1 Wat is een concentratie van een oplossing?

e Via de berekende stofhoeveelheid van het beperkende reagens vinden we nu de andere stofhoeveelheden in mol door gebruik te maken van de molverhouding:

NaOH + HCl → NaCl

1 mol + 1 mol → 1 mol + H2O + 1 mol

100,0 g

100,0 g 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol f Zet de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde eenheid (gram) door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa: NaOH + HCl → NaCl + H2O 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol · 36,5 g mol 2,50 mol · 58,5 g mol 2,50 mol · 18,0 g mol 100,0 g = 91,3 g = 146,3 g = 45,0 g g Bepaal de overmaat: In het voorbeeld is er dus 0,24 mol (2,74 mol - 2,50 mol) over van het waterstofchloride. Ook die hoeveelheid kan ter controle omgezet worden naar gram aan de hand van de molaire massa van zoutzuur (36,5 g mol ). De overmaat aan HCl is dus m = n · M = 0,24 mol · 36,5 g mol = 8,8 g Bij vraagstukken met twee gegeven stofhoeveelheden komt er een stapje bij in het stappenplan: vraagstuk analyse gegeven en gevraagd? reactievergelijking schrijven gegeven massa omzetten naar mol beperkende reagens zoeken Proefhoofdstuk©VANIN molverhouding toepassen omzetting naar gevraagde eenheid en indien gevraagd de overmaat berekenen

Let goed op bij het bepalen van het beperkende reagens en de stof die in overmaat aanwezig was. Het beperkende reagens is niet noodzakelijk de stof waarbij de gegeven stofhoeveelheid in gram het kleinst is. Allereerst moeten die stofhoeveelheden omgezet worden in de eenheid mol! Maar zelfs dan is het niet noodzakelijk de kleinste molhoeveelheid die het beperkende reagens vormt. Om het beperkende reagens te weten te komen, moeten we ook nog rekening houden met de molverhouding, gegeven door de voorgetallen. We verduidelijken dit in een moeilijker voorbeeld.

VOORBEELD OVERMAAT BEREKENEN 200,0 gram calciumhydroxide (Ca(OH)2) reageert met 196,0 gram fosforzuur (H3PO4) tot calciumfosfaat en water. Bereken hoeveel gram calciumfosfaat er gevormd wordt en hoeveel gram van welke stof er in overmaat aanwezig was. We schrijven eerst de reactievergelijking: 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6 H20 De molverhouding leert ons: 3 mol + 2 mol → 1 mol + 6 mol De gegeven stofhoeveelheden: m/M = n m/M = n 200,0 g = 2,7 mol 196,0 g = 2,0 mol Let op: op het eerste gezicht zou je denken dat fosforzuur hier het beperkende reagens is, maar de molverhouding leert ons hier dat je voor de reactie van 2 mol fosforzuur, 3 mol calciumhydroxide nodig zult hebben, terwijl we maar 2,7 mol hebben. Niet H3PO4 maar Ca(OH)2 zal hier dus het beperkende reagens zijn! We rekenen dus verder met het juiste beperkende reagens. 2,7 mol = 1,8 mol = 0,9 mol = 5,4 mol Nu we alle stofhoeveelheden gevonden hebben, rekenen we om naar de gevraagde eenheid: M(Ca3(PO4)2) = 3 · 40,1 g mol + 2 · 31 g mol + 8 · 16,0 dan m = n · M = 0,9 mol · 310,3 g mol = 279,3 g g mol = 310,3 g mol We berekenen vervolgens de overmaat: Er is 2,0 mol (196,0 g) - 1,8 mol (176,4 g) = 0,2 mol overmaat aan fosforzuur. 0,2 mol · 98 g mol = 19,6 g

TIP

/3 · 2 /3 · 2 Proefhoofdstuk©VANIN

Als extra controle kun je altijd nagaan of al de berekeningen kloppen door de wet van behoud van massa toe te passen: de som van de massa’s van de reagentia = de som van de massa’s van de reactieproducten. Let op dat je ook hier niet met de overmaat rekent.

AAN DE SLAG

1 Waterstofchloride reageert met 50,0 g natriumhydroxide. Daarbij ontstaan keukenzout en water. (reactievergelijking: HCl + NaOH → NaCl + H2O) Hoeveel gram zuur heb je nodig en hoeveel gram zout ontstaat er? Bereken hoeveel gram kaliumhydroxide (KOH) kan reageren met 15,75 g salpeterzuur (HNO3). Bij die reactie ontstaan kaliumnitraat (KNO3) en water. (reactievergelijking: KOH + HNO3 → KNO3 + H2O) Hoeveel gram zout wordt er maximaal gevormd? Hoeveel gram calciumfosfaat (Ca3(PO4)2) ontstaat door de reactie van 2,7 mol calciumhydroxide (Ca(OH)2) met voldoende fosforzuur (H3PO4)? Bij die reactie ontstaat naast calciumfosfaat ook water. (reactievergelijking: 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → (Ca3(PO4)2) + 6 H2O) Wanneer een metaal en een zuur reageren, ontstaat vaak waterstofgas. Zink reageert bv. met zwavelzuur (H2SO4) tot zinksulfaat (ZnSO4) en waterstofgas (H2). Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat zwavelzuur om 6,0 g waterstofgas te bekomen? Koolstofdisulfide (CS2) reageert met dizuurstof (O2) tot zwaveldioxide (SO2) en koolstofdioxide (CO2). Hoeveel gram zuurstofgas moet je hebben om 38,1 g koolstofdisulfide te verbranden? Butaan wordt verbrand bij gebruik van bijvoorbeeld de gasbarbecue volgens de reactie 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O. Hoeveel gram zuurstofgas heb je nodig om 40,00 gram butaangas te verbranden? Hoeveel gram CO2 wordt daarbij gevormd? Stel dat je auto op zuiver octaan rijdt en 5 600 gram octaan verbruikt per 100 kilometer. De verbrandingsreactie kan als volgt geschreven worden: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

2 4 a Wat is de CO2-uitstoot van je wagen in g km ? b In welke klasse wordt jouw auto ingedeeld? ` Meer oefenen? Ga naar 5 6 7 BENZINE

3

A A < 100 g CO2/km B B 100 ≤ g CO2/km < 130 C C 130 ≤ g CO2/km < 160 D D 160 ≤ g CO2/km < 190 E E 190 ≤ g CO2/km < 190 F F 220 ≤ g CO2/km < 250 G G ≥ 250 g CO2/km Op basis van CO2-uitsoot worden auto’s ingedeeld in een categorie A tot G. Proefhoofdstuk©VANIN

HOOFDSTUK 4

Concentratie van een oplossing

Alcoholgel wordt veel gebruikt voor het ontsmetten van de handen. Om voldoende werkzaam te zijn, moet de hoeveelheid alcohol die wordt opgelost in de gel, een voldoende hoge concentratie hebben.

In een labo gaan we vaak stoffen oplossen in een oplosmiddel (meestal water), omdat ze dan beter reageren.

Maar het aantal gram van de oplossing geeft niet de nodige informatie over de stofhoeveelheid van het opgeloste reagens. We moeten weten hoeveel mol of gram van de opgeloste stof er in de oplossing zit. In ons voorbeeld van de alcoholgel is de hoeveelheid alcohol (opgeloste stof) belangrijk, niet zozeer de hoeveelheid alcoholgel (oplossing). We willen weten hoeveel alcohol er in de alcoholgel zit, dus wat de concentratie aan alcohol is. LEERDOELEN

L de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven

L het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire concentratie toepassen

L het verband tussen mol en molaire concentratie bepalen aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen

1 Wat is een concentratie van een oplossing?

Een oplossing is een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel. Neem het voorbeeld van een tas koffie waarin een klontje suiker wordt gebracht: • Het oplosmiddel is hier de koffie. • De opgeloste stof is de suiker. • De oplossing bestaat uit gesuikerde koffie. Je weet natuurlijk al dat de koffie zoeter zal smaken naargelang je er 1, 2 of 3 klontjes suiker in oplost. Het is dus belangrijk om de concentratie van de oplossing goed te kennen. Als we de concentratie van de opgeloste stof willen kennen, dan moeten we de hoeveelheid van de opgeloste stof en de hoeveelheid oplossing kennen. Suiker, net als vele andere stoffen, kan in verschillende hoeveelheden opgelost worden in water. Niet alle stoffen zijn trouwens even goed oplosbaar in water. Daar komen we later op terug. De maximale oplosbaarheid kan sterk verschillen van stof tot stof. Ook voor stoffen die wel oplossen in water is de hoeveelheid stof die kan opgelost worden, niet onbeperkt. Vanaf een bepaalde concentratie treedt verzadiging op: extra toegevoegd zout zal dan niet meer oplossen maar bezinken in de oplossing.

Afb. 14 Gesuikerde koffie is een oplossing Proefhoofdstuk©VANIN