Bij de reactie C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 reageert 16 g C6H12O6 volledig (de andere beginstoffen in overmaat) en wordt 6,96 g C2H5OH opgevangen. Bereken het rendement Y.
M(C6H12O6) = 180,16 g/molM(C2H5OH) = 46,07 g/molwerkelijk: 6,96 g
Y = %
3.Molariteit en verdunningGemiddeld
Je hebt 1000 mL van een 0,3 mol/L oplossing nodig en hebt een stamoplossing van 0,5 mol/L. Hoeveel water Vwater voeg je toe aan de stamoplossing?
c1 = 0,5 mol/Lc2 = 0,3 mol/LV2 = 1000 mL
Vwater = mL
4.Molariteit en verdunningMoeilijk
250 mL van een 2 mol/L oplossing wordt gemengd met 400 mL van een 0,75 mol/L oplossing van dezelfde stof. Bereken de concentratie c van het mengsel (de volumes zijn additief).
c1 = 2 mol/LV1 = 250 mLc2 = 0,75 mol/LV2 = 400 mL
c = mol/L
5.Ideale gaswetGemiddeld
Een tank van 5 L bevat 490 g CH₄ bij 5 °C. Behandel het als een ideaal gas en vind de druk P.
Een blok zink van 100 g (c = 0,388 J/(g·°C)) met een temperatuur van 120 °C wordt in een geïsoleerde beker met 300 g water (c = 4,18 J/(g·°C)) van 15 °C gelegd. Bereken de eindtemperatuur Tf.
Gebruik de standaardvormingsenthalpieën om de warmte q te berekenen die vrijkomt als 50 g C4H10 (M = 58,12 g/mol) volledig verbrandt: 2C4H10 + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O(l). Geef q als positief getal.
0,25 mol/L H₂ en 0,25 mol/L I₂ worden in een vat gebracht en reageren: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, met Kc = 36. Bereken de evenwichtsconcentratie [HI].
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,25 mol/LKc = 36
[HI] = mol/L
10.Chemisch evenwichtMoeilijk
PCl₅ ontleedt: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, met Kc = 0,2 bij de reactietemperatuur. Een vat bevat aan het begin alleen 0,2 mol/L PCl₅. Bereken de evenwichtsconcentratie [Cl2].
[PCl₅]₀ = 0,2 mol/LKc = 0,2
[Cl2] = mol/L
11.pH & buffersGemiddeld
Bereken de pH pH van een 0,05 mol/L-oplossing benzoëzuur (Ka = 6,3 × 10⁻⁵).
c = 0,05 mol/LKa = 6,3 × 10⁻⁵
pH =
12.pH & buffersMoeilijk
Een buffer van 1,00 L bevat 0,2 mol waterstoffluoride en 0,25 mol van de geconjugeerde base (Ka = 0,00068). Er wordt 0,025 mol NaOH toegevoegd. Bereken de nieuwe pH pH.
Stoichiometrie: een kloppende reactievergelijking telt deeltjes, geen grammen. Reken massa om naar mol met n = m/M, gebruik de coëfficiënten als molverhouding en reken terug met m = n·M. Bij twee beginstoffen is de beperkende reactant de stof die het eerst op is en bepaalt hoeveel product ontstaat.
Mol van elke beginstof
n(Fe2O3) = 16/159,69 = 0,1002 mol
n(CO) = 64/28,01 = 2,285 mol
Beperkende reactant
0,1002/1 = 0,1002, 2,285/3 = 0,7616 → Fe2O3
Massa product
n(CO2) = 0,1002·3 = 0,3006 mol
m = 0,3006·44,01 = 13,23 g
Antwoord
m = 13,23 g
2.Stoichiometrie
Antwoord: Y = 85,05 %
Stoichiometrie: een kloppende reactievergelijking telt deeltjes, geen grammen. Reken massa om naar mol met n = m/M, gebruik de coëfficiënten als molverhouding en reken terug met m = n·M. Bij twee beginstoffen is de beperkende reactant de stof die het eerst op is en bepaalt hoeveel product ontstaat.
Theoretische opbrengst
n(C6H12O6) = 16/180,16 = 0,08881 mol
m = 0,08881·2/1·46,07 = 8,183 g
Rendement
Y = 6,96/8,183·100 = 85,05%
Antwoord
Y = 85,05%
3.Molariteit en verdunning
Antwoord: Vwater = 400 mL
Molariteit: concentratie c = n/V in mol/L, met n = m/M. Bij verdunnen voeg je oplosmiddel toe maar geen opgeloste stof, dus het aantal mol blijft gelijk: c₁·V₁ = c₂·V₂. Als je twee oplossingen van dezelfde stof mengt, tel je de mollen op en ook de volumes.
Volume stamoplossing
V1 = c2·V2/c1 = 0,3·1000/0,5 = 600 mL
Toe te voegen water
Vwater = 1000 − 600 = 400 mL
Antwoord
Vwater = 400 mL
4.Molariteit en verdunning
Antwoord: c = 1,231 mol/L
Molariteit: concentratie c = n/V in mol/L, met n = m/M. Bij verdunnen voeg je oplosmiddel toe maar geen opgeloste stof, dus het aantal mol blijft gelijk: c₁·V₁ = c₂·V₂. Als je twee oplossingen van dezelfde stof mengt, tel je de mollen op en ook de volumes.
Totale hoeveelheid
n = 2·250 + 0,75·400 = 800 mmol
Concentratie van het mengsel
c = 800/650 = 1,231 mol/L
Antwoord
c = 1,231 mol/L
5.Ideale gaswet
Antwoord: P = 14129 kPa
Ideale gaswet: PV = nRT, met n = m/M.
Mol
n = m/M = 490/16,04 = 30,55 mol
T = 5 + 273,15 = 278,1 K
Druk
P = nRT/V = 30,55·8,314·278,1/0,005 = 14129 kPa
Antwoord
P = 14129 kPa
6.Ideale gaswet
Antwoord: ρ = 1,274 kg/m³
Dichtheid van een ideaal gas: ρ = PM/(RT).
Herschrijf de gaswet
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 180 + 273,15 = 453,1 K
Dichtheid
ρ = 150·32/(8,314·453,1) = 1,274 kg/m³
Antwoord
ρ = 1,274 kg/m³
7.Calorimetrie en enthalpie
Antwoord: Tf = 18,15 °C
Warmte en enthalpie: om een stof te verwarmen is q = m·c·ΔT nodig. In een calorimeter is de warmte die het warme voorwerp afstaat gelijk aan de warmte die het koude opneemt. De enthalpieverandering van een reactie volgt uit de vormingsenthalpieën: ΔH° = ΣΔH°f(producten) − ΣΔH°f(beginstoffen), elk vermenigvuldigd met de coëfficiënt.
Warmtebalans
100·0,388·(120 − Tf) = 300·4,18·(Tf − 15)
Los de eindtemperatuur op
Tf = (38,8·120 + 1254·15)/(38,8 + 1254) = 18,15 °C
Antwoord
Tf = 18,15 °C
8.Calorimetrie en enthalpie
Antwoord: q = 2475 kJ
Warmte en enthalpie: om een stof te verwarmen is q = m·c·ΔT nodig. In een calorimeter is de warmte die het warme voorwerp afstaat gelijk aan de warmte die het koude opneemt. De enthalpieverandering van een reactie volgt uit de vormingsenthalpieën: ΔH° = ΣΔH°f(producten) − ΣΔH°f(beginstoffen), elk vermenigvuldigd met de coëfficiënt.
Chemisch evenwicht: voor aA + bB ⇌ cC + dD is de evenwichtsconstante Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), met de concentraties bij evenwicht. Een ICE-tabel (Begin, Verandering, Evenwicht) koppelt de beginhoeveelheden aan de evenwichtshoeveelheden via één onbekende x, vermenigvuldigd met de coëfficiënten.
Chemisch evenwicht: voor aA + bB ⇌ cC + dD is de evenwichtsconstante Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), met de concentraties bij evenwicht. Een ICE-tabel (Begin, Verandering, Evenwicht) koppelt de beginhoeveelheden aan de evenwichtshoeveelheden via één onbekende x, vermenigvuldigd met de coëfficiënten.
Evenwichtsvoorwaarde
0,2 = x²/(0,2 − x) → x² + 0,2·x − 0,04 = 0
Los de vierkantsvergelijking op
x = (−0,2 + √(0,2² + 4·0,04))/2 = 0,1236 mol/L
Evenwichtsconcentratie
[Cl₂] = x = 0,1236 mol/L
Antwoord
[Cl2] = 0,1236 mol/L
11.pH & buffers
Antwoord: pH = 2,759
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] en pOH = −log₁₀[OH⁻], met pH + pOH = 14 bij 25 °C. Sterke zuren en basen ioniseren volledig. Een zwak zuur maar gedeeltelijk: Ka = x²/(c − x), met x = [H₃O⁺]. Een buffer van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base volgt Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
Evenwicht
HA ⇌ H⁺ + A⁻: x mol/L zuur ioniseert.
Ka = x²/(0,05 − x) → x = 0,001744 mol/L
pH
pH = −log(0,001744) = 2,759
Antwoord
pH = 2,759
12.pH & buffers
Antwoord: pH = 3,364
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] en pOH = −log₁₀[OH⁻], met pH + pOH = 14 bij 25 °C. Sterke zuren en basen ioniseren volledig. Een zwak zuur maar gedeeltelijk: Ka = x²/(c − x), met x = [H₃O⁺]. Een buffer van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base volgt Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
Neutralisatie
n(HA) = 0,2 − 0,025 = 0,175 mol
n(A⁻) = 0,25 + 0,025 = 0,275 mol
Henderson–Hasselbalch
pH = 3,167 + log(0,275/0,175) = 3,364
Antwoord
pH = 3,364
13.Reactiekinetiek
Antwoord: CA = 0,04 mol/L
Reactiesnelheden: voor een eerste-orde reactie geldt −dC/dt = kC, dus C = C₀·e−kt en de halveringstijd ln 2/k hangt niet af van de concentratie. Voor een tweede-orde reactie geldt 1/C = 1/C₀ + kt. De snelheidsconstante stijgt met de temperatuur volgens Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).
Geïntegreerde tweede-orde vergelijking
1/CA = 1/CA0 + kt = 1 + 0,8·30 = 25 L/mol
CA = 1/25 = 0,04 mol/L
Antwoord
CA = 0,04 mol/L
14.Reactiekinetiek
Antwoord: k2 = 0,7752 min⁻¹
Reactiesnelheden: voor een eerste-orde reactie geldt −dC/dt = kC, dus C = C₀·e−kt en de halveringstijd ln 2/k hangt niet af van de concentratie. Voor een tweede-orde reactie geldt 1/C = 1/C₀ + kt. De snelheidsconstante stijgt met de temperatuur volgens Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).