V3 5.3 + 5.4 Overmaat/ondermaat

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

5.3 Overmaat en ondermaat
5.4 Energie en reactiesnelheid

Overmaat en ondermaat

Rekenen aan reacties met overmaat

Het botsende-deeltjesmodel

• Uitleg overmaat en ondermaat
• Pauze
• Uitleg energie en reactiesnelheid
• Zelf aan de slag

DDD

GMW

5.3 Overmaat en ondermaat

Boek nodig voor periodiek systeem achterin!

Schrijf mee in je schrift

Massaverhoudingen

• Als je koekjes bakt, kan je het recept hiernaast gebruiken:
• Met 300 gram bloem is er 150 gram suiker nodig.
• Verhouding: 2 : 1
• Werkt ook zo met chemische reacties!

Overmaat

• Overmaat: Dan is er teveel van een beginstof en blijft er over.
• Bijv:  400 gram bloem op 150 gram suiker.

Ondermaat

• Ondermaat: Dan is er van een beginstof te weinig
• Bijv:  200 gram bloem op 150 gram suiker.

Volledige verbranding vs onvolledige verbranding

• Bij een volledige verbranding is zuurstof in overmaat: Er is meer dan genoeg zuurstof om te reageren met de brandstof.
  
  
• Bij een onvolledige verbranding is zuurstof in ondermaat: Er is genoeg brandstof, maar niet genoeg zuurstof om volledig te reageren.

Volledige verbranding vs onvolledige verbranding

• Bij een volledige verbranding is zuurstof in overmaat: Er is meer dan genoeg zuurstof om te reageren met de brandstof.
  
  
• Bij een onvolledige verbranding is zuurstof in ondermaat: Er is genoeg brandstof, maar niet genoeg zuurstof om volledig te reageren.

Is zuurstof bij onvolledige verbranding in overmaat of ondermaat?

1. Overmaat
2. Ondermaat

Uitrekenen: welke stof is in overmaat/ondermaat?

4 CuO (s) + CH4 (g) --> 4 Cu (s) + CO2 (g) + 2 H2O (g)

30 gram CuO toevoegen aan 6,0 gram CH4 

Hoeveel gram CH4 reageert werkelijk met 30 gram CuO?

1   Bereken de molecuulmassa van CuO en CH₄

De vraag

• Bereken hoeveel gram zuiver koper er ontstaat bij de verhitting van 30 g koperoxide in aanwezigheid van 6 g methaan (CH₄)
  
  
• 4 CuO (s) + CH₄ (g) -> 4 Cu (s) + CO₂ (g) + 2 H₂O

Stap 1: Bepalen van de molecuulmassa's

• Bepaal wat de massa is van de moleculen die reageren.

Wat is de massa van 1 molecuul CuO?

4 CuO (s) + CH₄ (g) -> 4 Cu (s) + CO₂ (g) + 2 H₂O

1. 75 u
2. 80 u
3. 59 u
4. 78 u

Wat is de massa dan van 4 CuO?

4 CuO (s) + CH₄ (g) -> 4 Cu (s) + CO₂ (g) + 2 H₂O

1. 320 u
2. 224 u
3. 318 u
4. 260 u

Wat is de massa van CH₄?

4 CuO (s) + CH₄ (g) -> 4 Cu (s) + CO₂ (g) + 2 H₂O

1. 18 u
2. 12 u
3. 13 u
4. 16 u

Stap 2: Bepaal de massaverhouding

• De massa's die reageren vormen de massaverhouding: 320 gram CuO reageert met 16 gram methaan. 

	4 CuO	CH 4
Massaverhouding (u)	320	16
Hoeveelheid stof (g)

Stap 3: Bereken welke stof in overmaat is

• Nu reageert 30 gram CuO met 6 gram methaan
• Welke stof is in overmaat?
• Om al het CuO te laten reageren is x g methaan nodig

	4 CuO	CH 4
Massaverhouding (u)	320	16
Hoeveelheid stof (g)	30	x

Stap 3: Bereken welke stof in overmaat is.

	4 CuO	CH 4
Massaverhouding (u)	320	16
Hoeveelheid stof (g)	30	1,5

x=​320u​​30g⋅16u​​=1,5g

Stap 3: Bepalen welke stof in overmaat is

• Er is dus 1,5 g CH₄ nodig om alle 30 g CuO te laten reageren. Er is 6 gram CH₄. Er is dus meer dan genoeg CH₄.
• De CH₄ is in overmaat in deze situatie

Stap 3: Bereken welke stof in overmaat is.

• Stel nou dat we keken over CuO in overmaat was. 

	4 CuO	CH 4
Massaverhouding (u)	320	16
Hoeveelheid stof (g)	x	6

x=​16u​​6g⋅320u​​=119g

Stap 3: Bepalen welke stof in overmaat is

• Er is dus 119 g CuO nodig om alle 6 g CH₄ te laten reageren. Er is 30 g CuO. Er is dus niet genoeg CuO.
• Het CuO is in ondermaat.

Wat was de vraag ook alweer en wat weten we nu?

• Bereken hoeveel gram zuiver koper er ontstaat bij de verhitting van 30 g koperoxide in aanwezigheid van 6 g methaan (CH₄)
  
• 4 CuO (s) + CH₄ (g) -> 4 Cu (s) + CO₂ (g) + 2 H₂O
• We weten dat CuO in ondermaat is en CH₄ in overmaat.
• Om te berekenen hoeveel Cu er ontstaat, gebruiken we de stof die in ondermaat is.

Stap 4: Bereken wat gevraagd wordt

• 30 g CuO is in ondermaat 

	4 CuO	4 Cu
Massaverhouding (u)	320	254
Hoeveelheid stof (g)	30	x

x=​320u​​30g⋅254u​​=24g

Antwoord op de vraag

• Bereken hoeveel gram zuiver koper er ontstaat bij de verhitting van 30 g koperoxide in aanwezigheid van 6 g methaan (CH₄)
  

• Er ontstaat dus 24 g zuiver koper (Cu) bij de verhitting van 30 g CuO in aanwezigheid van 6 g CH₄.

5.4 Energie en reactiesnelheid

Energieverloop van een chemische reactie

Botsende-deeltjesmodel

Reactiesnelheden verklaren

Exotherme reacties

• Exotherm: Er komt energie vrij
• De beginstoffen staan energie af aan de omgeving.

Endotherme reacties

• Endotherm: Er is energie nodig.
• Er is constant energie vanuit de omgeving nodig om de chemische reactie te laten plaatsvinden.

Exotherme en endotherme reacties

• Voor beide soort reacties is altijd energie nodig om te beginnen!
• Dat is de activeringsenergie.
• Bij exotherme reacties is er genoeg energie om daarna zelf te verlopen

Energiediagram

• Voor beide soort reacties is altijd energie nodig om te beginnen!
• Dat is de activeringsenergie.
• Bij exotherme reacties is er genoeg energie om daarna zelf te verlopen

Energiediagrammen

• Beginstoffen moeten eerst energie opnemen om in de geactiveerde toestand te komen: de activeringsenergie 

Reactiesnelheid

• Uit H4: drie factoren die invloed hadden op reactiesnelheid gaan we verklaren:
• Concentratie
• Verdelingsgraad
• Temperatuur
• Heeft alles te maken met deeltjes die botsen

Het botsende-deeltjesmodel

• Deeltjes bewegen en deeltjes moeten met elkaar botsen om te reageren.
• Twee voorwaarden:
• De botsing moet hard genoeg zijn
• De botsing moet de juiste richting hebben
• Zo'n botsing heet een effectieve botsing

Het botsende-deeltjesmodel

• Deeltjes bewegen en deeltjes moeten met elkaar botsen om te reageren.
• Twee voorwaarden:
• De botsing moet hard genoeg zijn
• De botsing moet de juiste richting hebben
• Zo'n botsing heet een effectieve botsing

Het botsende-deeltjesmodel

• Als je wilt dat een reactie snel verloopt, moet je zorgen voor veel botsingen
• Hoe meer botsingen, hoe groter het aantal effectieve botsingen is!

Als je de concentratie van de deeltjes vergroot, wat gebeurt er dan met de reactiesnelheid?

1. Reactiesnelheid neemt af
2. Reactiesnelheid neemt toe

Invloed van concentratie op de reactiesnelheid

• Bij een grotere concentratie van deeltjes, zijn er meer deeltjes.
• Meer deeltjes betekent meer botsingen.
• Meer botsingen betekent meer effectieve botsingen
• Meer effectieve botsingen betekent een hogere reactiesnelheid. 
• Meer botsautootjes, meer botsingen!

Als je de verdelingsgraad van de deeltjes vergroot, wat gebeurt er dan met de reactiesnelheid?

1. Reactiesnelheid neemt af, want er is meer contactoppervlakte
2. Reactiesnelheid neemt toe, want er is meer contactoppervlakte
3. Reactiesnelheid neemt toe, want er is minder contactoppervlakte
4. Reactiesnelheid neemt af, want er is minder contactoppervlakte

Invloed van verdelingsgraad op de reactiesnelheid

• Het contactoppervlakt reageert bij een reactie.
• Bij een lage verdelingsgraad is er weinig contactoppervlakte
• Bij een hoge verdelingsgraad is er veel contactoppervlakte.

Invloed van verdelingsgraad op de reactiesnelheid

• Veel contactoppervlakte betekent veel botsingen.
• Veel botsingen betekent veel effectieve botsingen.
• Veel effectieve botsingen betekent een hoge reactiesnelheid.

Als je de temperatuur van de deeltjes verhoogt, wat gebeurt er dan met de reactiesnelheid?

1. Reactiesnelheid neemt af, want de deeltjes gaan langzamer
2. Reactiesnelheid neemt toe, want de deeltjes gaan langzamer
3. Reactiesnelheid neemt af, want de deeltjes gaan sneller
4. Reactiesnelheid neemt toe, want de deeltjes gaan sneller

Invloed van temperatuur op de reactiesnelheid

• Bij een hogere temperatuur gaan de deeltjes sneller bewegen.
• Hierdoor neemt aantal botsingen toe.
• Een botsing met snellere deeltjes zorgt ook dat de kans dat ze hard genoeg botsen groter wordt.
• Dit leidt tot meer effectieve botsingen en een hogere reactiesnelheid.
• Vuistregel: Bij een temperatuursverhoging van 10 °C gaat de reactie twee keer zo snel.
• Snellere botsautootjes: meer botsingen!

Samenvattend

• Dus met behulp van botsende deeltjes model kan je veranderingen in reactiesnelheid verklaren!
• Een reactie kan exotherm of endotherm zijn

Opdrachten deze week

• § 5.3: 29, 31, 33, 35
• § 5.4: 36, 38, 41, 44, 45
  
  
  
• Blijf oefenen met reactievergelijkingen kloppend maken (blad op magister)!!