Algemene chemie: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 14 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgaven Terug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Stoichiometrie

Mol: n = m/M
Concentratie: c = n/V
Molverhouding: gebruik de coëfficiënten van de kloppende reactievergelijking
Beperkende reactant: degene die het eerst op is
Rendement: werkelijk / theoretisch × 100%

Methode

Schrijf de reactievergelijking op en maak hem kloppend.
Reken de gegeven massa om naar mol: n = m/M.
Gebruik de coëfficiënten als molverhouding om de mol van de gezochte stof te vinden.
Reken terug naar massa met m = n·M. Bepaal bij twee reactanten eerst de beperkende reactant.

Molariteit en verdunning

Molariteit: c = n/V (mol/L)
Mol: n = m/M
Verdunning: c₁V₁ = c₂V₂
Mengen: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Methode

Reken massa om naar mol met n = m/M.
Reken het volume om naar liter.
Molariteit c = n/V in mol/L.
Bij een verdunning blijft het aantal mol gelijk: c₁V₁ = c₂V₂.

Ideale gaswet

Ideale gaswet: pV = nRT
Gasconstante: R = 8,314 J/(mol·K)
Algemene gaswet: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Mol: n = m/M
Temperatuur: T[K] = T[°C] + 273,15

Calorimetrie en enthalpie

Warmte: q = m·c·ΔT
Water: c = 4,18 J/(g·°C)
Calorimeter: afgestane warmte = opgenomen warmte
Reactie-enthalpie: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Chemisch evenwicht

Evenwichtsconstante: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
ICE-tabel: Begin, Verandering (×coëfficiënt), Evenwicht
Vierkantsvergelijking: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Methode

Schrijf K_c als producten gedeeld door reactanten, elk tot de macht van zijn coëfficiënt.
Maak een BOE-tabel (ICE): Begin, Omzetting (in stappen van x maal de coëfficiënten), Evenwicht.
Vul de evenwichtsuitdrukkingen in K_c in en los op naar x.
Controleer of x klein genoeg is voor een benadering; los anders de vierkantsvergelijking op.

pH & buffers

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Zwak zuur: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Buffer: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Verdunning: c₁V₁ = c₂V₂

Methode

Bepaal of het zuur of de base sterk (volledig gedissocieerd) of zwak is.
Sterk zuur: [H⁺] is gelijk aan de concentratie ervan. Sterke base: bereken eerst [OH⁻].
Zwak zuur: los K_a = x²/(c − x) op naar x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], en pH + pOH = 14 bij 25 °C.

Reactiekinetiek

Eerste orde: ln(C_A/C_A0) = −kt
Halveringstijd (eerste orde): t_½ = ln 2/k
Tweede orde: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
Twee temperaturen: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Oefenopgaven

1.StoichiometrieGemiddeld

20 g Na en 48 g Cl₂ reageren volgens 2Na + Cl₂ → 2NaCl. Hoeveel massa m NaCl kan er ontstaan?

M(Na) = 22,99M(Cl₂) = 70,9M(NaCl) = 58,44 g/mol

m = g

2.StoichiometrieMoeilijk

Bij de reactie CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O reageert 8 g CH₄ volledig (de andere beginstoffen in overmaat) en wordt 20,63 g CO₂ opgevangen. Bereken het rendement Y.

M(CH₄) = 16,04 g/molM(CO₂) = 44,01 g/molwerkelijk: 20,63 g

Y = %

3.Molariteit en verdunningGemiddeld

Je hebt 200 mL van een 0,2 mol/L oplossing nodig en hebt een stamoplossing van 2 mol/L. Welk volume V₁ stamoplossing heb je nodig?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0,2 mol/LV₂ = 200 mL

V₁ = mL

4.Molariteit en verdunningMoeilijk

250 mL van een 0,4 mol/L oplossing wordt gemengd met 50 mL van een 0,3 mol/L oplossing van dezelfde stof. Bereken de concentratie c van het mengsel (de volumes zijn additief).

c₁ = 0,4 mol/LV₁ = 250 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 50 mL

c = mol/L

5.Ideale gaswetGemiddeld

Welk volume V neemt 90 g CO₂ in bij 600 kPa en 5 °C? Behandel het als een ideaal gas.

m = 90 gM = 44,01 g/molP = 600 kPaT = 5 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Ideale gaswetMoeilijk

Een vaste hoeveelheid N₂ gaat van 100 kPa, 10 L, 10 °C naar 350 kPa en 70 °C. Vind het nieuwe volume V₂.

P₁ = 100 kPaV₁ = 10 LT₁ = 10 °CP₂ = 350 kPaT₂ = 70 °C

V₂ = L

7.Calorimetrie en enthalpieGemiddeld

Een blok lood van 75 g (c = 0,129 J/(g·°C)) met een temperatuur van 100 °C wordt in een geïsoleerde beker met 400 g water (c = 4,18 J/(g·°C)) van 17 °C gelegd. Bereken de eindtemperatuur T_f.

m_metal = 75 gc_metal = 0,129 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 400 gT_water = 17 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Calorimetrie en enthalpieMoeilijk

Gebruik de standaardvormingsenthalpieën om ΔH° te berekenen voor de reactie C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l).

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

9.Chemisch evenwichtGemiddeld

0,2 mol/L H₂ en 0,2 mol/L I₂ worden in een vat gebracht en reageren: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, met K_c = 54. Bereken de evenwichtsconcentratie [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LK_c = 54

[H₂] = mol/L

10.Chemisch evenwichtMoeilijk

PCl₅ ontleedt: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, met K_c = 0,5 bij de reactietemperatuur. Een vat bevat aan het begin alleen 0,2 mol/L PCl₅. Bereken de evenwichtsconcentratie [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0,2 mol/LK_c = 0,5

[Cl₂] = mol/L

11.pH & buffersGemiddeld

Bereken de pH pH van een 0,1 mol/L-oplossing hypochlorigzuur (Ka = 3 × 10⁻⁸).

c = 0,1 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸

pH =

12.pH & buffersMoeilijk

Een buffer van 1,00 L bevat 0,25 mol melkzuur en 0,2 mol van de geconjugeerde base (Ka = 0,00014). Er wordt 0,02 mol NaOH toegevoegd. Bereken de nieuwe pH pH.

n(HA) = 0,25 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 0,00014

pH =

13.ReactiekinetiekGemiddeld

In een eerste-orde reactie daalt de concentratie van A van 1,2 mol/L naar 0,24 mol/L in 60 min. Vind de snelheidsconstante k.

C_A0 = 1,2 mol/LC_A = 0,24 mol/Lt = 60 min

k = min⁻¹

14.ReactiekinetiekMoeilijk

Een reactie heeft een snelheidsconstante van 0,1 min⁻¹ bij 35 °C en een activeringsenergie van 120 kJ/mol. Vind de snelheidsconstante k₂ bij 75 °C.

k₁ = 0,1 min⁻¹T₁ = 35 °CT₂ = 75 °CE_a = 120 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Oplossingen

1.Stoichiometrie

Antwoord: m = 50,84 g

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(Na) = 20/22,99 = 0,8699 mol

n(Cl₂) = 48/70,9 = 0,677 mol

Beperkende reactant

0,8699/2 = 0,435, 0,677/1 = 0,677 → Na

Massa product

n(NaCl) = 0,435·2 = 0,8699 mol

m = 0,8699·58,44 = 50,84 g

Antwoord

m = 50,84 g

2.Stoichiometrie

Antwoord: Y = 93,99 %

Theoretische opbrengst

n(CH₄) = 8/16,04 = 0,4988 mol

m = 0,4988·1/1·44,01 = 21,95 g

Rendement

Y = 20,63/21,95·100 = 93,99%

Antwoord

Y = 93,99%

3.Molariteit en verdunning

Antwoord: V₁ = 20 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 = 0,2·200/2 = 20 mL

Antwoord

V₁ = 20 mL

4.Molariteit en verdunning

Antwoord: c = 0,3833 mol/L

Totale hoeveelheid

n = 0,4·250 + 0,3·50 = 115 mmol

Concentratie van het mengsel

c = 115/300 = 0,3833 mol/L

Antwoord

c = 0,3833 mol/L

5.Ideale gaswet

Antwoord: V = 7,882 L

Ideale gaswet: PV = nRT, met n = m/M.

Mol

n = 90/44,01 = 2,045 mol

T = 5 + 273,15 = 278,1 K

Volume

V = nRT/P = 2,045·8,314·278,1/600 = 7,882 L

Antwoord

V = 7,882 L

6.Ideale gaswet

Antwoord: V₂ = 3,463 L

Algemene gaswet: voor een vaste hoeveelheid ideaal gas geldt P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Absolute temperaturen

T₁ = 283,1 K, T₂ = 343,1 K

Algemene gaswet

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 10·(100/350)·(343,1/283,1) = 3,463 L

Antwoord

V₂ = 3,463 L

7.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: T_f = 17,48 °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

75·0,129·(100 − T_f) = 400·4,18·(T_f − 17)

Los de eindtemperatuur op

T_f = (9,675·100 + 1672·17)/(9,675 + 1672) = 17,48 °C

Antwoord

T_f = 17,48 °C

8.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: ΔH° = −1367 kJ

Reactie-enthalpie

ΔH° = [2·(−393,5) + 3·(−285,8)] − [1·(−277,7) + 3·0] = −1367 kJ

Antwoord

ΔH° = −1367 kJ

Negatief: de reactie staat warmte af (exotherm).

9.Chemisch evenwicht

Antwoord: [H₂] = 0,04279 mol/L

Chemisch evenwicht: voor aA + bB ⇌ cC + dD is de evenwichtsconstante K_c = [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

54 = (2x)²/(0,2 − x)²

Neem de wortel

7,348 = 2x/(0,2 − x) → x = 0,2·7,348/(2 + 7,348) = 0,1572 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[H₂] = 0,2 − x = 0,04279 mol/L

Antwoord

[H₂] = 0,04279 mol/L

10.Chemisch evenwicht

Antwoord: [Cl₂] = 0,1531 mol/L

Evenwichtsvoorwaarde

0,5 = x²/(0,2 − x) → x² + 0,5·x − 0,1 = 0

Los de vierkantsvergelijking op

x = (−0,5 + √(0,5² + 4·0,1))/2 = 0,1531 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[Cl₂] = x = 0,1531 mol/L

Antwoord

[Cl₂] = 0,1531 mol/L

11.pH & buffers

Antwoord: pH = 4,262

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/(0,1 − x) → x = 5,476 × 10⁻⁵ mol/L

pH

pH = −log(5,476 × 10⁻⁵) = 4,262

Antwoord

pH = 4,262

12.pH & buffers

Antwoord: pH = 3,835

Neutralisatie

n(HA) = 0,25 − 0,02 = 0,23 mol

n(A⁻) = 0,2 + 0,02 = 0,22 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,854 + log(0,22/0,23) = 3,835

Antwoord

pH = 3,835

13.Reactiekinetiek

Antwoord: k = 0,02682 min⁻¹

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Geïntegreerde eerste-orde wet

k = ln(C_A0/C_A)/t = ln(1,2/0,24)/60 = 1,609/60 = 0,02682 min⁻¹

Antwoord

k = 0,02682 min⁻¹

14.Reactiekinetiek

Antwoord: k₂ = 21,73 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).

Absolute temperaturen

T₁ = 308,1 K, T₂ = 348,1 K

Arrhenius-verhouding

ln(k₂/k₁) = −(120000/8,314)·(1/348,1 − 1/308,1) = 5,381

k₂ = 0,1·e^5,381 = 21,73 min⁻¹

Antwoord

k₂ = 21,73 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry