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

12 g Al en 40 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 N₂ + 3H₂ → 2NH₃ reageert 20 g N₂ volledig (de andere beginstoffen in overmaat) en wordt 15,07 g NH₃ opgevangen. Bereken het rendement Y.

M(N₂) = 28,02 g/molM(NH₃) = 17,03 g/molwerkelijk: 15,07 g

Y = %

3.Molariteit en verdunningGemiddeld

Je hebt 200 mL van een 0,25 mol/L oplossing nodig en hebt een stamoplossing van 4 mol/L. Welk volume V₁ stamoplossing heb je nodig?

c₁ = 4 mol/Lc₂ = 0,25 mol/LV₂ = 200 mL

V₁ = mL

4.Molariteit en verdunningMoeilijk

100 mL van een 1 mol/L oplossing wordt gemengd met 50 mL van een 0,05 mol/L oplossing van dezelfde stof. Bereken de concentratie c van het mengsel (de volumes zijn additief).

c₁ = 1 mol/LV₁ = 100 mLc₂ = 0,05 mol/LV₂ = 50 mL

c = mol/L

5.Ideale gaswetGemiddeld

Een tank van 50 L bevat 440 g Ar bij 0 °C. Behandel het als een ideaal gas en vind de druk P.

m = 440 gM = 39,95 g/molV = 50 LT = 0 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Ideale gaswetMoeilijk

Een vaste hoeveelheid Ar gaat van 100 kPa, 2 L, 25 °C naar 550 kPa en 160 °C. Vind het nieuwe volume V₂.

P₁ = 100 kPaV₁ = 2 LT₁ = 25 °CP₂ = 550 kPaT₂ = 160 °C

V₂ = L

7.Calorimetrie en enthalpieGemiddeld

Een blok ijzer van 150 g (c = 0,449 J/(g·°C)) met een temperatuur van 100 °C wordt in een geïsoleerde beker met 100 g water (c = 4,18 J/(g·°C)) van 15 °C gelegd. Bereken de eindtemperatuur T_f.

m_metal = 150 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 100 gT_water = 15 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Calorimetrie en enthalpieMoeilijk

Gebruik de standaardvormingsenthalpieën om ΔH° te berekenen voor de reactie C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l).

ΔH°f(C₃H₈) = −103,8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = 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 = 36. Bereken de evenwichtsconcentratie [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,25 mol/LK_c = 36

[H₂] = 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 0,25 mol/L PCl₅. Bereken de evenwichtsconcentratie [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0,25 mol/LK_c = 0,1

[Cl₂] = mol/L

11.pH & buffersGemiddeld

Bereken de pH pH van een 0,05 mol/L-oplossing hypochlorigzuur (Ka = 3 × 10⁻⁸).

c = 0,05 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸

pH =

12.pH & buffersMoeilijk

Een buffer van 1,00 L bevat 0,1 mol mierenzuur en 0,25 mol van de geconjugeerde base (Ka = 0,00018). Er wordt 0,025 mol NaOH toegevoegd. Bereken de nieuwe pH pH.

n(HA) = 0,1 moln(A⁻) = 0,25 moln(OH⁻) = 0,025 molKa = 0,00018

pH =

13.ReactiekinetiekGemiddeld

Een tweede-orde reactie (−r_A = k·C_A²) in een batchreactor heeft k = 0,5 L/(mol·min) en begint bij 1,5 mol/L. Hoe lang duurt het om 90% conversie te bereiken? Vind t.

k = 0,5 L/(mol·min)C_A0 = 1,5 mol/LX = 90 %

t = min

14.ReactiekinetiekMoeilijk

De snelheidsconstante van een reactie is 0,1 min⁻¹ bij 25 °C en 2,27 min⁻¹ bij 50 °C. Vind de activeringsenergie E_a.

k₁ = 0,1 min⁻¹T₁ = 25 °Ck₂ = 2,27 min⁻¹T₂ = 50 °CR = 8,314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

3Oplossingen

1.Stoichiometrie

Antwoord: m = 50,15 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) = 12/26,98 = 0,4448 mol

n(Cl₂) = 40/70,9 = 0,5642 mol

Beperkende reactant

0,4448/2 = 0,2224, 0,5642/3 = 0,1881 → Cl₂

Massa product

n(AlCl₃) = 0,1881·2 = 0,3761 mol

m = 0,3761·133,33 = 50,15 g

Antwoord

m = 50,15 g

2.Stoichiometrie

Antwoord: Y = 61,99 %

Theoretische opbrengst

n(N₂) = 20/28,02 = 0,7138 mol

m = 0,7138·2/1·17,03 = 24,31 g

Rendement

Y = 15,07/24,31·100 = 61,99%

Antwoord

Y = 61,99%

3.Molariteit en verdunning

Antwoord: V₁ = 12,5 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 = 0,25·200/4 = 12,5 mL

Antwoord

V₁ = 12,5 mL

4.Molariteit en verdunning

Antwoord: c = 0,6833 mol/L

Totale hoeveelheid

n = 1·100 + 0,05·50 = 102,5 mmol

Concentratie van het mengsel

c = 102,5/150 = 0,6833 mol/L

Antwoord

c = 0,6833 mol/L

5.Ideale gaswet

Antwoord: P = 500,2 kPa

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

Mol

n = m/M = 440/39,95 = 11,01 mol

T = 0 + 273,15 = 273,1 K

Druk

P = nRT/V = 11,01·8,314·273,1/0,05 = 500,2 kPa

Antwoord

P = 500,2 kPa

6.Ideale gaswet

Antwoord: V₂ = 0,5283 L

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

Absolute temperaturen

T₁ = 298,1 K, T₂ = 433,1 K

Algemene gaswet

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(100/550)·(433,1/298,1) = 0,5283 L

Antwoord

V₂ = 0,5283 L

7.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: T_f = 26,8 °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

150·0,449·(100 − T_f) = 100·4,18·(T_f − 15)

Los de eindtemperatuur op

T_f = (67,35·100 + 418·15)/(67,35 + 418) = 26,8 °C

Antwoord

T_f = 26,8 °C

8.Calorimetrie en enthalpie

Antwoord: ΔH° = −2220 kJ

Reactie-enthalpie

ΔH° = [3·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [1·(−103,8) + 5·0] = −2220 kJ

Antwoord

ΔH° = −2220 kJ

Negatief: de reactie staat warmte af (exotherm).

9.Chemisch evenwicht

Antwoord: [H₂] = 0,0625 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

36 = (2x)²/(0,25 − x)²

Neem de wortel

6 = 2x/(0,25 − x) → x = 0,25·6/(2 + 6) = 0,1875 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[H₂] = 0,25 − x = 0,0625 mol/L

Antwoord

[H₂] = 0,0625 mol/L

10.Chemisch evenwicht

Antwoord: [Cl₂] = 0,1158 mol/L

Evenwichtsvoorwaarde

0,1 = x²/(0,25 − x) → x² + 0,1·x − 0,025 = 0

Los de vierkantsvergelijking op

x = (−0,1 + √(0,1² + 4·0,025))/2 = 0,1158 mol/L

Evenwichtsconcentratie

[Cl₂] = x = 0,1158 mol/L

Antwoord

[Cl₂] = 0,1158 mol/L

11.pH & buffers

Antwoord: pH = 4,412

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 = 3,871 × 10⁻⁵ mol/L

pH

pH = −log(3,871 × 10⁻⁵) = 4,412

Antwoord

pH = 4,412

12.pH & buffers

Antwoord: pH = 4,309

Neutralisatie

n(HA) = 0,1 − 0,025 = 0,075 mol

n(A⁻) = 0,25 + 0,025 = 0,275 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,745 + log(0,275/0,075) = 4,309

Antwoord

pH = 4,309

13.Reactiekinetiek

Antwoord: t = 12 min

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).

Concentratie aan het eind

C_A = 1,5·(1 − 0,9) = 0,15 mol/L

Geïntegreerde tweede-orde vergelijking

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (6,667 − 0,6667)/0,5 = 12 min

Antwoord

t = 12 min

14.Reactiekinetiek

Antwoord: E_a = 100 kJ/mol

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 = 298,1 K, T₂ = 323,1 K

Los Arrhenius op naar Ea

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8,314·3,122/(-2,595e-4) = 100044 J/mol

E_a = 100 kJ/mol

Antwoord

E_a = 100 kJ/mol

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry