H3 stoichiometrie 5TW verbetersleutel

Stoichiometrie

1) Wat we al weten…

• Molecuulmassa of formulemassa (M) uitgedrukt in unit (u)

  • Kan worden bepaald vanuit de molecuulformule of verhoudingsformule van de stof met behulp van het periodiek systeem.

  • Afspraak: gegevens uit het PSE afronden op 2 cijfers na de komma.

  • Voorbeelden:

    • $M(NaCl) = 22, 9898 + 35,453 = 58, 44 \text{ u}$

    • $M(CaCl_2) = 40,08 + 2 \cdot 35,45 = 110, 98 \text{ u}$

    • $M((NH<em>4)</em>2SO_4) = 132, 16 \text{ u}$

• Molaire massa (M) uitgedrukt in g/mol

  • Zelfde getalswaarde als molecuulmassa, zelfde methode, maar andere eenheid.

  • Voorbeelden:

    • $M(NaCl) = 58,44 \text{ g/mol}$

    • $M(CaCl_2) = 110, 99 \text{ g/mol}$

    • $M((NH<em>4)</em>2SO_4) = 132, 16 \text{ g/mol}$

• Massa (m) uitgedrukt in g

  • $1 \text{ unit} = 1,66 \cdot 10^{-27} \text{ kg} = 1,66 \cdot 10^{-24} \text{ g}$

• Stofhoeveelheid (n) uitgedrukt in mol

  • $1 \text{ mol} bevat altijd 6,02 \cdot 10^{23} \text{ atomen of moleculen (getal van Avogadro, } N_A)$

  • $n = \frac{m}{M} = \frac{N}{N_A}$, met N het aantal deeltjes.

  • Het is dus een verzameling van moleculen, een hoeveelheid!

• De ideale gaswet

• Verdunnen van een oplossing

2) Bepalen van de procentuele samenstelling.

3) Concentratiegrootheden

• Enkele gekende concentratiegrootheden.

• Enkele nieuwe concentratiegrootheden.

4) Oplosmethode stoichiometrie.

5) Gemengde oefeningen

6) Overzicht grootheden - eenheden.

7) Leerplandoelstellingen

Oefeningen & Voorbeelden

Ideale gaswet

• Gegeven: $n = 4,00 \text{ mol}$, normomstandigheden (n.o.): $T = 273, 15 \text{ K}$, $p = 1013 \text{ hPa}$.

• Gevraagd: $V^o$

• Oplossing: $pV = nRT \implies V^o = \frac{nRT}{p} = \frac{4,00 \text{ mol} \cdot 8,31 \frac{\text{m}^3 \cdot \text{Pa}}{\text{mol} \cdot \text{K}} \cdot 273,15 \text{ K}}{1013 \cdot 10^2 \text{ Pa}} = 0,0896 \text{ m}^3 = 89,6 \text{ L}$

• Gegeven: $n<em>1 = 200 \text{ mol}$, $p</em>1 = 1,20 \text{ atm}$, $n<em>2 = 300 \text{ mol}$, $T</em>1 = T<em>2$, $V</em>1 = V_2$

• Gevraagd: $p_2$

• Oplossing: $\frac{p<em>1}{n</em>1} = \frac{p<em>2}{n</em>2} \implies p<em>2 = p</em>1 \cdot \frac{n<em>2}{n</em>1} = 1,20 \text{ atm} \cdot \frac{300 \text{ mol}}{200 \text{ mol}} = 1,80 \text{ atm}$

• Gegeven: $T = 190^\circ \text{C} = 463 \text{ K}$, $p = 8000 \text{ Pa}$, $\rho = 0,320 \text{ g/L} = 0,320 \text{ kg/m}^3$

• Gevraagd: $M$

• Oplossing: $\rho = \frac{Mp}{RT} \implies M = \frac{\rho RT}{p} = \frac{0,320 \frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot 8,31 \frac{\text{m}^3 \cdot \text{Pa}}{\text{mol} \cdot \text{K}} \cdot 463 \text{ K}}{8000 \text{ Pa}} = 0,1539 \frac{\text{kg}}{\text{mol}} = 154 \text{ g/mol}$

Ideale gaswet

• Het gedrag van gassen wordt beschreven door druk ($p$), volume ($V$) en temperatuur ($T$).

• Ideale gaswet: $pV = nRT$

  • $p$: druk in Pascal (Pa)

  • $V$: volume in kubieke meter (m³)

  • $n$: stofhoeveelheid in mol

  • $R$: gasconstante = $8,31 \frac{\text{m}^3 \cdot \text{Pa}}{\text{mol} \cdot \text{K}} = 0,082 \frac{\text{L} \cdot \text{atm}}{\text{mol} \cdot \text{K}}$

  • $T$: temperatuur in Kelvin (K)

• Algemene gaswet (vergelijking van toestanden): $\frac{p<em>iV</em>i}{n<em>iT</em>i} = \frac{p<em>fV</em>f}{n<em>fT</em>f}$

  • Als een conditie constant blijft, kan deze worden weggelaten.

• Volume is recht evenredig met het aantal gasdeeltjes als druk en temperatuur constant zijn ($V \propto n$\text{ als }$p$\text{ en }$T$\text{ constant zijn}).

• Molair gasvolume ($V_m$) is het volume ingenomen door 1 mol gasdeeltjes.

  • $V_m = \frac{V}{n} = \frac{RT}{p}$

  • Bij normomstandigheden ($p = 101325 \text{ Pa}$, $T = 273,15 \text{ K}$): $V_m^o = 22,4 \text{ L/mol}$

Omzettingen

• $1 \text{ atm} = 1,01325 \text{ bar} = 1013 \text{ hPa} = 760 \text{ mmHg} = 760 \text{ Torr}$

• $1 \text{ L} = 1 \text{ dm}^3 = 10^{-3} \text{ m}^3$

Dichtheid van een gas

• $\rho = \frac{m}{V} = \frac{nM}{V} = \frac{MP}{RT}$

Oefeningen

1. Hoeveel liter (n.o.) neemt 4,00 mol H2 in?

2. Een opslagtank voor gas bevat 200 mol methaan (CH4(g)) bij een druk van 1,20 atm. Er wordt 100 mol methaangas toegevoegd bij constante temperatuur. Waaraan is de finale druk in de tank gelijk?

3. De olie geproduceerd door bladeren van de eucalyptus bevat de vluchtige organische component eucalyptol. Bij 190°C en 8000 Pa heeft eucalyptoldamp een dichtheid van 0,320 g/l. Bereken de molaire massa van eucalyptol.

6. Verdunnen van een oplossing

• Molaire concentratie: $c = \frac{n}{V}$

• Bij verdunnen blijft de stofhoeveelheid constant: $n<em>i = n</em>f$

• Dus: $c<em>iV</em>i = c<em>fV</em>f$

Voorbeeld oefening

• Nodig: 0,0100 mol/l K2CrO4 oplossing.

• Stock oplossing: 0,250 mol/l K2CrO4.

• Eindvolume: 0,250 l.

• Gevraagd: V_i.

• $V<em>i = V</em>f \frac{c<em>f}{c</em>i} = 0,250 \text{ L} \cdot \frac{0,0100 \text{ mol/L}}{0,250 \text{ mol/L}} = 0,0100 \text{ L} = 10 \text{ ml}$

Oefeningen

1. Een 15,00 ml K2CrO4 oplossing met een concentratie van 0,450 mol/l wordt verdund tot 100,00 ml. Wat is de concentratie van de nieuwe oplossing?

2. Je hebt vorige week een NaCl-oplossing gemaakt met een concentratie van 0,105 mol/l en een volume van 275 ml. Vandaag wil je verder werken en merk je dat door verdamping je nog maar een volume van 237 ml hebt. Wat is de nieuwe concentratie van je oplossing? Je wilt toch met deze oplossing verder werken, wat zou je doen om toch aan een concentratie van 0,105 mol/l te komen?

3. We gieten oplossing A (nl. 0,200 I en 0,12 mol/l HCl-opl) bij oplossing B (nl. 0,100 I en 0,60 mol/l HCI-oplossing). Bereken de molaire concentratie van de nieuwe oplossing.

4. Je beschikt over exact 200 gram bijtende soda (=vast NaOH poeder). Op welke manier kan je 1,5 liter van een 0,50 mol/l NaOH-oplossing a) maken? b) Daarna heb je voor een experiment nood aan 250 ml van een 0,010 mol/l NaOH-oplossing. Op welke manier zal je deze oplossing kunnen bereiden met behulp van de NaOH-oplossing uit vraag a?

2) Bepalen van de procentuele samenstelling

• Geeft de massa van elk component (atomen of ionen) op 100g van de stof.

• Voorbeeld: K:15% van stof X - per 100g van stof X is 15g afkomstig van kaliumatomen/-ionen.

Voorbeelday % samenstelling p7

1. Bepaal de massa van elk element en ethanoI C2 H5 OH
   $m<em>C = 2 \text{ mol} \cdot 12,011 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 24,022 \text{ g}$ $m</em>H = 6 \text{ mol} \cdot 1,008 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 6,048 \text{ g}$
   $m<em>O = 1 \text{ mol} \cdot 15,999 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 15,999 \text{ g}$ $M</em>{C<em>2H</em>5OH} = 46,069 \text{ g/mol}$

2. Procentueel voorkomen
   $$
   $$
   $$
   $52, 144 + 13,13+ 34,728 = 100,002$

Oefeningen p7

1. Ammonium fosfaat: $(NH<em>4)</em>3PO<em>4$ Gevraagd: % voorkomen N $m</em>N = 3 \text{ mol} \cdot 14,01 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 42,03 \text{ g}$
   $m<em>H = 12 \text{ mol} \cdot 1,008 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 12,036 \text{ g}$ $m</em>P = 1 \text{ mol} \cdot 30,97 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 30,97 \text{ g}$
   $m<em>O = 4 \text{ mol} \cdot 15,999 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 63,996 \text{ g}$ $M</em>{(NH<em>4)</em>3PO_4} = 149,092 \text{ g/mol}$
   $$

2. $C<em>{14}H</em>{20}N<em>2SO</em>4$
   $m<em>C = 14 \text{ mol} \cdot 12,011 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 168, 15 \text{ g}$ $m</em>H = 20 \text{ mol} \cdot 1,008 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 20, 16 \text{ g}$
   $m<em>N = 2 \text{ mol} \cdot 14,007 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 28,014 \text{ g}$ $m</em>S = 1 \text{ mol} \cdot 32,07 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 32,07 \text{ g}$
   $m<em>O = 4 \text{ mol} \cdot 15, 999 \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 63,996 \text{ g}$ $M</em>{C<em>{14}H</em>{20}N<em>2SO</em>4} = 312, 39 \text{ g}$
   $$
   $$
   $$
   $$
   $$

3. In 100g Lout LH er 26,6 g K. And k
   $26,6 \text{ g K} \cdot \frac{1 \text{ mol}}{39,102 \text{ g}} = 0,680 \text{ mol K}$
   $35,4 \text{ g Cr} \cdot \frac{1 \text{ mol}}{51,996 \text{ g}} = 0,681 \text{ mol Cr}$
   $38,0 \text{ g O} \cdot \frac{1 \text{ mol}}{15,999 \text{ g}} = 2,38 \text{ mol O}$
   K : 0,680 1
   Gai 0,681
   O : 2,38
   Delen door kleinste mnd-waarch
   $K<em>1Cr</em>1O<em>{3,5} \implies K</em>2Cr<em>2O</em>7$

4. In 100g
   43,64g P
   56, 36 of 0
   $43,64 \text{ g P} \cdot \frac{1 \text{ mol}}{30, 97 \text{ g}} = 1,409 \text{ mol P}$
   $56,36 \text{ g O} \cdot \frac{1 \text{ mol}}{15,999 \text{ g}} = 3,523 \text{ mol O}$
   Delen door de k leinske mol-waarde
   P = 1,409
   O = 3,523 2,5
   $P<em>1O</em>{2,5} \implies P<em>2O</em>5$
   Molaire massa ild opgave is 283,88. g
   $M<em>{P</em>2O<em>5} = 141.94$ De moleculaire formule $\frac{283,88}{141,94} = 2$ is dan $(P</em>2O<em>5)</em>2 = P<em>4O</em>{10}$

Stappenplan

1. Bepalen empirische formule
   9 stof X
   % stof X
   Bepaal aantal mol door te delen
   door de atoommassa van het element
   Bepaal de verhoudingen door het aantal
   mol ke delen door de kleinske md-waarde.
   Je bekomt gehele getallen.
   Indien een kommagetal, vermenigvuldy je
   kot je een geheel getal krijgt
   2 Bepalen moleculaire formule
   Bepaal de massa v/d empirische formule
   Deel de molaire massa
   door de massa
   van de empirische formule
   Je bekomt de verhouding kss beiden
   Vermenigvuldig de empirische formule
   met
   de verhouding

Voorbeeld oefening

Bepaal de procentuele samenstelling van ethanol (C2H5OH).

1. Bepaal de massa van elk element en van ethanol

2. Bepaal het procentueel voorkomen

Oefeningen

1. Bereken de procentuele samenstelling van stikstof in ammoniumfosfaat.

2. Peninciline werd per toeval ontdekt door de Schotse bacteriologist Alexander Fleming in 1928 en was een van de eerste antibiotica die ontwikkeld werden. Peninciline F heeft de formule C14H20N2SO4. Bepaal voor peninciline F de procentuele samenstelling voor elk element.

3. Een zout heeft volgende procentuele samenstelling
   K: 26,6 %; Cr: 35,4%; O: 38,0%

Bereken de verhoudingsformule van dit zout.

1. Een wit poeder wordt geanalyseerd en dit bestaat uit 43,64% fosfor en 56,36% zuurstof. Het poeder heeft een molaire massa van 283,88 g. Bepaal de molecuulformule van het poeder.

3) Concentratiegrootheden

1. Enkele gekende concentratiegrootheden

2. Enkele nieuwe concentratiegrootheden

Algemeen kan je het begrip concentratie van een opgeloste stof in een oplossing
definiëren als de verhouding van een grootheid van de opgeloste stof tot een grootheid
van het oplosmiddel of de oplossing.

concentratie =
$\frac{m, n, N,V (opgeloste stof)}{m, n, N,V (oplosmiddel/oplossing)}$

• Massafractie of massaprocent (m%)
  = aantal gram opgeloste stof in 100g oplossing
  $m$
  Voorbeeld: In een suikeroplossing met m% = 35% bevindt er zich 35 g suiker in een oplossing die in totaal een massa van 100 g heeft.

• Volumefractie of volumeprocent (V%)
  = aantal ml opgeloste stof in 100ml oplossing
  $V$
  Voorbeeld: alcoholpercentage in sterkedrank. Men drukt hiermee de hoeveelheid ethanol uit dat in de drank zit.
  Opmerking: Als de uitdrukking % gebruikt wordt voor vaste stoffen, dan wordt meestal het massaprocent bedoeld. Als die uitdrukking gebruikt wordt voor oplossingen (een vloeistof in een vloeistof) dan geldt het V%.

• massavolumeprocent of massaconcentratie (mV% of %)
  = aantal gram opgeloste stof in 100ml oplossing
  $mV$
  Voorbeeld: Om de neusjes van baby's te reinigen, gebruikt men vaak 'fysiologisch water', een 0,9% NaCl-oplossing. Dat wil zeggen dat er 0,9 gram NaCl is opgelost in 100 ml (gedestilleerd) water.

• promille (‰)
  = aantal deeltjes opgeloste stof per duizend deeltjes
  $‰ = \frac{m(opgeloste stof) \cdot 10^3}{m(oplossing)} = \frac{V(opgeloste stof)}{V(oplossing)} \cdot 10^3 = \frac{N(opgeloste stof) \cdot 10^3}{N(oplossing)}$
  uitgedrukt in ml/l of g/kg
  Promille wordt het meest geassocieerd met de hoeveelheid alcohol in je bloed. Men meet dan het aantal milligram alcohol per liter bloed. Dit komt niet overeen met de definitie die hierboven staat. Bij het bepalen van het alcoholgehalte moet men rekening houden met je massa, geslacht, Zo wordt de alcohol gelijkmatig opgenomen in ons lichaam, meer bepaald door ons lichaamsvocht. Bij mannen is dat ongeveer 70%, bij vrouwen 60% van het totale lichaamsgewicht. Voor verdere berekeningen in oefeningen mag je 63% van de massa nemen om het lichaamsvocht te berekenen.

Voor een muis van 20 g is de lethale dosis NaCN 10 ppm. Zal ze sterven als
ze 0,00015 g NaCN toegediend krijgt?
ppm an
20 muis
=20g/106
= 20

ло ррт

200
Ng
20 Ng .10
0,00015
of
200,000200gf
Dus nee, de muis zal
Intet sterven.
parts per million (ppm)
= aantal deeltjes opgeloste stof per miljoen deeltjes
uitgedrukt in mg/kg of ml/1000/
Oefening
parts per billion (ppb)
= aantal deeltjes opgeloste stof per miljard deeltjes
uitgedrukt in mg/1000 kg of ml/1000m³

• parts per million (ppm)

  • = aantal deeltjes opgeloste stof per miljoen deeltjes

  • uitgedrukt in mg/kg of ml/1000/

Voor een muis van 20 g is de lethale dosis NaCN 10 ppm. Zal ze sterven als
ze 0,00015 g NaCN toegediend krijgt?
ppm an
20 muis
=20g/106
= 20

ло ррт

200
Ng
20 Ng .10
0,00015
of
200,000200gf
Dus nee, de muis zal
Intet sterven.
parts per billion (ppb)
= aantal deeltjes opgeloste stof per miljard deeltjes
uitgedrukt in mg/1000 kg of ml/1000m³

• parts per billion (ppb)
  = aantal deeltjes opgeloste stof per miljard deeltjes
  uitgedrukt in mg/1000 kg of ml/1000m³

Oefening

Als je 5 gewone pintjes drinkt, hoeveel ml ethanol heb je dan opgenomen?

= 5,2 bio/
100
250 ml bier. 5
65ml

massavolumeprocent of massaconcentratie (mV% of %)

    = aantal gram opgeloste stof in 100ml oplossing
    Voorbeeld: Om de neusjes van baby's te reinigen, gebruikt men vaak 'fysiologisch water', een 0,9% NaCl-oplossing. Dat wil zeggen dat er 0,9 gram NaCl is opgelost in 100 ml (gedestilleerd) water.

promille (%) = aantal deeltjes opgeloste stof per duizend deeltjes
uitgedrukt in ml/l of g/kg
Promille wordt het meest geassocieerd met de hoeveelheid alcohol in je bloed. Men meet dan het aantal milligram alcohol per liter bloed. Dit komt niet

Annelies dronk snel 2 biertjes (elk 25 cl) na elkaar van 5,2°. Ze heeft een massa
van 45 kg. Mag ze daarna onmiddellijk met de auto rijden?
Vcops) 10³ 26.10³ 1.103-,
mV%. Viopl)
10² 26 ml
promille (‰)
= aantal deeltjes opgeloste stof per duizend deeltjes