Hoofdstuk 8
Massaverhoudingen

§1 Relatieve atoommassa
§2 Behoud van massa en massaverhouding
§3 Overmaat

§1 Relatieve atoommassa

In dit hoofdstuk gaan we rekenen aan chemische reacties met behulp van het begrip massa. We beginnen in de eerste paragraaf met het bestuderen van de massa van atomen en moleculen.

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat elke atoomsoort wordt gekenmerkt door een vast aantal protonen in de kern. Het aantal protonen in de kern wordt ook wel het atoomnummer genoemd. In het onderstaande periodiek systeem staat het atoomnummer linksonder elk element genoemd.

Het aantal protonen en neutronen samen noemen we het massagetal. Zoals we in een eerder hoofdstuk geleerd hebben staat het massagetal van een bepaald element staat niet vast. De meestvoorkomende massagetallen van Neon zijn bijvoorbeeld 20 en 22. We noemen dit twee isotopen van neon.

De massa van atomen geven we meestal niet in kilogram, maar in atomaire massaeenheid (u). Voor de massa kijken we alleen naar de protonen en de neutronen en niet naar de elektronen, want deze deeltjes zijn veel lichter en dragen daarom zo goed als niks bij aan de massa. Zowel een proton als een neutron wegen beide rond de 1,0 u. Er geldt:

$$ 1 \text{ u} = 1,66 \times 10^{-27} \text{ kg} $$

Doordat een proton en een neutron elk een massa hebben van ongeveer 1,0 u, komt de massa van atomen in u redelijk overeen met het massagetal. Als we op aarde echter een bepaalde hoeveelheid van een stof hebben, dan bestaat dit meestal uit een mix van isotopen. Om de massa van een atoom te bepalen wordt dan het gemiddelde genomen van de verschillende massa's van de isotopen, waarbij rekening wordt gehouden met hoe vaak ze voorkomen. Deze gemiddelden worden de relatieve atoommassa genoemd en ze staan voor alle elementen vermeld in het bovenstaande periodieke systeem linksboven het element in u. Deze gemiddelden kan je ook in BINAS vinden.

Met deze kennis kunnen we bijvoorbeeld de massa van het gemiddelde watermolecuul berekenen. De molecuulformule van water is H₂O. Het bestaat dus uit twee waterstofatomen (H) met volgens het periodiek systeem elk een massa van 1,0 u en een zuurstofatoom (O) met een massa van 16,0 u. De totale massa is dan 1,0 + 1,0 + 16,0 = 18,0 u. We kunnen dit als volgt naar kilogram omrekenen:

$$ 18,0 \text{ u} \times 1,66 \times 10^{-27} = 2,988 \times 10^{-26} \text{ kg} $$

We kunnen nu ook het massapercentage van de waterstof en de zuurstof in water uitrekenen. Omdat de massa van het zuurstofatoom 16,0 u is en de massa van water 18,0, is het massapercentage zuurstof in water:

Massa	18,0 u	16,0 u
Massaprocent	100 %	88,9 %

De twee waterstof atomen hebben samen een massa van 1,0 + 1,0 = 2,0 u. Op een soortgelijk manier vinden we het massapercentage van waterstof:

Massa	18,0 u	2,0 u
Massaprocent	100 %	11,1 %

Dit zijn trouwens precies te percentages die we vinden als we water ontleden door middel van elektrolyse in zuurstofgas (O₂) en waterstofgas (H₂). Als we beide gassen wegen, dan vinden we inderdaad dat voor elke 11,1 gram waterstof die vrijkomt er 88,9 gram zuurstof wordt geproduceerd.

Laten we hetzelfde doen voor bijvoorbeeld kaliumoxide (K₂O). Kalium is een metaal en zuurstof een niet-metaal, dus we hebben hier te maken met een zout. Het vinden van de massapercentages werkt echter hetzelfde. Een kaliumion heeft volgens het periodiek systeem een massa van 39,1 u en een oxide-ion een massa van 16,0 u. Omdat we twee kaliumionen hebben in de verhoudingsformule vinden we een totale massa van 39,1 + 39,1 + 16,0 = 94,2 u.

De kaliumionen in de verhoudingsformule hebben een massa van 39,1 + 39,1 = 78,2 u. Het massapercentage kalium in kaliumoxide wordt hiermee:

Massa	94,2 u	78,2 u
Massaprocent	100 %	83,0 %

Het massapercentage zuurstof in kaliumoxide is:

Massa	94,2 u	16,0 u
Massaprocent	100 %	17,0 %

Voorbeeld

Vraag:

Per dag wordt in een fabriek 1200 ton bauxiet (Al₂O₃) verwerkt tot aluminium door middel van elektrolyse. Bereken hoeveel ton aluminium hiermee per dag kan worden geproduceerd.

Antwoord:

In het periodiek systeem vinden we dat de massa van een aluminiumatoom gelijk is aan 27,0 u. De massa van een zuurstofatoom is 16,0 u. Al₂O₃ heeft dus een massa van 27,0 + 27,0 + 16,0 + 16,0 + 16,0 = 102,0 u. Het aluminium in dit zout heeft een massa van 27,0 + 27,0 = 54,0 u.

Hiermee kunnen we nu het massapercentage aluminium in bauxiet berekenen:

Massa 102,0 u 54,0 u

Massaprocent 100 % 52,9411 %

Er wordt in totaal per dag 1200 ton bauxiet verwerkt (1 ton = 1000 kg). Met een verhoudingstabel vinden we hoeveel ton overeenkomt met 52,9411 %:

Massa 1200 ton 635 ton

Massaprocent 100 % 52,9411 %

Er wordt dus 635 ton aluminium geproduceerd per dag (in drie significante cijfers).

Leerdoelen:

Zorg dat je met behulp van het periodiek systeem de relatieve atoommassa's kan vinden in de atomaire massaeenheid (u) en zorg dat je hiermee o.a. de massa van moleculen kan berekenen

Zorg dat je de atomaire massaeenheid (u) kan omrekenen naar kilogram (kg)

Zorg dat je het massapercentage van een atoomsoort in een stof kan achterhalen

Bereken de massa van de volgende moleculen in in u en kg.

Koolstofdioxide

Waterstofperoxide

Methaan

Glucose

Fluor

Bij elektrolyse van keukenzout ontstaat natrium en chloorgas.

Bereken het massapercentage van natrium in keukenzout.

Bereken het massapercentage van chloor in keukenzout.

Een leerling verbrandt 100 gram sucrose (C₁₂H₂₂O₁₁). Hierbij ontstaat koolstof en water.

Bereken hoeveel gram koolstof bij de verbranding ontstaat

Bereken hoeveel gram water bij de verbranding ontstaat.

Een brok ijzererts (Fe₂O₃) met een massa van 4,5 kg.

Bereken hoeveel gram ijzer hieruit te winnen is.

Bereken hoeveel gram zuurstof in de erts zit.

Een vaccin bevat 1,34 mg aluminiumfosfaat (AlPO₄). Laat met een berekening zien dat het aluminiumfosfaat in het vaccin 0,3 mg aluminiumionen bevat.
(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

In regoliet komen onder meer Al₂O₃ en Fe₂O₃ voor. Met behulp van elektrolyse wordt hier zuurstof uit verkregen. Bereken in beide gevallen het massapercentage zuurstof dat ontstaat.
(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

Een oplossing bevat 4,12 mg natriumhydroxide per mL. Bereken de concentratie hydroxide-ionen in mg/mL in deze oplossing.

Per dag verwerkt een hoogoven 2500 ton Fe₂O₃. Bereken hoeveel ton ijzer deze hoogoven per dag maximaal kan produceren.

§2 Behoud van massa en massaverhouding

In deze paragraaf bespreken we een belangrijk principe uit de scheikunde genaamd het behoud van massa. We gaan dit principe gebruiken om uit te rekenen in welke massaverhouding verschillende stoffen reageren.

In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat we de atomen behouden blijven bij een chemische reactie. Dit betekent dat we voor en na de reactie precies dezelfde atomen hebben. Omdat de massa van deze atomen tijdens de reactie ook gelijk blijft, moet de totale massa van de stoffen voor en na de reactie ook gelijk zijn. We noemen dit principe de wet van behoud van massa.

Bij sommige reacties lijkt het in eerst instantie of massabehoud niet geldt. Neem bijvoorbeeld het verbranden van een blok hout. Als je het blok voor en na de verbranding weegt, dan lijkt het alsof er massa verdwenen is. Dit komt echter doordat er bij de verbranding gassen zijn vrijgekomen. Als deze gassen netjes opgevangen worden en gewogen worden, dan blijkt dat de massa netjes gelijk gebleven is.

Nog een voorbeeld. Als een stuk ijzer oxideert, dan wordt het juist zwaarder. Ook hier lijkt massabehoud in eerst instantie niet te gelden, maar bij nadere inspectie blijkt dat het ijzer zuurstof heeft opgenomen uit de lucht. Als deze zuurstof ook gewogen wordt, dan blijkt massabehoud wederom te gelden.

Laten we nu naar reacties kijken. Hieronder zien we het ontleden van water. Bij de ontleding ontstaan 4 waterstofatomen. Volgens het periodiek systeem is de relatieve atoommassa van één waterstofatoom 1,0 u. Voor 4 waterstofatomen geldt dan 1,0 × 4 = 4,0 u. En ontstaat ook 2 zuurstofatomen met een totale massa van 16,0 × 2 = 32,0 u. Waterstofatomen en zuurstofatomen ontstaan bij ontleden dus in de volgende massaverhouding:

$$ 4,0 : 32,0 $$

Dat wil zeggen dat als we bij een ontleding bijvoorbeeld 4,0 gram waterstof produceren, dat er dan ook 32,0 gram zuurstof ontstaat. Of als er 4,0 kg waterstof ontstaat, dat er dan ook 32,0 kg zuurstof ontstaat.

Nu bestuderen hiervoor het ontleden van waterstofchloride (HCl) in waterstofgas (H₂) en chloorgas (Cl₂).

In het periodiek systeem zien we dat een waterstofatoom een relatieve atoommassa van 1,0 u heeft, terwijl een chlooratoom een relatieve atoommassa heeft van 35,5 u heeft. Van beide stoffen ontstaan twee atomen, dus de totale massa is 2 × 1,0 = 2,0 u voor waterstof en 2 × 35,5 = 71,0 u voor chloorgas. We zeggen in zo'n geval dat de massaverhouding tussen het waterstofgas en het chloorgas gelijk is aan:

$$ 2,0 : 71,0 $$

Stel dat we bijvoorbeeld 2,25 gram waterstofgas willen maken. Hoeveel gram chloorgas komt hier dan bij vrij? Dit kunnen we nu uitrekenen met een verhoudingstabel:

Waterstof	2,0 gram	2,25 gram
Chloor	71,0 gram	79,9 gram

Als we 2,25 gram waterstofgas maken met deze reactie, dan ontstaat er dus ook 79,9 gram chloorgas.

Voorbeeld

Vraag:

Een leerling ontleedt 50,0 gram waterstofchloride. Bereken hoeveel gram waterstof en hoeveel gram chloor hier bij vrijkomt.

Antwoord:

In de bovenstaande tekst hebben we gevonden dat bij het ontleden van waterstofchloride waterstof en chloor vrijkomt in de massaverhouding 2,0 : 71,0. Als we bijvoorbeeld 2,0 gram waterstof produceren, dan ontstaat er ook 71,0 gram chloor. Dankzij massabehoud weten we dat dit geproduceert moet zijn uit 2,0 + 71,0 = 73,0 gram waterstofchloride. We kunnen op basis hiervan de volgende verhoudingstabel maken, waarmee we uitrekenen hoeveel gram waterstofgas en hoeveel gram chloorgas er vrijkomt bij de ontleding van 50,0 gram waterstofchloride (zoals gevraagd is):

Waterstof 2,0 gram 1,4 gram

Chloor 71,0 gram 48,6 gram

Waterstofchloride 73,0 gram 50,0 gram

We kunnen nog even checken of we dit goed hebben uitgerekend, door de 1,4 gram waterstofgas en de 48,6 gram chloorgas bij elkaar op te tellen. We vinden dan inderdaad 1,4 + 48,6 = 50,0 gram. Dit klopt!

Voorbeeld

Vraag:

Een leerling verbrandt 16,5 gram magnesium. Bereken hoeveel gram zuurstof we hiervoor nodig hebben. En bereken hoeveel magnesiumoxide hierbij ontstaat.

Antwoord:

Bij deze reactie ontstaat magnesiumoxide. Dit is een zout. Een magnesiumion heeft lading 2+ en een zuurstofion heeft lading 2-. De verhoudingsformule wordt hiermee: MgO. Een eerste poging tot een reactievergelijking wordt hiermee:
$$ \text{... Mg} + \text{... O}_2 \rightarrow \text{... MgO}$$
Deze vergelijking maken we als volgt kloppend:
$$ \text{2 Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{2 MgO}$$
Nu we de reactie hebben kunnen we de massaverhouding berekenen van het magnesium en de zuurstof bij de reactie.

In het periodiek systeem lezen we dat een zuurstofion een massa hefet van 16,0 u is en een magnesiumion een massa van 24,3 u. Van beide stoffen doen twee atomen mee in de bovenstaande reactie. Dit levert een massa van 2 × 16,0 = 32,0 u voor zuurstof en 2 × 24,3 = 48,6 u voor magnesium. De massaverhouding tussen zuurstof en magnesium wordt hiermee:
$$ 32,0 : 48,6 $$
In de vraag lezen we dat 16,5 gram magnesium reageert. Met een verhoudingstabel berekenen we hiermee hoeveel zuurstof hiermee reageert:

Zuurstof 32,0 gram 10,86 gram

Magnesium 48,6 gram 16,5 gram

Er heeft dus 10,9 gram zuurstof gereageerd.

Er werd ook gevraag hoeveel gram magnesiumoxide er is ontstaan. Dit kunnen we vinden met behulp van de wet van behoud van massa. Als 16,5 gram magnesium en 10,9 gram zuurstof met elkaar reageren, dan ontstaat er 16,5 + 10,9 = 27,4 gram magnesiumoxide.

Voorbeeld

Vraag:

Als magnesium (Mg) met fosfor (P₄) reageert, ontstaat het zout magnesiumfosfide. Vind de reactievergelijking en bepaal daarna de massaverhouding waarin magnesium en fosfor met elkaar reageren.

Antwoord:

Eerst willen we de verhoudingsformule van het zout (magnesiumfosfide) te weten komen. We beginnen met het opschrijven van de ionen waaruit dit zout bestaat:
$$ \mathrm{Mg}^{2+} \;\;\;\; \mathrm{P}^{3-} $$
Omdat een zout neutraal moet zijn, moeten de ionen in de volgende verhouding voorkomen:
$$ \mathrm{Mg}^{2+} \;\; \mathrm{Mg}^{2+} \;\; \mathrm{Mg}^{2+} \;\;\;\; \mathrm{P}^{3-} \;\; \mathrm{P}^{3-}$$
De verhoudingsformule wordt dus:
$$ \mathrm{Mg}_3\mathrm{P}_2 $$
De eerste poging tot het maken van een reactievergelijking wordt hiermee:
$$ \mathrm{... Mg} + \mathrm{... P}_4 \rightarrow \mathrm{... Mg}_3\mathrm{P}_2 $$
Nu maken we de reactievergelijking kloppend:
$$ 6 \mathrm{Mg} + \mathrm{P}_4 \rightarrow 2 \mathrm{Mg}_3\mathrm{P}_2 $$
In het periodiek systeem vinden we dat een magnesiumatoom een massa heeft van 24,3 u en een fosforatoom een massa van 31,0 u. Er reageren 6 magnesiumatomen. De totale massa hiervan is 24,3 × 6 = 145,8 u. Er reageren 4 fosforatomen. De totale massa hiervan is 31,0 × 4 = 124 u.

We hebben hiermee gevonden dat magnesium en fosfor in de volgende massaverhouding met elkaar reageren bij de vorming van magnesiumfosfide:
$$ 145,8 : 124 $$

Open het periodiek systeem in een nieuwe tab.

Leerdoelen:

Zorg dat je kan redeneren met massabehoud, ook in situaties waar gassen worden vervormd of opgenomen

(2p) Bij het verbranden van een stuk hout is de as lichter dan het oorspronkelijke stuk hout. Leg uit of ook voor deze reactie de wet van massabehoud geldt.

(1p) Een spijker wordt gewogen en daarna een tijdje in vochtige lucht bewaard. Na verloop van tijd weegt men de roestige spijker nogmaals. De massa van de spijker blijkt groter te zijn geworden. Leg uit hoe dit kan.

(3p) Bij de volledige ontbranding van 4,0 gram methaan ontstaat 9,0 gram water en 11,0 gram koolstofdioxide. Hoeveel gram zuurstof heeft er gereageerd?

Leerdoelen:

Zorg dat je met de relatieve atoommassa's in het periodiek systeem de massaverhouding kan vinden waarin stoffen met elkaar reageren

Zorg dat je met de massaverhouding kan uitrekenen hoeveel gram je nodigt hebt om stoffen volledig met elkaar te laten reageren.

Magnesium en broom reageren met elkaar.

Bereken de massaverhouding waarin deze stoffen met elkaar reageren.

(1p) Bereken hoeveel gram magnesium reageert met 60 gram broom.

(2p) Bereken hoeveel gram magnesium reageert met 10 kg broom.

(1p) Bereken hoeveel gram broom reageert met 60 gram magnesium.

(2p) Bereken hoeveel gram broom reageert met 28 kg magnesium.

(2p) Bereken de massa van de magnesiumbromide die bij vraag a t/m d is ontstaan.

Waterstof en zuurstof reageren met elkaar.

(1p) Bereken hoeveel gram waterstof reageert met 28 gram zuurstof.

(1p) Bereken hoeveel gram zuurstof reageert met 15 mg waterstof.

(1p) Bereken hoeveel gram water bij deze twee reacties is ontstaan.

(2p) Bereken hoeveel gram waterstof en zuurstof nodig zijn voor 54 gram water.

Bij de verbranding van glucose (C₆H₁₂O₆) ontstaat koolstofdioxidegas en waterdamp.

(2p) Schrijf de reactievergelijking op.

(4p) Bereken de massaverhouding waarin glucose en zuurstof met elkaar reageren.

(2p) Bereken hoeveel zuurstof er nodig is als we 8 gram glucose verbranden.

Als een scheikunde docent een mengsel van waterstof met zuurstof met een lucifer aansteekt hoort de klas een knal.

Welke stof wordt er gevormd bij deze reactie?

Geef de kloppende reactie vergelijking van deze reactie.

Hoeveel gram waterstof is er nodig om met 10 gram zuurstof te reageren?

Hoeveel gram van de gevormde stof ontstaat er dan?

Magnesium, water en zuurstof kunnen met elkaar reageren volgens de volgende reactievergelijking: $$ \text{2 Mg} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{2 Mg(OH)}_2 $$ Een druppel water heeft een massa van 0,05 gram. Bereken hoeveel gram magnesium hiermee kan reageren.

Met beluchting kunnen ijzerionen uit water verwijderd worden. Het wordt hierbij omgezet tot Fe(OH)₃. De vergelijking van deze reactie is hieronder weergegeven. $$ \text{4Fe}^{2+} + \text{O}_2 + \text{2H}_2\text{O} + \text{8HCO}_3^{-} \rightarrow \text{4Fe(OH)}_3 + \text{8CO}_2 $$ Bereken hoeveel kg O₂ nodig is om 50,0 kg Fe²⁺-ionen om te zetten volgens de gegeven vergelijking.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
Een koperdraad in een bekerglas wordt overgoten met een kleurloze oplossing. Deze oplossing bevat o.a. zilverionen (Ag⁺). Op het koper ontstaat een grijswit laagje zilver. De oplossing in het bekerglas verandert hierbij van kleur. De chemische reactie die dit veroorzaakt kan als volgt worden weergegeven: $$ \text{2Ag}^+\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \rightarrow \text{2Ag(s)} + \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} $$

Bepaal de massaverhouding waarin de zilverionen en het koper met elkaar reageren. Laat zien dat dit gelijk is aan 3,40 : 1,00.

Bereken hoeveel mg koper maximaal kan reageren met 50,0 mL kleurloze oplossing die 21,6 mg zilverionen per mL bevat.

De productie van waterstof met behulp van bruinkool kan vereenvoudigd worden weergegeven met de volgende vergelijking: $$ \text{2C} + \text{O}_2 + \text{2H}_2\text{O} \rightarrow \text{2CO}_2 + \text{2H}_2 $$ Bereken hoeveel kg H₂ volgens deze reactie maximaal kan ontstaan per ton bruinkool (1 ton = 1000 kg). Neem aan dat bruinkool 65 massaprocent C bevat.

Calciumchloride (CaCl₂) is een zout dat gebruikt wordt om waterdamp uit de lucht op te nemen. Het water wordt daarbij opgenomen in het kristalrooster van het zout. Uit onderzoek is gebleken dat er per 5 CaCl₂ 31 watermoleculen worden opgenomen.

Bereken met behulp van het periodiek systeem de massaverhouding tussen de calciumchloride en het water dat wordt opgenomen.

Bereken hoeveel gram water kan worden opgenomen door de 15 gram CaCl₂.

Een leerling onderzoekt in welke massaverhouding krijt en azijnzuur met elkaar reageren. Hij weegt 5,0 gram krijt af en doet dit in een erlenmeyer. De leerling voegt dan steeds 5 mL azijnzuuroplossing en meet telkens hoeveel koolstofdioxide er ontstaat. Zijn metingen staan beschreven in de volgende grafiek:

De azijnzuuroplossing bevat 0,10 gram azijnzuur per mL.

Waardoor gaat de grafiek op den duur horizontaal lopen?

Bepaal het volume van de azijnzuuroplossing dat heeft reageert met het krijt.

Bepaal de massaverhouding waarin krijt en azijnzuur met elkaar reageren.

(5p) Sommige mensen slikken natriumfluoride pilletjes om hun tanden te beschermen tegen gaatjes. Als we het zout waaruit deze pilletjes bestaan ontleden, dan ontstaat natrium (Na) en fluor (F₂). Vind de reactievergelijking van deze ontledingsreactie en vind de massaverhouding waarin deze twee stoffen ontstaan.

(4p) Als we calcium met chloor laten reageren, dan ontstaat het zout calciumchloride. Vind de reactievergelijking en vind de massaverhouding waarin deze stoffen reageren.

(5p) Het zout pyriet heeft de chemische naam ijzer(II)sulfide. Omdat dit zout een lichtgele metaalachtige glans heeft, werd het vroeger gebruikt als nepgoud. We kunnen ijzersulfide maken met behulp van ijzer (Fe) en sulfide (S₈). Vind de reactievergelijking en de massaverhouding bij deze reactie.

Uit malachiet (Cu₂CO₃(OH)₂) kan volgens een oud voorschrift in twee stappen zuiver koper worden gemaakt. Eerst wordt malachiet verhit, waarbij koper(II)oxide (CuO) ontstaat. De reactie die hierbij plaatsvindt, is hieronder onvolledig weergegeven. De formule van één stof is weergegeven met een X. $$ \text{Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2 \rightarrow \text{2 CuO} + \text{CO}_2 + \text{X} $$ Uit het koper(II)oxide wordt vervolgens in de tweede stap koper gemaakt.

Malachiet is opgebouwd uit koper(II)ionen en twee verschillende soorten negatieve ionen. Geef de namen van deze twee soorten negatieve ionen.

Welk type reactie is reactie 1? Kies uit: een neerslagreactie, een ontledingsreactie, een verbrandingsreactie of een zuur-basereactie.

Geef de formule van de ontbrekende stof (X).

Een docent verhit 5,0 gram malachiet. Na afloop van reactie 1 is 2,9 gram koper(II)oxide aanwezig. Bereken met behulp van de vergelijking van reactie 1 of alle malachiet is omgezet. Gebruik voor Cu₂CO₃(OH)₂ de massa 221 u en voor CuO de massa 79,5 u.

Het koper(II)oxide (CuO) wordt in een bolbuis verhit, waarbij tegelijkertijd methaan door de bolbuis stroomt. Het koper(II)oxide reageert met een deel van het methaan tot koper, koolstofdioxide en water. Hierbij ontstaat een gasmengsel. Dit gasmengsel stroomt de bolbuis uit en wordt verbrand. Deze opstelling is hieronder afgebeeld:

Geef de vergelijking van de reactie van koper(II)oxide met methaan.

Het totale proces om koper te maken uit malachiet, is onvolledig met onderstaand blokschema weergegeven. De namen van twee stoffen zijn vervangen door Y en Z.

Geef de namen van de stoffen die horen bij de pijlen Y en Z.
(TIP: In de afbeelding zien we de namen malachiet en koper in woorden staan. Noem de stoffen Y en Z daarom ook in woorden. Als je formules gebruikt, dan verlies je een punt).

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

§3 Overmaat

In veel gevallen is er bij een reactie te veel van één van de stoffen aanwezig, waardoor niet alles kan reageren en dus een deel van de beginstoffen overblijft. We spreken dan van een overmaat. In deze paragraaf gaan we hier mee rekenen.

Stel we laten 25,0 gram magnesium en 25,0 gram zuurstof met elkaar reageren. Hoeveel gram magnesiumoxide ontstaat er dan? In de vorige paragraaf hebben we gezien dat zuurstof en magnesium reageren met massaverhouding 32,0 : 48,6. Hiermee kunnen we bijvoorbeeld uitrekenen hoeveel gram magnesium we kunnen laten reageren met 25,0 gram zuurstof.

Zuurstof	32,0 gram	25,0 gram
Magnesium	48,6 gram	38,0 gram

Als we 25,0 gram zuurstof willen laten reageren, dan hebben we dus wel 38,0 gram magnesium nodig. Maar we hebben slechts 25,0 gram magnesium, dus deze informatie is niet bruikbaar. Laten we in plaats daarvan eens uitrekenen hoeveel gram zuurstof er nodig is om 25,0 gram magnesium te laten reageren:

Zuurstof	32,0 gram	16,5 gram
Magnesium	48,6 gram	25,0 gram

Er is dus slechts 16,5 gram zuurstof nodig om 25,0 gram magnesium te laten reageren. Maar we begonnen met 25,0 gram zuurstof. Dit betekent dat als alle magnesium gereageerd heeft, er nog steeds 25,0 - 16,5 = 8,5 gram zuurstof over is. We zeggen dan dat de zuurstof in overmaat aanwezig is.

Met behulp van de wet van behoud van massa kunnen we ook uitrekenen dat er 25,0 + 16,7 = 41,7 gram magnesiumoxide is ontstaan bij de reactie. We vatten de reactie als volgt samen:

$$ \textbf{25,0 } \mathrm{g\;magnesium} + \textbf{25,0 } \mathrm{g\;zuurstof} \rightarrow \textbf{41,7 } \mathrm{g\;magnesiumoxide} + \textbf{8,3 } \mathrm{g\;zuurstof} $$

Merk op dat de massa van de stoffen aan beide kanten van de vergelijking in totaal 50,0 gram is. Dit is in overeenstemming met de wet van behoud van massa.

Open het periodiek systeem in een nieuwe tab.

Leerdoelen:

Zorg dat je met de massaverhouding kan uitrekenen hoeveel van een bepaalde stof na een reactie in overmaat aanwezig is

Bij het verbranden van magnesium reageren magnesium en zuurstof met elkaar. Bereken in elk van de volgende gevallen welke stoffen je na de reactie nog over hebt en hoeveel gram je van elke stof over hebt:

(3p) 10 g magnesium en 6 g zuurstof.

(3p) 7,5 g magnesium en 5,7 g zuurstof.

Zwavel (S₈) en ijzer (8 Fe) reageren met elkaar tot ijzer(II)sulfide (8 FeS). Bereken in elk van de volgende gevallen welke stoffen je na de reactie nog over hebt en hoeveel gram je van deze stof over hebt:

(2p) 4 gram zwavel en 10 gram ijzer.

(2p) 10 gram zwavel en 7 gram ijzer.

(2p) 9 gram zwavel en 15 gram ijzer.

Als magnesium (Mg) met fosfor (P₄) reageert, ontstaat het zout magnesiumfosfide. Het zout komt voor als een geel-groene vaste stof.

Geef de verhoudingsformule van magnesiumfosfide.

Geef de reactievergelijking van het ontstaan van magnesiumfosfide.

Vind met behulp van het periodiek systeem uit in welke verhouding het magnesium en het fosfor met elkaar reageert bij de productie van magnesiumfosfide.

Een persoon laat 50 gram magnesium reageren met 50 gram fosfor. Welke stof is in overmaat aanwezig?

Hoeveel gram is er van deze stof over na de reactie?

Hoeveel gram magnesiumfosfide is er ontstaan?

Een leerling mengt azijn en drie eetlepels soda. Hij gebruikt hiervoor azijn dat 40 gram azijnzuur per liter bevat. Bereken welke stof in overmaat was: soda of azijnzuur. Ga bij de berekening uit van de volgende gegevens:
- Er is 50 mL azijn gebruikt.
- Drie eetlepels soda (Na₂CO₃) bevatten samen 9,0 gram.
- De massaverhouding soda : azijnzuur is bij deze reactie 5,3 : 6,0.
(Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

Bij verhitting van koperen voorwerpen reageert koper met zuurstof. Daarbij ontstaat een laagje zwart CuO. Onder het zwarte CuO kan zich ook nog een laagje rood Cu₂O bevinden.

Leg uit wat de naam is van Cu₂O? Kies uit de volgende opties:

koper(I)oxide

koper(II)oxide

koper(IV)oxide

We laten 40 gram koper reageren met 7 gram zuurstof. Bereken met behulp van het periodiek systeem welke stof in overmaat aanwezig is.

Hoeveel gram is er van deze stof over na de reactie?

Hoeveel gram Cu₂O is er ontstaan?

Grafeen (C) kan geproduceert worden uit CaCO₃ met behulp van de volgende reactie: $$ \text{CaCO}_3 + \text{2 Mg} \rightarrow \text{2 MgO} + \text{C} $$

Bereken hoeveel gram grafeen maximaal kan ontstaan uit 15 gram calciumcarbonaat.

De reactie die is uitgevoegd is hieronder in een blokschema weergegeven. Noteer welke stof in overmaat aanwezig was volgens het blokschema. Licht je antwoord toe.

(Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)

Turners gebruiken 'turnmagnesium' om de handen stroef te maken. Dit poeder is een mengsel van magnesiumzouten. Een van deze zouten is magnesiumcarbonaat. Een leerling onderzoekt hoeveel magnesiumcarbonaat aanwezig is in turnmagnesium. Ze gebruikt de opstelling die hieronder is weergegeven. De leerling weegt 420 mg turnmagnesium af in een erlenmeyer. Vervolgens voegt ze volgens voorschrift zoutzuur toe en doet het stopje met een buisje erdoor op de erlenmeyer. De inhoud van de erlenmeyer gaat bruisen. Het zoutzuur reageert met carbonaationen waarbij koolstofdioxide ontstaat. Het gevormde koolstofdioxide wordt opgevangen. Na afloop van de reactie is 75,9 mL koolstofdioxide ontstaan. De leerling berekent hiermee hoeveel magnesiumcarbonaat heeft gereageerd.

Zoutzuur bestaat uit moleculen water en uit andere deeltjes. Welke andere deeltjes zijn dit?

De leerling concludeert op basis van haar waarnemingen dat de reactiesnelheid steeds verder afneemt aan het einde van de proef. Leg uit hoe je dit kan zien.

Het stopje moet direct na het toevoegen van zoutzuur op de erlenmeyer geplaatst worden. Geef aan waarom de uitkomst van de berekening te laag zal zijn, wanneer ze het stopje later plaatst.

De leerling berekent dat 288 mg magnesiumcarbonaat heeft gereageerd. Laat met een berekening zien dat deze uitkomst klopt. Ga uit van de volgende gegevens:
- De massaverhouding bij de reactie is MgCO₃ : CO₂ = 84,3 : 44,0.
- 1,00 mL CO₂ heeft een massa van 1,98 mg.

Behalve magnesiumcarbonaat bevat turnmagnesium nog andere zouten. Een daarvan, het magnesiumoxide, reageert ook met zoutzuur, maar vormt hierbij geen gas. Geef de vergelijking van de reactie van magnesiumoxide met zoutzuur.

De hoeveelheid zoutzuur in het voorschrift is een ruime overmaat. Hierdoor kan de hoeveelheid magnesiumcarbonaat in turnmagnesium juist worden berekend. Geef aan waarom een overmaat zoutzuur nodig is voor de juiste uitkomst.

De leerling berekent de massa magnesiumcarbonaat uit de gevormde hoeveelheid gas. Ze vraagt zich af of ze ook zou kunnen rekenen met de hoeveelheid zoutzuur die is verbruikt wanneer het bruisen stopt. Geef aan waarom de verbruikte hoeveelheid zuur een te hoge uitkomst oplevert.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

Stoffen die je uit je hoofd moet kennen:

Atomen
Metalen		Niet-metalen
Natrium	Na	Waterstof	H
Kalium	K	Koolstof	C
Magnesium	Mg	Stikstof	N
Calcium	Ca	Fosfor	P
Barium	Ba	Zuurstof	O
Chroom	Cr	Zwavel	S
IJzer	Fe	Fluor	F
Nikkel	Ni	Chloor	Cl
Platinum	Pt	Broom	Br
Koper	Cu	Jood	I
Zilver	Ag	Helium	He
Goud	Au	Neon	Ne
Zink	Zn	Argon	Ar
Cadmium	Cd
Kwik	Hg
Aluminium	Al
Tin	Sn	Metalloïde
Lood	Pb	Silicium	Si

Moleculen
Water	H₂O
Waterstofperoxide	H₂O₂
Koolstofdioxide	CO₂
Koolstofmonoxide	CO
Methaan	CH₄
Ammoniak	NH₃
Ethanol (alcohol)	C₆H₁₂O
Glucose	C₆H₁₂O₆
Edelgassen	X
Halogenen	X₂
Stikstof	N₂
Waterstof	H₂
Zuurstof	O₂
Ozon	O₃

Samengestelde ionen
carbonaat-ion	CO₃^2-
nitraat-ion	NO₃^-
sulfaat-ion	SO₄^2-
fosfaat-ion	PO₄^3-
hydroxide-ion	OH^-
Ammonium-ion	NH₄⁺

Zouten
Keukenzout	Natriumchloride	NaCl
Kalkwater	Calciumhydroxide	Ca(OH)₂ (aq)
Kalksteen	Calciumcarbonaat	CaCO₃
Soda	Natriumcarbonaat	Na₂CO₃
Natronloog	Natriumhydroxide	NaOH (aq)

Zuren		Basen
Triviale naam	Formule	Triviale naam	Formule
Zoutzuur	HCl (aq)	Natronloog	NaOH (aq)
Salpeterzuur	HNO₃	Kalkwater	Ca(OH)₂ (aq)
Zwavelzuur	H₂SO₄	Soda	Na₂CO₃
Koolzuurhoudend water	H₂CO₃ (aq)	Ammonia	NH₃ (aq)
Azijnzuur	HAc
Fosforzuur	H₃PO₄

Zuur-ionen	Base-ionen
H⁺	OH^-
	O^2-
	CO₃^2-
	NH₃

BINAS:
33	Elementen, symbolen, atoomnummers en atoommassa's
34	Periodiek systeem
36	Zuur-base-indicatoren
42	Triviale en rationele namen stoffen

Hoofdstuk 8 Massaverhoudingen

§1 Relatieve atoommassa

§2 Behoud van massa en massaverhouding

§3 Overmaat

Hoofdstuk 8
Massaverhoudingen