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

6 g Al en 16 g Cl₂ reageren volgens 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Hoeveel massa m AlCl₃ kan er ontstaan?

M(Al) = 26,98M(Cl₂) = 70,9M(AlCl₃) = 133,33 g/mol

m = g

2.StoichiometrieMoeilijk

Bij de reactie CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O reageert 12 g CH₄ volledig (de andere beginstoffen in overmaat) en wordt 14,83 g H₂O opgevangen. Bereken het rendement Y.

M(CH₄) = 16,04 g/molM(H₂O) = 18,02 g/molwerkelijk: 14,83 g

Y = %

3.Molariteit en verdunningGemiddeld

Je hebt 1000 mL van een 0,05 mol/L oplossing nodig en hebt een stamoplossing van 6 mol/L. Welk volume V₁ stamoplossing heb je nodig?

c₁ = 6 mol/Lc₂ = 0,05 mol/LV₂ = 1000 mL

V₁ = mL

4.Molariteit en verdunningMoeilijk

300 mL van een 0,8 mol/L oplossing wordt gemengd met 200 mL van een 1,2 mol/L oplossing van dezelfde stof. Bereken de concentratie c van het mengsel (de volumes zijn additief).

c₁ = 0,8 mol/LV₁ = 300 mLc₂ = 1,2 mol/LV₂ = 200 mL

c = mol/L

5.Ideale gaswetGemiddeld

Welk volume V neemt 280 g Ar in bij 500 kPa en 45 °C? Behandel het als een ideaal gas.

m = 280 gM = 39,95 g/molP = 500 kPaT = 45 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Ideale gaswetMoeilijk

Een vaste hoeveelheid CO₂ gaat van 250 kPa, 2 L, 15 °C naar 100 kPa en 140 °C. Vind het nieuwe volume V₂.

P₁ = 250 kPaV₁ = 2 LT₁ = 15 °CP₂ = 100 kPaT₂ = 140 °C

V₂ = L

7.Calorimetrie en enthalpieGemiddeld

Een blok zink van 200 g (c = 0,388 J/(g·°C)) met een temperatuur van 140 °C wordt in een geïsoleerde beker met 100 g water (c = 4,18 J/(g·°C)) van 20 °C gelegd. Bereken de eindtemperatuur T_f.

m_metal = 200 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 140 °Cm_water = 100 gT_water = 20 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Calorimetrie en enthalpieMoeilijk

Gebruik de standaardvormingsenthalpieën om de warmte q te berekenen die vrijkomt als 100 g C₆H₁₂O₆ (M = 180,16 g/mol) volledig verbrandt: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l). Geef q als positief getal.

ΔH°f(C₆H₁₂O₆) = −1274 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.Chemisch evenwichtGemiddeld

0,25 mol/L H₂ en 0,25 mol/L I₂ worden in een vat gebracht en reageren: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, met K_c = 54. Bereken de evenwichtsconcentratie [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,25 mol/LK_c = 54

[HI] = mol/L

10.Chemisch evenwichtMoeilijk

PCl₅ ontleedt: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, met K_c = 0,1 bij de reactietemperatuur. Een vat bevat aan het begin alleen 0,1 mol/L PCl₅. Bereken de evenwichtsconcentratie [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LK_c = 0,1

[PCl₅] = 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 melkzuur en 0,15 mol van de geconjugeerde base (Ka = 0,00014). Er wordt 0,02 mol NaOH toegevoegd. Bereken de nieuwe pH pH.

n(HA) = 0,2 moln(A⁻) = 0,15 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 0,00014

pH =

13.ReactiekinetiekGemiddeld

Een reactie met snelheidsvergelijking −r_A = k·C_A² heeft k = 0,5 L/(mol·min) en begint bij 1 mol/L. Vind de concentratie C_A na 5 min.

k = 0,5 L/(mol·min)C_A0 = 1 mol/Lt = 5 min

C_A = mol/L

14.ReactiekinetiekMoeilijk

Een eerste-orde reactie heeft een snelheidsconstante van 0,1 s⁻¹ bij 25 °C en een activeringsenergie van 75 kJ/mol. Vind de pre-exponentiële factor A in de vergelijking van Arrhenius.

k = 0,1 s⁻¹T = 25 °CE_a = 75 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

A = s⁻¹

3Oplossingen

1.Stoichiometrie

Antwoord: m = 20,06 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(Al) = 6/26,98 = 0,2224 mol

n(Cl₂) = 16/70,9 = 0,2257 mol

Beperkende reactant

0,2224/2 = 0,1112, 0,2257/3 = 0,07522 → Cl₂

Massa product

n(AlCl₃) = 0,07522·2 = 0,1504 mol

m = 0,1504·133,33 = 20,06 g

Antwoord

m = 20,06 g

2.Stoichiometrie

Antwoord: Y = 55 %

Theoretische opbrengst

n(CH₄) = 12/16,04 = 0,7481 mol

m = 0,7481·2/1·18,02 = 26,96 g

Rendement

Y = 14,83/26,96·100 = 55%

Antwoord

Y = 55%

3.Molariteit en verdunning

Antwoord: V₁ = 8,333 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 = 0,05·1000/6 = 8,333 mL

Antwoord

V₁ = 8,333 mL

4.Molariteit en verdunning

Antwoord: c = 0,96 mol/L

Totale hoeveelheid

n = 0,8·300 + 1,2·200 = 480 mmol

Concentratie van het mengsel

c = 480/500 = 0,96 mol/L

Antwoord

c = 0,96 mol/L

5.Ideale gaswet

Antwoord: V = 37,08 L

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

Mol

n = 280/39,95 = 7,009 mol

T = 45 + 273,15 = 318,1 K

Volume

V = nRT/P = 7,009·8,314·318,1/500 = 37,08 L

Antwoord

V = 37,08 L

6.Ideale gaswet

Antwoord: V₂ = 7,169 L

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

Absolute temperaturen

T₁ = 288,1 K, T₂ = 413,1 K

Algemene gaswet

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(250/100)·(413,1/288,1) = 7,169 L

Antwoord

V₂ = 7,169 L

7.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: T_f = 38,79 °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

200·0,388·(140 − T_f) = 100·4,18·(T_f − 20)

Los de eindtemperatuur op

T_f = (77,6·140 + 418·20)/(77,6 + 418) = 38,79 °C

Antwoord

T_f = 38,79 °C

8.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: q = 1555 kJ

Reactie-enthalpie

ΔH° = [6·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

Warmte voor de gegeven massa

n = 100/180,16 = 0,5551 mol

q = n·|ΔH°/1| = 0,5551·2802 = 1555 kJ

Antwoord

q = 1555 kJ

9.Chemisch evenwicht

Antwoord: [HI] = 0,393 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/(0,25 − x)²

Neem de wortel

7,348 = 2x/(0,25 − x) → x = 0,25·7,348/(2 + 7,348) = 0,1965 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[HI] = 2x = 0,393 mol/L

Antwoord

[HI] = 0,393 mol/L

10.Chemisch evenwicht

Antwoord: [PCl₅] = 0,0382 mol/L

Evenwichtsvoorwaarde

0,1 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,1·x − 0,01 = 0

Los de vierkantsvergelijking op

x = (−0,1 + √(0,1² + 4·0,01))/2 = 0,0618 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[PCl₅] = 0,1 − 0,0618 = 0,0382 mol/L

Antwoord

[PCl₅] = 0,0382 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 = 3,829

Neutralisatie

n(HA) = 0,2 − 0,02 = 0,18 mol

n(A⁻) = 0,15 + 0,02 = 0,17 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,854 + log(0,17/0,18) = 3,829

Antwoord

pH = 3,829

13.Reactiekinetiek

Antwoord: C_A = 0,2857 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/C_A = 1/C_A0 + kt = 1 + 0,5·5 = 3,5 L/mol

C_A = 1/3,5 = 0,2857 mol/L

Antwoord

C_A = 0,2857 mol/L

14.Reactiekinetiek

Antwoord: A = 1,381 × 10¹² s⁻¹

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Absolute temperatuur

T = 25 + 273,15 = 298,1 K

Los Arrhenius op naar A

E_a/(RT) = 75000/(8,314·298,1) = 30,26

A = k·e^30,26 = 0,1·1,381 × 10¹³ = 1,381 × 10¹² s⁻¹

Antwoord

A = 1,381 × 10¹² s⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry