de molverhouding afleiden uit een reactievergelijking
  • uit de molverhouding van een chemische reactie de massaverhouding afleiden
  • het "van van mol naar en terug schema" toepassen bij het rekenen aan chemische reacties

Na hoofdstuk 5 kun je:

  • de massapercentages in verbindingen experimenteel bepalen
  • de massapercentages in verbindingen theoretisch bepalen

Na hoofdstuk 6 kun je:

  • werken met de chemische concentratie aanduiding: het begrip molariteit
  • de molariteit van zowel ‘gewone’ oplossingen als zoutoplossingen uitrekenen
  • rekenen aan neerslagreacties

Na hoofdstuk 7 kun je:

  • de begrippen grenswaarden en ppm uitleggen
  • rekenen met grenswaarden en ppm's
  • een massa of volume ppm berekenen en toepassen

Na hoofdstuk 8 kun je:

  • op experimentele wijze het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen
  • een sticky toffee pudding bakken

Na hoofdstuk 9 ben je voorbereid op de toets!

 

Planning en voortgang

Deze e-klas is gemaakt om zes weken te duren, met een totale studielast van 25 slu. De extra oefeningen staan in het normale lesboek. Een mogelijke planning is:

 

week

hoofdstuk (zie de navigatiebalk bovenaan de lesmateriaalpagina's)

5

H1; maken werkdocument opdracht 1 t/m 7

extra oefenen; H2 48,62,63,64,68,69,71

7

H2/H3/H4; maken werkdocument opdracht 8 t/m 12

extra oefenen; H2 58,76,77,78,79,80,81,82

                       H3 45,47,48,49,50,51,52

8

H5; maken werkdocument opdracht 13

extra oefenen; H2 87,88

10

H6; maken werkdocument opdracht 14

extra oefenen; H5 46,47,48,49,50,52,53

                       H6 45(t/m h)

10

Toets H1 t/m 4

11

H6/H7; maken werkdocument opdracht 15

extra oefenen; H4 43,44

12

H8/H9; maken proefwerkopgaven

extra oefenen; oefenopgaven IL

13

afsluiting

Toets Chemisch Rekenen (H1 t/m H9)

 

 

 

Het werkdocument en het recept

Bij deze e-klas hoort een werkdocument Hierin vind je opdrachten en kun je uitkomsten van experimenten bijhouden. Je hoort van je docent of je het document op papier moet bijhouden, of digitaal. Een ander belangrijk document is het recept voor de sticky toffee pudding, Het recept is versleuteld en in de loop van de e-klas ga je het ontcijferen. Ook dit document wordt regelmatig gecontroleerd. Je krijgt op papier een document met daarin de practica die bij deze e-klas horen. Als laatste is er een practicumboekje. Dit boekje is al voor je afgedrukt. Deze practica moet je allemaal uitvoeren op het moment dat je daar aan toe bent.

Let op: zorg dat je van alle documenten altijd een extra kopie bewaart op een veilige plek. Download het werkdocument en het recept als je groep alles op de computer doet en zet deze in onedrive of op It's Learning. Als je niet weet hoe dit moet, vraag je docent.

Open bestand Werkdocument

Open bestand Het recept

Open bestand Practica bij E-klas 'Wat bak jij ervan?'

Inleiding

Welkom bij 'Wat bak jij er van?', een e-klas over chemisch rekenen.

In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. In de derde klas heb je als het goed is al geleerd dat bij chemische reacties stoffen reageren en ontstaan volgens vaste massaverhoudingen. Verder heb je gewerkt met de wet van behoud van massa. Vooral in de chemische industrie zijn deze berekeningen van groot belang. Je kunt chemische stoffen niet zo maar bij elkaar gooien en hopen dat alles goed gaat. Eigenlijk is het net als bij het bakken van een taart. Je hebt een recept nodig waarin in staat hoeveel van welke ingrediënten je nodig hebt. En verder is het natuurlijk belangrijk hoe je met deze ingrediënten omgaat. Want het bakken van een taart kan nog wel eens mislukken. Daarom is de vraag aan jou: wat bak jij er van? Aan het einde van deze module krijg je hierop een antwoord. Je gaat een overheerlijke sticky toffee pudding bakken. Pas wel op, het is een tamelijk machtig gerecht!

Het recept

Sticky toffee pudding is een typisch Brits dessert. Het bestaat uit een vochtige, sponsachtige cake, gemaakt van een beslag met gepureerde dadels. De sticky toffee saus gaat over de cake heen. Deze Britse klassieker wordt vaak geserveerd met slagroom en/of vanille-ijs. Een machtige hap dus!

Het recept is halverwege de twintigste eeuw uitgevonden in Engeland. Download het recept (in Word) voor een sticky toffee pudding. Lees het recept eens rustig door. Zoals je ziet is het recept 'versleuteld'. In de ingrediëntenlijst zie je waarschijnlijk een aantal vreemd aandoende hoeveelheden. Deze zul je eerst moeten ontcijferen door middel van chemische berekeningen. In deze e-klas leer je hoe je dat moet doen, stap voor stap, ingrediënt voor ingrediënt...  Tijd om aan de slag te gaan!

Het werkdocument

In het werkdocument maak je oefenopgaven en houd je de resultaten van practica en opdrachten bij. In sommige groepen wordt het document op papier uitgedeeld. In andere groepen moet je het document digitaal in onedrive of in It's Learning opslaan in een map die door je docent is gemaakt. Maak een backup op een veilige plek waar je het gemakkelijk terug kunt vinden. Het werkdocument wordt ook gebruikt door je docent om je vorderingen te bekijken en te beoordelen. Verder kun je het werkdocument goed gebruiken bij de voorbereiding op de eindtoets.

We beginnen met een beknopte herhaling van het chemisch rekenen in de derde klas. Deze berekeningen zijn gebaseerd op twee oude wetten.

 

1 Werken met hoeveelheden

bron: fotolia.com
bron: fotolia.com

Na dit hoofdstuk kun je:


- op twee manieren de dichtheid experimenteel bepalen
- rekenen met dichtheden
- eenheden en Binas waarden omrekenen (bv. van kg m-3 naar g cm-3)
- werken met machten van tien
- goed omgaan met significante cijfers en op de juiste manier afronden
- het verschil tussen meetwaarden en telwaarden uitleggen

1.1 Dichtheid

Het recept

In het recept staat dat je voor de sticky toffee pudding stroop en water nodig hebt. Alleen: de hoeveelheden zijn gegeven in grammen! Dat is niet handig. Zie je jezelf al stroop afwegen? Je moet de grammen omrekenen naar milliliters of aantal eetlepels (hoeveel mL is een eetlepel?). Daar heb je het begrip dichtheid voor nodig.

Dichtheid

In de tweede klas heb je geleerd dat de dichtheid een eigenschap van een stof is (en dus niet van een voorwerp). De dichtheid geeft aan hoeveel gram er in één cm³ van die stof zit. Zo is de dichtheid van koper 8,9 g per cm³. Dat wil zeggen: elke cm³ koper heeft een massa van 8,9 gram. De dichtheid heb je nodig om voor de eerste ingrediënten van de sticky toffee pudding de benodigde hoeveelheden om te rekenen. Hoe kun je de dichtheid van een stof bepalen met een experiment?
De dichtheid kun je niet direct aflezen van een meetinstrument. Je moet namelijk twee dingen meten: het aantal gram (de massa) en het aantal cm³ (het volume).

Experiment 1

Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van het metaal aluminium (uitgedrukt in gram per cm³). Bedenk dat je het volume van het blokje aluminium op twee verschillende manieren kunt meten. Probeer dan ook beide manieren uit. Heb je geen idee? Vraag het de docent. Gebruik de hiervoor beschikbare materialen in het lokaal of spullen die je zelf bij je hebt. Noteer de uitkomsten van beide experimenten in je verslag dat je hoort te maken in het boekje met experimenten.

Bepaal vervolgens de massa van 25 mL water, één van de ingrediënten van de pudding. Gebruik hiervoor achtereenvolgens een bekerglas en een maatcilinder. Bereken hiermee telkens de dichtheid van water. Leg uit welke uitkomst je het meest betrouwbaar lijkt.

Let op: de resultaten van de experimenten heb je nodig bij de volgende paragrafen.

bron: webelements.com
bron: webelements.com

Decoderen van het recept: water en stroop

Met de opgefriste kennis over dichtheid is het de hoogste tijd om de eerste ingrediënten voor de pudding te verdienen. Open het recept in Word en 'decodeer' (reken om):

- 59 g donkere stroop in het aantal eetlepels (voor de pudding)
- 39 g donkere stroop in het aantal eetlepels (voor de saus)
- 300,0 g water in het aantal deciliters


Vervang deze hoeveelheden in je recept. (Aan het einde van deze e-klas lever jij je recept in. Deze wordt nagekeken en is onderdeel van een PO-cijfer.)

 

1.2 Significantie en machten van tien

 


Meten is weten.

Hoe nauwkeuriger je meet, des te meer je weet. In de natuurwetenschappelijke vakken maken we er een gewoonte van om de waarden van gemeten grootheden zó op te schrijven dat je aan het resultaat meteen kan zien hoe nauwkeurig er gemeten is. Nauwkeurigheid wordt uitgedrukt in het aantal cijfers in een meetwaarde. Bijvoorbeeld, als leerling P een stroomsterkte opschrijft van 2,1 A en leerling Q een stroomsterkte van 2,103 A, dan kun je in één oogopslag zien dat leerling Q een nauwkeuriger waarde heeft: deze waarde bevat meer significante cijfers. Het kan zijn dat leerling P heel slordig gemeten heeft, maar het is ook mogelijk dat leerling Q een veel nauwkeuriger instrument heeft gebruikt.

Let op: de nauwkeurigheid van een meting leid je dus af uit het aantal cijfers. Het aantal significante cijfers van een meetwaarde is het aantal cijfers zonder op de komma te letten. Nullen aan het begin van een getal tellen niet mee. Dus het getal 0,0000021 bevat slechts twee significante cijfers.

Significantie geeft aan ‘wat je zeker weet’ en ‘wat je moet schatten’. Wanneer je bijvoorbeeld 80,0 mL water afmeet in een maatcilinder van 100,0 mL weet je zeker dat je ongeveer 80,0 mL water hebt; de eerste decimaal achter de komma moet je schatten. De significantie is dus 3.


Significante cijfers

Getallen die iets zeggen over de nauwkeurigheid van een meting noemen we significante cijfers. Als je op een gewone weegschaal staat, kun je jezelf op de kilo nauwkeurig wegen. De weegschaal geeft bijvoorbeeld 68 kg aan. Deze meetwaarde heeft twee significante cijfers. Een digitale weegschaal is wat nauwkeuriger. Je leest bijvoorbeeld 67,7 kg af. Dat zijn drie significante cijfers. Bij het tellen van het aantal significante cijfers moet je altijd van rechts naar links tellen. Kom je verder alleen maar nullen tegen, dan tellen die niet mee. Dat is logisch toch?

Nog twee voorbeelden...

 

Voorbeeld 1
Een stroomsterkte is 3,6 mA. Dat zijn twee significante cijfers. Deze stroomsterkte kun je ook noteren als 0,0036 A (de komma moet drie stapjes naar links). Er moeten in dit laatste getal dus ook weer twee significante cijfers staan.

Voorbeeld 2
Een stroomsterkte is 7,2 kg. Dat zijn twee significante cijfers. Als je in de derde klas van kg naar g zou omrekenen, dan zou je daar 7200 g van gemaakt hebben. Maar hopelijk begrijp je nu dat dat niet zo maar mag: er staan dan meer significante cijfers, dus je zou denken dat de meting opeens nauwkeuriger geworden is. Daarom moet je een macht van 10 gebruiken: 7,2 kg = 7,2.103 g. Dan staan er nog steeds twee significante cijfers (maar je hebt wel omgerekend).

Combineren van meetwaarden

Je berekent de dichtheid van een stof door de massa en het volume op elkaar te delen. Als je dat doet combineer je eigenlijk twee meetwaarden. Wanneer je twee meetwaarden met elkaar combineert dan moet in de uitkomst ook iets te zien zijn van de nauwkeurigheid van beide meetwaarden. Heb je bijvoorbeeld de massa heel erg nauwkeurig bepaald en het volume ook, dan is de dichtheid ook heel nauwkeurig: er staan veel significante cijfers in de dichtheid. Maar heb je de massa erg nauwkeurig bepaald maar het volume niet, dan is de berekende dichtheid helaas ook niet nauwkeurig.

Bij het combineren van meetwaarden moet je je aan de volgende regels houden:

- De uitkomst van een vermenigvuldiging of een deling mag in niet meer significante cijfers worden gegeven dan de meetwaarde met het kleinste aantal significante cijfers dat je bij de berekening hebt gebruikt.
- Bij het optellen en aftrekken wordt het antwoord in niet meer decimalen geschreven dan het bij de berekening betrokken meetresultaat met het kleinste aantal decimalen.


Vervolg experiment 1

Kijk nog eens naar wat je genoteerd hebt bij de experimenten met aluminium en water. Beantwoord de vragen in je verslag.

- Heb je de gemeten massa's op de goede manier (met een verantwoord aantal significante cijfers) genoteerd?
- Heb je de gemeten en of berekende volumes op de goede manier genoteerd?
- Heb je de berekende dichtheden op de goede manier genoteerd?
- Is er verschil in nauwkeurigheid in de dichtheid van het ene en van het andere experiment? Is dat eventuele verschil ook zichtbaar in hoe je de dichtheden genoteerd hebt? Beantwoord deze twee vragen voor zowel aluminium als water!

 

Oefening: Even oefenen

Start

Samenvatting

- De nauwkeurigheid van een meting drukken we uit in het aantal significante cijfers.
- Het aantal significante cijfers wordt bepaald door de cijfers waar je zeker van bent plus één, een geschat cijfer.
- Nullen aan het einde van een getal zijn significante cijfers. Nullen aan het begin van een getal zijn geen significante cijfers
- wanneer je meetwaarden gaat combineren door ze te vermenigvuldigen of te delen, dan bepaalt de meting met het kleinste aantal significante cijfers het aantal significante cijfers van de uitkomst.

1.3 Omrekenen van eenheden

Het recept

In het recept van de sticky toffee pudding staat dat je het volgende nodig hebt: 7,5 10-5 ton zachte boter, 2,00 108 μg zelfrijzend bakmeel en 1,0 10-4 m3 slagroom. Met zulke getallen kun je natuurlijk niet werken. Dat moeten grammen en deciliters worden. In deze paragraaf leer je hoe je eenheden in elkaar om kan rekenen.

Omrekenen

In deze e-klas moet je eenheden in elkaar kunnen omrekenen. Soms doe je dat om heel kleine of heel grote getallen te vermijden. Soms reken je eenheden om in verband met het aantal significante cijfers: 0,00510 kg kun je net zo goed noteren als 5,10 g (niet 5,1 g!). Ook moet je eenheden wel eens omrekenen om een vergelijking te kunnen maken met gegevens uit Binas of van internet. Kijk maar naar het volgende voorbeeld.

Voorbeeld
In Binas vind je de dichtheid van aluminium: 2,70.103 kg m-3. Dat staat een beetje raar, maar je moet dat lezen als 2700 kg/m3 of 2,7 x 103 kg per kubieke meter. Stel dat je bij het bepalen van de dichtheid van aluminium 2,7 g/cm3 gevonden hebt. Is dat dan gelijk aan de waarde in Binas? Om daar achter te komen kun je het beste de kg vervangen door 1000 g en m3 vervangen door 1000000 cm3. Daarna neem je alle getallen bij elkaar. Je ziet dan dat er dan 'niks' overblijft (eigenlijk het getal 1). Dus:

                                    2,70.103 kg/m3 = 2,70.103 .103g/106cm3 = 2,70 g/cm3

En, klopte de dichtheid die je in Binas gevonden had met de uitkomst van je metingen?

Oefening: Vragen

Start

Decoderen van het recept: de boter, het zelfrijzend bakmeel en de slagroom

Dan is het nu weer tijd om de volgende drie ingrediënten voor de pudding te verdienen. Er worden in het recept namelijk een paar ongebruikelijke eenheden gehanteerd zoals ton, μg en m3. Hiermee valt niet te werken. Open het recept in Word en 'decodeer'...

- 7,5 10-5 ton zachte boter in het aantal gram boter
- 2,00 108 μg zelfrijzend bakmeel in het aantal gram zelfrijzend bakmeel
- 1,0 10-4 m3 slagroom in het aantal deciliter slagroom


Vervang deze hoeveelheden in je recept. (Aan het einde van deze e-klas lever jij je recept in. Deze wordt nagekeken en is onderdeel van een PO-cijfer.)

