Hoofdstuk 17 17.1 en 17.2

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Voorbereiding hoofdstuk 17

Welkom

In deze les ga je langs alle begrippen en vaardigheden die je nodig hebt als basis voor hoofdstuk 16: Buffers en enzymen.

De geplande tijd is tussen de 1,5 en 2,5 uur. Dat lijkt veel, maar kan je heel veel tijd schelen met het leren van het hoofdstuk.

Veel succes namens de docenten scheikunde van Luzac!

Gebruiksaanwijzing

Werk de pagina's van deze les op volgorde af. Zorg dat je pen en papier bij de hand hebt. Werk de opgaven netjes uit, want dan kun je het beste kijken hoe goed je de opdracht hebt gemaakt.

Je mag een gewone rekenmachine en Binas gebruiken bij het maken van de opgaven. Voor extra oefening wordt soms verwezen naar de lesboeken en de examenbundel.

Maak alle opgaven alsof het een eindexamen is. Dan maak je minder fouten, omdat het routine is.

Kleurtjes

De pagina's hebben verschillende kleuren. Aan de kleur van de pagina kun je zien wat de inhoud van de pagina is.

• Wit: Uitleg
• Blauw: Opgaven met antwoorden
• Turquoise: Opgaven zonder antwoorden 
• Groen: Overzichten en overgangen
• Oranje: Samenvattingen en controle momenten

Leerdoelen bij paragraaf 17.1:

• kunnen beschrijven van kringloop van (bio)brandstoffen via fotosynthese
• kunnen vergelijken van (bio)brandstoffen op basis van duurzaamheid

Zowel fossiele als biobrandstoffen zijn in feite energiedragers, waarin zonne-energie via fotosynthese is opgeslagen.

Biobrandstoffen zouden CO₂-neutraal zijn en niet bijdragen aan het versterkt broeikaseffect. In hoeverre ben jij het daar mee eens?

Energiedichtheid

• Voor vervoersmiddelen is een lage energiedichtheid ongunstig: veel meer massa nodig
• Fossiele brandstoffen hebben een grote energiedichtheid, maar vormt CO2 en er is een limiterende voorraad

Leerdoelen bij paragraaf 17.1:

• kunnen rekenen met stookwaarde, C/H verhouding, CO₂ uitstoot per Joule

• C/H verhouding: aantal C-atomen in molecuul / aantal H-atomen in molecuul
  
  
•  Stookwaarde: feitelijk de verbrandingswarmte (Binas 28B)
  
  
• CO₂ uitstoot per Joule: reken via reactievergelijking uit hoeveel g CO₂ ontstaat en deel door de geleverde energie bij de verbranding

Check de verschillen tussen stookwaarde (Binas 28B) en verbrandingswarmte (Binas 56).

Leerdoelen 17.2

1. Je kent de begrippen halfreactie, totaalreactie, oxidator en reductor
2. Je kan bepalen of een reactie een redoxreactie is.
   
3. Je kan een redoxreactie opstellen rekening houdend met zuur, basisch of neutraal milieu.
4. Je kan bepalen of een redoxreactie aflopend of een evenwicht is.
5. Je kan zelf een halfreactie opstellen en kloppend maken.

Leerdoelen bij paragraaf 17.2:

• kunnen opstellen van onbekende halfreacties die niet in Binas 48 staan

Een brandstofcel is een elektrochemische cel die als een continu proces wordt bedreven om elektrische energie te leveren.

Een brandstof is de energiedrager die energie 'verliest' in een verbrandingsreactie. Dit is een redoxreactie, waarbij de brandstof altijd de reductor is. Soms wordt H₂ gebruikt, maar vaak is het een andere (organische) brandstof. De halfreactie van deze reductor staat vaak niet in Binas 48. Je moet de halfreactie dan zelf kunnen opstellen volgens een stappenplan.

Check de kenniskaart en het filmpje op Classroom voor het volledige stappenplan voor het opstellen van halfreacties die niet in Binas staan.

Waterstofbrandstofcel opladen??

Een brandstofcel kan niet leeg raken, maar heeft wel steeds nieuwe brandstof nodig

Het maken van waterstof is de omgekeerde redoxreactie van de verbranding van waterstof

Redoxreacties

Bij een redoxreactie verschuiven elektronen 

van het ene naar het andere deeltje.

Het deeltje dat de elektronen afstaat noemen we de REDuctor en het deeltje dat de elektronen opneemt noemen we OXidator.

Van beide wordt een halfreactie opgesteld en deze vormen samen de totaalreactie.

Redoxreacties herkennen

Een redoxreactie herkennen:

• Een element ontstaat of reageert
  (alle verbrandingsreacties met zuurstof)
• Een deeltje verandert van lading

Kies de redoxreactie:

1

1. Ca​2+​​+2OH​−​​⟶Ca(OH)​2​​
2. 2H​3​​O​+​​+CO​3​2−​​⟶3H​2​​O+CO​2​​
3. 3O​2​​⟶2O​3​​
4. H​2​​+2 Cu​2+​​⟶2 H​+​​+2 Cu​+​​

Oxidator of reductor

Het opstellen van een redoxreactie begint altijd met het zoeken naar de oxidator en reductor. Nu zijn er een aantal regels die het zoeken makkelijker maken:

• Alle vaste metalen (dus zonder lading) zijn reductor.
• Alle niet-metalen zijn oxidator.
• Er zijn ionen die vooral worden gebruikt bij redoxreacties (volgende pagina).

Ionen als oxidator

Deze ionen komen vaak voor in redoxreacties als oxidator:

• Permanganaat-ion (MnO₄^-)
• Dichromaat-ion (Cr₂O₇^2-)
• Chloraat-ion (ClO₃^-)
• Waterstof-ion (H⁺)

Zie ook Binas tabel 48

Ionen als reductor

Deze ionen komen vaak voor in redoxreacties als reductor:

• Sulfiet-ion (SO₃^2-)
• Thiosulfaat-ion (S₂O₃^2-)

Zie ook Binas tabel 48

Welk deeltje zal in een redoxreactie altijd optreden als reductor?

Zie ook Binas tabel 48

2

1. Ag​+​​
2. Fe
3. I​2​​
4. Sn​2+​​

Welk deeltje zal alleen optreden als oxidator

3

1. Al
2. Cu​+​​
3. H​2​​
4. I​3​−​​

redoxreactie

Gebruik Binas tabel 48

Je voegt oplossingen van kaliumjodide en waterstofperoxide bij elkaar. Welk deeltje zal de oxidator zijn?

4

1. kalium
2. kalium-ion
3. jodide-ion
4. waterstofperoxide

Je voegt oplossingen van kaliumjodide en waterstofperoxide bij elkaar. Welk deeltje zal de reductor zijn?

5

1. kalium
2. kalium-ion
3. jodide-ion
4. waterstofperoxide

Je voegt oplossingen van kaliumjodide en waterstofperoxide bij elkaar. Stel de totaalreactie op.

6

Antwoord

Oxidator: H₂O₂ (+0,95) Reductor: I^- (+0,45)

H​2​​O​2​​+2e​−​​⟶2OH​−​​

2I​−​​⟶I​2​​+2e​−​​

|x1|

|x1| +

H​2​​O​2​​+2I​−​​⟶2OH​−​​+I​2​​

____________________________________

Milieu van de oplossing

Het milieu van de oplossing bepaalt welke hulpdeeltjes in de de halfreactie kunnen worden gebruikt:

Neutraal: H₂O

Zuur: H₂O, H⁺

Basisch: H₂O, OH^-

Welke standaardelektrodepotentiaal
heeft de halfreactie van de oxidator waterstofperoxide in neutraal milieu?

7

1. +1,78
2. +0,95
3. +0,70
4. deze zeker niet

Welke standaardelektrodepotentiaal
heeft de halfreactie van de reductor distikstofmonooxide in basisch milieu?

8

1. +1,77
2. +1,59
3. +0,15
4. deze zeker niet

Zelf halfreactie opstellen

1. Noteer het begindeeltje voor en product na de pijl.
2. Bepaal (of haal uit de opgave) welke hulpdeeltjes worden gebruikt.
3. Maak de reactie kloppend (behalve de ladingen).
4. Tel de ladingen aan beide kanten en plaats het juiste aantal elektronen om de ladingen gelijk te krijgen.

Geef de halfreactie voor het omzetten van sulfiet in thiosulfaat.

9

Antwoord

Als je het sulfiet en thiosulfaat hebt neergezet, blijkt dat je 2x sulfiet nodig hebt vanwege zwavel. Dan moet 3x zuurstof worden opgenomen door de hulpstof. Er is geen melding van zuur of basische milieu, dus alleen water kan worden gebruikt. Water en een zuurstof maken 2x hydroxide. Na het kloppend maken, komen de elektronen. Links lading van 2- en rechts een lading van 8-. Links 4 elektronen maakt de halfreactie compleet. 

2 SO​3​2−​​+3 H​2​​O+4 e​−​​⟶S​2​​O​3​2−​​+6 OH​−​​

Toepassing

Nu een aantal opgaven om te oefenen met de leerdoelen

Er zijn verschillende manieren om natronloog te maken. Je kan dit doen door natriumhydroxide, natriumoxide of natrium aan water toe te voegen. Dit zijn ook drie verschillende soorten reacties. Geef per stof aan wat voor reactie het betreft.

10

Antwoord

Natriumhydroxide in water: oplossen

Natriumoxide in water: zuur-basereactie

Natrium in water: redoxdreactie

NaOH⟶Na​+​​+OH​−​​

Na​2​​O+H​2​​O⟶2Na​+​​+2OH​−​​

Na+2H​2​​O⟶2Na​+​​+2OH​−​​+H​2​​

Door een aangezuurde oplossing van kaliumpermanganaat wordt ammoniak geleid.
Geef de halfreacties en de totaalreactie.

11

Antwoord

|x6|  

_________________________________________________________|x5|+

2NH​3​​⟶N​2​​+6H​+​​+6e​−​​

MnO4​−​​+8H​+​​+5e​−​​⟶Mn​2+​​+4H​2​​O

6MnO4​−​​+48H​+​​+10NH​3​​⟶6Mn​2+​​+24H​2​​O+5N​2​​+30H​+​​

Wel nog even opruimen

6MnO4​−​​+18H​+​​+10NH​3​​⟶6Mn​2+​​+24H​2​​O+5N​2​​

Mogelijke oxidators: MnO₄^- (H⁺), MnO₄^-, H⁺, H₂O, K⁺

Mogelijke reductors: NH₃, H₂O

Stel de halfreactie op waarbij antimoonoxide (Sb₂O₃) in zuur milieu wordt omgezet in antimoon.

12

Antwoord

Sb​2​​O​3​​+6 H​+​​+6e​−​​⟶Sb+6 H​2​​O

Als ijzer(II)oxalaat wordt verwarmt, zal het ontleden in ijzer en koolstofdioxide. Stel de redoxreactie op. De halfreactie van oxalaat zul je zelf moeten opstellen.

13

Antwoord

|x1|          

___________________________________________|x1|  +     

FeC​2​​O​4​​⟶Fe+2 CO​2​​

Fe​2+​​+2 e​−​​⟶Fe

C​2​​O​4​2−​​⟶2 CO​2​​+2 e​−​​

Evaluatie

Per leerdoel volgen nu een aantal opgaven als diagnostische toets.

Als men in een oplossing sulfietionen wil aantonen, maar er zijn ook andere ionen aanwezig
die storend kunnen werken, moet men de sulfietionen ‘buiten de buis’ aantonen. Hiertoe
voegt men eerst wat zuur toe aan de oplossing. Vervolgens verwarmt men de reageerbuis,
zodat het ontstane zwaveldioxide kan ontsnappen, en houdt men een filtreerpapiertje met
daarop een bruine druppel joodoplossing boven de reageerbuis. Als de druppel ontkleurt, is
sulfiet aangetoond.
Geef de eerste reactievergelijking.

1

Als men in een oplossing sulfietionen wil aantonen, maar er zijn ook andere ionen aanwezig
die storend kunnen werken, moet men de sulfietionen ‘buiten de buis’ aantonen. Hiertoe
voegt men eerst wat zuur toe aan de oplossing. Vervolgens verwarmt men de reageerbuis,
zodat het ontstane zwaveldioxide kan ontsnappen, en houdt men een filtreerpapiertje met
daarop een bruine druppel joodoplossing boven de reageerbuis. Als de druppel ontkleurt, is
sulfiet aangetoond.
Geef de tweede reactievergelijking.

2

Wanneer men chloorgas in door hete natronloog leidt, ontstaat een oplossing van natriumchloraat en natriumchloride.

Geef van deze reactie de twee halfreacties en de totaalvergelijking.
De halfreactie van de reductor moet je zelf opstellen.

3

Wat vond het beste aan deze les en wat vond je het minste?

Ben je klaar voor hoofdstuk 16?

110

Geef het stappenplan voor het berekenen van de pH van een zwak zuur.

Extra opgave

Nu volgt een langere opgaven die wat moelijker is dan de opgaven die je al hebt gemaakt. 

Scheve toren van Pisa

De scheve toren van Pisa zakt steeds verder weg in een waterrijke kleilaag. Om tegen te gaan dat de toren nog verder scheef gaat staan, heeft men voorgesteld om water uit de kleilaag te verwijderen en wel zodanig dat daardoor de kleilaag aan één kant van de toren zou slinken.

Ter verwijdering van water uit de kleilaag heeft men voorgesteld elektrolyse toe te passen. Daartoe zouden elektroden in de kleilaag aangebracht moeten worden en aangesloten moeten worden op een gelijkspanningsbron.

Dit is een oude examenopgave uit 1998

Welke soort deeltjes moet het water in de kleilaag in elk geval bevatten om elektrolyse mogelijk te maken?

4

Als men bij de elektrolyse ijzeren staven als elektroden zou toepassen, zouden de volgende halfreacties optreden.

Aan de positieve elektrode: 

Aan de negatieve elektrode: 

De ontstane Fe²⁺ ionen reageren uiteindelijk met de ontstane OH^- ionen onder vorming van Fe(OH)₂. Men veronderstelt dat het gas dat bij zo'n elektrolyse ontstaat, via de bovenste grondlagen zal ontwijken. Een nadeel van het gebruik van ijzerelektroden is dat de staaf die gebruikt wordt als positieve elektrode na verloop van tijd vervangen zal moeten worden.

Fe⟶Fe​2+​​+2e​−​​

2H​2​​O+2e​−​​⟶H​2​​+2OH​−​​

Neem deze alvast over

Stel dat:

• de elektrolyse met behulp van ijzerelektroden aan het begin van de eerste week van het jaar wordt gestart en pas wordt gestopt als de ijzeren staaf die als positieve elektrode wordt gebruikt, vervangen moet worden;
  
• die vervanging plaats moet vinden in de week dat de massa van die staaf 100 kg minder is geworden;
  
• de toegepaste stroomsterkte constant 100 ampère is (1 ampère = 1 coulomb per seconde);
  
• geen andere halfreacties aan de elektroden optreden dan de bovengenoemde.
  

Bereken, mede aan de hand van Binas tabel 7, in de hoeveelste week men dan de ijzeren staaf die gebruikt wordt als positieve elektrode moet vervangen.

5