2 De chemische hoeveelheid

bron: videojug.com
bron: videojug.com

Na dit hoofdstuk kun je:

- met behulp van de atoommassa een molecuulmassa of molmassa berekenen
- het verband tussen het getal van Avogadro en de atomaire massa-eenheid uitleggen
- de definitie van de chemische hoeveelheid (mol) geven
- werken met de begrippen mol en molmassa: omrekenen van mol naar gram en omgekeerd
- met behulp van het getal van Avogadro en de chemische hoeveelheid een aantal ingrediënten decoderen voor de pudding

2.1 Atoommassa en molecuulmassa

Het recept

Je hebt voor je pudding straks 1,4 1023 moleculen suiker nodig. Die kun je natuurlijk niet één voor één gaan tellen! Dat moet worden omgerekend naar grammen. In deze paragraaf leer je hoe dat moet.

Atoommassa


Zoals de naam aangeeft, is de atoommassa de massa van een atoom, uitgedrukt in atomaire massa eenheden (u). Elk isotoop van een scheikundig element heeft een andere atoommassa. De atoommassa van een element als geheel is gedefinieerd als "het gewogen gemiddelde van de atoommassa's van alle natuurlijke isotopen, waarbij de relatieve aanwezigheid (de mate waarin elk isotoop verhoudingsgewijs voorkomt op aarde) de wegingsfactor is". Moeilijke zin! Gemakkelijker is; de relatieve atoommassa. Deze relatieve atoommassa's vind je in Binas-tabellen 40 en 99.

Atomaire massa-eenheid (u)

De atomaire massa-eenheid (u) is een eenheid om atoommassa's en molecuulmassa's in uit te drukken. Omdat atoommassa's zeer klein zijn in vergelijking met de SI-eenheid kilogram, is hiervoor een speciale eenheid gedefinieerd. Deze eenheid is zo gekozen dat de massa van een atoom, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden, zo goed mogelijk het aantal kerndeeltjes (protonen en neutronen) aangeeft. Het is niet helemaal waar, maar voor het gemak gaan wij er vanuit dat een proton dezelfde massa heeft als een neutron en dat de massa van een elektron te verwaarlozen is. De waarde van de atomaire massa-eenheid (u) kun je vinden in Binas-tabel 7.

Molecuulmassa

De molecuulmassa van een stof is de massa van één molecuul van die stof, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u). De molecuulmassa is de som van de atoommassa's van de afzonderlijke atomen waaruit het molecuul is opgebouwd. Omdat de atomen van een element meestal een mengsel zijn van verschillende isotopen, gaat men daarbij standaard uit van de normale verhouding van deze isotopen voor elk element.

bron: cfbt-us.com
bron: cfbt-us.com

Soms is het nodig om te rekenen met hele grote of hele kleine getallen. Moleculen zijn erg klein en hebben dus ook een kleine massa. Iedereen — dus jij ook — kent de formule van water. Je gaat zometeen de molecuulmassa van water berekenen. Gebruik de volgende drie stappen:

• stap 1: schrijf de molecuulformule op
• stap 2: zoek de atoommassa’s op
• stap 3: bereken de molecuulmassa


 

HET RECEPT

Het is onmogelijk om ze één voor één te tellen, de 1,4 1023 moleculen suiker. Maar met het verband tussen de atomaire massa-eenheid (u) en het getal van Avogadro (NA) kost het weinig moeite om er achter te komen hoeveel suiker je nodig hebt voor de saus. Open het recept en 'decodeer':

  • 1,4 1023 moleculen suiker in het aantal gram suiker

Vervang deze hoeveelheid in je recept. (Aan het einde van deze e-klas lever jij je recept in. Deze wordt nagekeken en is onderdeel van een PO-cijfer.)

Weer een stapje dichter bij pudding!

2.2 Molaire massa

Het verband tussen de atomaire massa-eenheid (u), het getal van Avogadro (NA) en de chemische hoeveelheid (mol)

Bekijk de videoclip over mol en molmassa. Hierin wordt uitgelegd wat het verband is tussen massa en mol.

Dan is het nu tijd om zelf te oefenen met de opgavengenerator. Eerst oefen je met het omrekenen van mol naar gram voor het geval de stof een element is. Doe op zijn minst vijf opgaven.

In de opgavengenerator zit een van-mol-naar-en-terug schema die een extra begrip (Vm) bevat. Dit begrip mag je vergeten.

Je gaat nu oefenen met het omrekenen van mol naar massa bij verbindingen. Doe weer op zijn minst vijf opgaven

Vervolgens ga je oefenen met het omrekenen van massa naar mol bij elementen. Doe weer op zijn minst vijf opgaven.

Tot slot oefen je met het omrekenen van massa naar mol bij verbindingen. Doe weer minimaal vijf opgaven

3 Het van-mol-naar-en-terug schema

Het schema hieronder is het zogenaamde "van-mol-naar-en-terug schema". Hierin staat welke berekening je moet uitvoeren om de ene grootheid in de andere grootheid om te rekenen. Bekijk dit schema goed. Bij de volgende opdracht in het werkdocument moet je dit schema gebruiken.

4 Rekenen aan reacties

bron: chemistrylessonsonline.com
bron: chemistrylessonsonline.com

Na dit hoofdstuk kun je:

- de wet van Proust langs experimentele weg bewijzen
- de molverhouding afleiden uit een reactievergelijking
- uit de molverhouding van een chemische reactie de massaverhouding afleiden
- het "van van-mol-naar-en-terug schema" toepassen bij het rekenen aan chemische reacties

4.1 Molverhouding bij een chemische reactie

Massa en molverhouding

Door experimenten uit te voeren kun je voor iedere reactie de massaverhouding bepalen. Met behulp van de reactievergelijking kun je controleren of dit klopt, want in de reactievergelijking geven de coëfficiënten de molverhouding aan waarin stoffen verdwijnen en ontstaan. In het volgende filmpje krijg je aan de hand van een stappenplan een voorbeeld van het rekenen aan een chemische reactie.

 

Bekijk de video over het stappenplan bij het rekenen aan chemische reacties. Neem het stappenplan over in je werkdocument bij opdracht 10. Je zult het stappenplan heel vaak moeten gebruiken!

In de videoclip wordt een van-mol-naar-en-terug schema gebruikt die een extra begrip (Vm) bevat. Dit begrip mag je vergeten. Daardoor wordt de oefenopgave ook iets anders dan in de videoclip.

 

Oefen weer met de opgavengenerator. Maak minimaal vijf opgaven.

4.2 Rekenen aan reacties

Maak in je werkdocument alle opdrachten tot en met opdracht 11 voordat je verder gaat met de e-klas.

Lever je opdrachten t/m 12 in via de onedrive, IL of op papier.Vraag aan je docent wat de bedoeling is!

bron: tc3.edu
bron: tc3.edu

5 Elementenanalyse

bron: lab-initio.com
bron: lab-initio.com

Na dit hoofdstuk kun je:

- de massapercentages in verbindingen experimenteel bepalen
- de massapercentages in verbindingen theoretisch bepalen
- met behulp van het massapercentage het een-na-laatste ingrediënt decoderen voor de pudding

5.1 Massapercentage koolstof in kristalsuiker

Uiteraard is ook suiker één van de ingrediënten van de sticky toffee pudding. Het zit zowel in de pudding als in de saus. Tijdens het maken van de saus laat je de suiker karameliseren. Dat is een nauwkeurig werkje. Als je te sterk verhit zal de suiker namelijk gaan verkolen. We gaan deze vaardigheid oefenen in het nu volgende onderzoek. Daarnaast proberen we langs experimentele weg het massapercentage koolstof te bepalen. Dit doen we zoals gezegd door de suiker te verwarmen en vervolgens te verhitten. Hierbij vindt ontleding plaats. De uitkomst ga je vergelijken met de theoretische waarde. De theoretische waarde van het massapercentage van een element in een verbinding kun je eenvoudig berekenen, als je de formule van de verbinding hebt.

 

Oefen eerst een paar keer met de opgavengenerator.

Experiment 2

Inleiding

In dit onderzoek gaan we kristalsuiker verwarmen. Wat gebeurt er precies bij het verwarmen van suiker? In eerste instantie zal de suiker gaan karameliseren: de suiker wordt omgezet tot karamel door verhitting op een laag vuur. Dat vraagt veel precisie omdat karamel oneetbaar wordt als de temperatuur boven de 170°C stijgt. Karamelisering is één van de belangrijkste typen bruinkleuringsprocessen in de levensmiddelenindustrie en leidt tot aangename kleur- en smaakvorming in bijvoorbeeld brood en banket. Ongewenste effecten van karameliseren zijn de geur van verbrande suiker en het zwart worden van levensmiddelen. Bij sterkere verhitting vindt verkoling plaats.

Onderzoeksvraag

Wat is het massapercentage koolstof in kristalsuiker?

Beschikbare materialen

Harde reageerbuis (met tekentje), reageerbuisknijper, balans, brander

Werkplan en uitvoering

Maak een werkplan waarin je beschrijft hoe je het massapercentage koolstof in kristalsuiker gaat bepalen. In je werkplan staat hoe je het probleem gaat aanpakken, en wát en hoe je gaat meten. Voer je werkplan uit.

Verwerking

Maak een verslag van experiment 2.  De formule van kristalsuiker is C12H22O11(s). Let bij je berekeningen op het aantal significante cijfers!


Decoderen van het recept: de saus is af!

Voor de karamelsaus had je nodig:

- 1,4 1023 moleculen suiker
- 15 massa% boter
- 39 g donkere stroop (eetlepel = 15 mL en ρ = 1,3 g cm-3)
- 1,0 10-4 m3 slagroom


Drie van deze vier ingrediënten heb je als het goed is al verdiend. Ga na welke drie dit zijn en bereken hiermee het aantal gram van het nog ontbrekende ingrediënt. Lukt dit? Dan is de saus helemaal af! (Aan het einde van deze e-klas lever jij je recept in. Deze wordt nagekeken en is onderdeel van een PO-cijfer.)

5.2 Massapercentage kristalwater in blauwe kopersulfaat

We doen nogmaals een massapercentage-bepaling. Ditmaal met een stof die niet kán verkolen aangezien de stof geen koolstof bevat. Langs experimentele weg gaan we het massapercentage kristalwater in een hydraat bepalen. Dit doen we wederom door de stof te verwarmen. Hierbij verliest het hydraat zijn kristalwater. De uitkomst gaan we weer vergelijken met de theoretische waarde.

Experiment 3 (keuze)

Inleiding

Blauw kopersulfaat is een hydraat. De triviale naam blauw kopersulfaat staat voor kopersulfaatpentahydraat, CuSO4 • 5 H2O(s).

Onderzoeksvraag

Wat is het massapercentage kristalwater in blauw kopersulfaat?

Beschikbare materialen, werkplan en uitvoering

Pyrex reageerbuis (gehard glas), reageerbuisknijper, balans, brander

Werkplan en uitvoering

Maak een werkplan waarin je beschrijft hoe je het massapercentage kristalwater in blauw kopersulfaat gaat bepalen. In je werkplan staat hoe je het probleem gaat aanpakken, en wát en hoe je gaat meten. Voer je werkplan uit.

 

 

Verwerking

Noteer alles in je verslag.

6 Rekenen met concentraties

bron: mhhe.com
bron: mhhe.com

Na dit hoofdstuk kun je:

- werken met de chemische concentratie aanduiding: het begrip molariteit
- de molariteit van zowel ‘gewone’ oplossingen als zoutoplossingen uitrekenen
- rekenen aan neerslagreacties

6.1 De chemische concentratie aanduiding

Molariteit

Er zijn verschillende manieren om van een oplossing de concentratie of het gehalte aan te geven. Op producten kun je aanduidingen vinden als massa- en volumeprocent, maar ook het aantal gram per 100 mL of per 100 g product. Zo bevat bier 5,0 volume% alcohol en zit er in volle melk 4,0 gram eiwit per 100 g. In de chemie werken we liever met een andere concentratie aanduiding: de molariteit (M) oftewel het aantal mol per liter (mol L-1). Bekijk de afbeeldingen hieronder.

bron: sonnykim123.blogspot.com
bron: sonnykim123.blogspot.com

Voorbeeld 1

De oplosbaarheid van zuurstof in water van 293 K is 1,38.10-3 mol L-1 (zie Binas-tabel 44). We zeggen ook wel dat de oplossing 1,38.10-3 molair is. De zuurstofconcentratie noteren we dan als [O2] = 1,38.10-3 M. De hoofdletter ’M’ wordt dus niet alleen gebruikt voor molecuulmassa (u) en molmassa (g mol-1), maar ook voor molariteit (mol L-1). Let dus goed op waarvoor de ‘M’ staat.

Maak van elk type opgaven (er zijn drie soorten) in de opgavengenerator minimaal drie opgaven.

Van massa en volume naar molariteit

van volume en molariteit naar massa

van massa en molariteit naar volume

Voorbeeld 2

De oplosbaarheid van bariumnitraat in water van 298 K is 102 gram per liter. Om de molariteit uit te rekenen moet je van gram naar mol: 102 g ÷ 261,3 g mol-1 = 0,390 mol. De molariteit van de oplossing is dus 0,390 M. Voor de concentratie van de ionen heb je de oplosvergelijking nodig:

Uit één deeltje bariumnitraat ontstaan dus één bariumion en twee nitraationen. De concentratie van de nitraationen is dus twee keer zo groot. Voor de concentraties van de ionen geldt dan:

Oefening: Even oefenen

Start

Oefen weer met de opgavengenerator. De opgeloste stoffen zijn nu in ionen gesplitst. Maak van elk type opgaven minimaal drie sommen.

van massa en volume naar molariteit

van volume en molariteit naar massa

van massa en molariteit naar volume

6.2 Rekenen aan oplossingen

Wat is ook al weer een neerslagreactie?

Bekijk de volgende simulatie.

Kies er twee

Rekenen aan reacties in oplossing

Een van de problemen bij het rekenen met oplossingen is de molverhouding waarin stoffen reageren. Bij neerslagreacties zijn we gewend om de tribune-ionen weg te laten. Als we een aluminiumsulfaat-oplossing laten reageren met een natriumfosfaat-oplossing dan krijgen we:

Hieruit leid je af dat de molverhouding tussen de aluminiumionen en de fosfaationen 1 : 1 is.

Als je echter gaat kijken naar de molverhouding tussen de stoffen aluminiumsulfaat en natriumfosfaat, reageert er feitelijk 0,5 mol Al2(SO4)3 met 1 mol Na3PO4. Om 1 mol Al3+(aq) te krijgen moet je namelijk 0,5 mol Al2(SO4)3 oplossen en om 1 mol PO43-(aq) te krijgen moet je 1 mol Na3PO4 oplossen. De molverhouding tussen aluminiumsulfaat en natriumfosfaat is dus 1 : 2. Het mag eigelijk niet, maar voor het rekenen aan een neerslagreactie is het gemakkelijker om de reactievergelijking in vaste stof notaties weer te geven. Dan krijg je namelijk dit:

Zoals je ziet is hier de molverhouding wel eenvoudig af te leiden.

Oefening: Even oefenen

Start

7 A Big Mac

bron: thewvsr.com
bron: thewvsr.com

Grenswaarden werden tot voor kort MAC-waarden genoemd. Dan is de link met de Big Mac gauw gelegd!

Na dit hoofdstuk kun je:

- de begrippen grenswaarden en ppm uitleggen
- rekenen met grenswaarden en ppm's
- een massa of volume ppm berekenen en toepassen

7.1 Grenswaarden en ppm's

Grenswaarden en PPM’s

In ons milieu komen allerlei schadelijke stoffen voor. Die worden geproduceerd tijdens uiteenlopende processen waarbij stoffen met elkaar reageren. Een voorbeeld is het kopieerapparaat, waarbij ozon geproduceerd wordt of een zwembad waar chloorgas in de lucht aanwezig is.

Ozon en chloor zijn schadelijk voor je gezondheid. Daarom is bepaald hoeveel mg van deze stoffen maximaal aanwezig mag zijn in 1,0 m3 lucht. Dat noem je de grenswaarde van een stof. In Binas tabel 97 kun je van een aantal gevaarlijke stoffen de grenswaarde opzoeken. Je vindt nog meer gegevens over de giftigheid van een aantal stoffen.

Een vaak gehanteerde eenheid voor gassen is ppm: parts per million. Voor vaste stoffen (in de context van luchtvervuiling ook wel fijnstof genoemd) is de eenheid meestal mg m-3. Parts per million (ppm) valt in hetzelfde rijtje als procent ("per honderd") en promille ("per duizend"). Dat wil dus zeggen dat 1 ppm één deel in 1.000.000 is, ofwel duizend keer zo weinig als een promille. Net als bij massapercentage en volumepercentage kun je spreken over massa-ppm en volume-ppm. De (dimensieloze) eenheid ppm wordt vooral veel gebruikt om lage concentraties aan te duiden in de scheikunde en dan in het bijzonder binnen de toxicologie (giftigheidsleer) en de milieukunde. Als je bijvoorbeeld 1 liter (ca. 1 kg, 1.000 g) water drinkt dat met 1 massa-ppm lood verontreinigd is, krijg je in totaal 1 milligram (0,001 g) van het zware metaal naar binnen, oftewel 1 mg lood per 1.000.000 mg water. Grenswaarden van verontreinigingen worden zoals gezegd dikwijls in ppm's uitgedrukt of in eenheden die nog kleiner zijn, zoals ppb (parts per billion).

In een overzichtelijk rijtje:

· 1 procent = 10-2

· 1 promille = 10-3

· 1 ppm = 10-6

· 1 ppb = 10-9

 

 

Oefening: Even oefenen

Start

Lever je volledig gemaakte werkdocument in via de onedrive, IL of op papier. Vraag aan je docent wat de bedoeling is!

8 Een sticky toffee pudding

bron: guardian.co.uk
bron: guardian.co.uk

Na dit hoofdstuk kun je:

- op experimentele wijze het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen
- een sticky toffee pudding bakken
- een sticky toffee saus maken
- met behulp van een molberekening het laatste ingrediënt voor de pudding decoderen

8.1 Massapercentage zuiveringszout in bakpoeder

Experiment 4 (keuze)

Inleiding

Zuiveringszout is het laatste ingrediënt dat je nog nodig hebt voor je recept. Het zorgt er voor dat tijdens het bakproces de sticky toffee pudding lekker luchtig wordt. Helaas is zuiveringszout nog maar nauwelijks te krijgen in de winkel. In plaats daarvan gaan we bakpoeder gebruiken. Dat bevat zuiveringszout, maar niet in zuivere vorm. In het volgende onderzoek gaan we het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder Dr. Oetker bepalen. Zoals je in eerder onderzoek hebt kunnen zien, ontleedt zuiveringszout bij verwarming in natriumcarbonaat, water en koolstofdioxide. Daarnaast bevat Dr. Oetker bakpoeder volgens de verpakking nog wat andere ingrediënten waaronder zetmeel. Houd er rekening mee dat het zetmeel ook kan gaan ontleden tijdens het verhitten.

Onderzoeksvraag

Wat is het massapercentage zuiveringszout in Dr. Oetker bakpoeder?

Werkwijze

Stel eerst de reactieververgelijking op en bepaal de molverhouding waarin zuiveringszout verdwijnt en koolstofdioxide ontstaat. Met behulp van deze molverhouding kun je het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen. Stel eerst je hypothese op, maak dan een werkplan en voer dat uit.

Verwerking

Verwerk al je resultaten in een verslag.

HET RECEPT

Je hebt al een paar dingen eerder uitgerekend, zoek nog eens terug:

  • het aantal mol CO2 tijdens het bakproces
  • het aantal gram zuiveringszout dat nodig is voor de productie van deze hoeveelheid koolstofdioxide

Bereken met de uitkomst van het experiment het aantal gram Dr. Oetker bakpoeder dat je denkt nodig te hebben. 

Gelukt? Dan is je recept af en is het eindelijk tijd om te gaan bakken!

Lever je gedecodeerde recept in via de onedrive, IL of op papier. Vraag aan je docent wat de bedoeling is!

 

8.2 Het bakken van de sticky toffee pudding

Baking time!


Eindelijk is het zover. Je weet nu genoeg over de chemie van bakken, rijsmiddelen, ingrediënten en hoeveelheden om aan de slag te gaan. Wat bak jij er van? We zijn erg benieuwd! Je werkt in tweetallen. Bak de sticky toffee pudding, maak de saus en neem ze de volgende les mee naar school. Maak per tweetal afspraken over wie wat doet (bijvoorbeeld: de één maakt de pudding en de ander de saus). Je kunt de pudding overigens ook van tevoren maken en invriezen. De saus is goed te bewaren in de koelkast. Verder zorgt de docent voor roomijs of slagroom om erbij te serveren! 

En om met Rudolph van Veen van 24 Kitchen te spreken: "Koken hoeft niet lang te duren. Maak het jezelf vooral gemakkelijk, maar maak het wel altijd lekker!"
 

9 Oefenen

We zijn aan het einde gekomen van de e-klas Wat bak jij er van? over chemisch rekenen. Uiteraard hopen we dat na het maken van de module over chemisch rekenen, dit onderwerp voor jou geen geheimen meer heeft en dat je er wat van bakt op de eindtoets. Je gaat zo beginnen aan de voorbeeld proefwerkopgaven om je goed voor te bereiden op de eindtoets over dit onderwerp.

Succes!

 

Proefwerkopgaven chemisch rekenen

Maak de vragen hieronder. De antwoorden komen op It's Learning te staan.

Verrijkt uranium

Bij Urenco in Almelo wordt uranium verrijkt. Dat wil zeggen dat het massapercentage van het radioactieve U-235 isotoop wordt verhoogd van de natuurlijke waarde tot 3,5 massaprocent. Dit doet men door eerst van natuurlijk uranium de stof uraniumhexafluoride, UF6(g), te maken. Door deze stof in de gasvorm te ‘centrifugeren' zullen de zware moleculen naar de buitenkant van de centrifuge worden geslingerd. De moleculen met een kleinere massa worden aan de binnenkant ‘afgetapt'.

1. Hoe groot is het natuurlijke percentage U-235?

2. Geef de samenstelling van de kern van het meest voorkomende isotoop van uranium.

3. Bereken hoeveel massaprocent het molecuul UF6, opgebouwd uit U-235, minder is ten opzichte van de gemiddelde molecuulmassa UF6.

Tandpasta

In sommige fluoride tandpasta's is het zout natriumfluoride aanwezig. In merk A zit 0,10 massaprocent fluoride. In merk B zit 2,0 mg natriumfluoride per gram tandpasta.

4. Leg uit in welk van de twee merken het fluoridegehalte het hoogste is.

Vloeibaar schuurmiddel

Een vloeibaar schuurmiddel bevat diverse bestanddelen, waaronder een vaste stof die voor het schurend effect zorgt. Daarnaast bevat het water en zeepachtige stoffen. De vaste stof bestaat voor het grootste gedeelte uit calciumcarbonaat. Als je vloeibaar schuurmiddel in contact brengt met een zure oplossing, ontstaat een gas. Als je de hoeveelheid vrijgekomen gas meet, kun je daaruit met behulp van de reactievergelijking het calciumcarbonaatgehalte bepalen. De reactievergelijking van calciumcarbonaat met azijnzuur is:

CaCO3(s) + 2 CH3COOH(aq) → Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l) + 2 CH3COO-(aq)

Janneke en Mark wegen 0,66 g vloeibaar schuurmiddel af, voegen 30 ml azijnzuuroplossing toe (dit is een overmaat) en vangen het koolstofdioxidegas op.

8. Teken de opstelling die Janneke en Mark bij deze proef gebruiken.

Ze vangen 0,063 dm3 gas op. Neem aan dat onder deze omstandigheden geldt: 1 mol gas =  24,0 dm3.

9. Bereken het massa% calciumcarbonaat in het vloeibare schuurmiddel dat Janneke en Mark onderzochten.

Aluin

Aluin heeft de formule KAl(SO4)2•12H2O(s).

10. Bereken het massapercentage kristalwater in aluin.

Zuigelingenvoeding

Op de verpakking van zuigelingenvoeding staat, dat het per drie maatschepjes (één maatschepje = 13,5 g) onder andere bevat:

  • 1,458 gram eiwit
  • 7,790 gram lactose, C12H22O11
  • 3,645 gram vet
  • 0,338 gram water
  • 0,419 mg ijzerionen

11. Bereken het massapercentage eiwit in zuigelingenvoeding.

12. Bereken het massapercentage zuurstof in lactose.

13. Bereken het aantal mmol lactose in drie maatschepjes.

14. Bereken het aantal ijzerionen in drie maatschepjes.

Hydrazine

Op 28 mei 1984 stortte bij het Duitse plaatsje Linz am Rhein een General Dynamics F16 gevechtsvliegtuig van de vliegbasis Volkel neer. Bij dit ongeval werden twee mensen op slag gedood. Later bleek dat de tank van 26 liter hydrazine (70% hydrazine, 30% water) leeggelopen was. Door de vrees voor vergiftiging door het vrijgekomen hydrazine hebben zo'n 380 omwonenden, brandweerlieden en militairen een uitvoerig bloedonderzoek moeten ondergaan.

Hydrazine (N2H4) wordt in de F16 gebruikt als brandstof voor de generator van het noodstroomsysteem en is een kleurloze en snel verdampende vloeistof. Het kookpunt van hydrazine is 113,5 oC en bij 52 oC vormt de stof met lucht een explosief gasmengsel. De grenswaarde bedraagt 0,1 massa-ppm, de reukgrens 2 tot 3 massa-ppm. De grenswaarde van hydrazine is laag omdat de stof kankerverwekkend is en zeer reactief is ten opzichte van dierlijk (menselijk) weefsel. Spatten in het oog kunnen blijvende beschadigingen veroorzaken; longen, lever en nieren kunnen worden aangetast.

17. Geef de structuurformule van hydrazine.

Hydrazine kan worden geproduceerd door ammoniak met waterstofperoxide (H2O2) te laten reageren, waarbij ook water ontstaat.

18. Geef de reactievergelijking.

19. Verklaar de zeer goede oplosbaarheid van hydrazine in water.

20. Hoe zou je een hoeveelheid hydrazine snel (vrij) onschadelijk kunnen maken?

Bij sommige stoffen kan door ruiken worden vastgesteld of de grenswaarde is overschreden.

21. Geldt dat ook voor hydrazine? Motiveer je antwoord.

Hydrazine wordt ook op grote schaal gebruikt als anticorrosiemiddel in boilers en stoomketels. N2H4 reageert namelijk snel met zuurstof:

N2H4(aq) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(l)

Water waarmee boilers worden gevoed, bevat in de regel 0,010 massa-ppm zuurstof.

23. Bereken hoeveel ton water van zuurstof kan worden ontdaan met 1,0 kg hydrazine.

Over deze module

Documenten

Docentenhandleidingen en toetsen zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten: zie colofon.

Open bestand Docentenhandleiding

Open bestand Antwoorden werkdocument en extra oefenopgaven

Open bestand Handreiking blended learning

Colofon

Auteurs

Aan deze module hebben de volgende mensen gewerkt:

Auteurs:
  • Henk Ubbels, Zaanlands Lyceum, Zaandam
  • Hans van Dijk, Cygnus Gymnasium, Amsterdam

Redactie:

  • Hanna Westbroek, Vrije Universiteit, Amsterdam
  • De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs, Amsterdam

Technische ondersteuning:

  • Rob Ouwerkerk, Stedelijk Gymnasium, Haarlem
  • José Carlos Caballero, Cygnus Gymnasium, Amsterdam
  • Habib Rejaibi, Cygnus Gymnasium, Amsterdam

Oorsprong materiaal

In deze module is gebruik gemaakt van werk dat afkomstig is uit de methode "Chemie in Onderzoek".

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/.

Deze module is aangepast voor 4 HAVO door Herma Mondeel en Eline Velthof