Verbrandingsreacties: rekenen

Leerdoelen

•Je kunt een massaverhouding bepalen van een chemische reactie.

•Je kunt de overmaat bepalen van een chemische reactie.

Wat is een massaverhouding?

Bij chemische reacties reageren stoffen met elkaar in een vaste verhouding. Deze verhouding noemen we de massaverhouding. De ene stof reageert met een bepaalde hoeveelheid van de andere stof, en samen vormen ze dan een nieuw product.

Stel je voor: zuurstof reageert met waterstof en samen ontstaat water. Met de massaverhouding kun je berekenen hoeveel van elke stof nodig is om water te maken zonder dat er iets overblijft.

Massaverhouding bepalen

Stap 1: Noteer de stoffen in de reactie

Sommige atomen of elementen komen nooit alleen voor. Waterstof (H) en zuurstof (O) zijn hier voorbeelden van. Ze komen voor als moleculen met twee atomen. Dus de stoffen zijn H₂ en O₂. De beginvergelijking is:

Stap 2: Reactievergelijking kloppend maken

Een chemische reactie moet altijd in balans zijn. Dit betekent dat er evenveel atomen van elk type vóór de pijl moeten staan als ná de pijl. In ons voorbeeld:

•Vóór de pijl: 2 H-atomen, 2 O-atomen

•Ná de pijl: 2 H-atomen, 1 O-atoom

Na de pijl zijn er minder O-atomen dan vóór de pijl. Om de reactievergelijking kloppend te maken, wordt het aantal watermoleculen na de pijl verdubbeld:H_2{}+O_2\to2H_2O

•Vóór de pijl: 2 H-atomen, 2 O-atomen

•Ná de pijl: 4 H-atomen, 2 O-atomen

Vóór de pijl zijn twee keer zoveel H-atomen nodig, dus de waterstofmoleculen vóór de pijl moeten verdubbeld worden. De uiteindelijke kloppende reactievergelijking is: 2H_2{}+O_2\to2H_2O

Stap 3: Molecuulmassa bepalen

De molecuulmassa geeft aan hoe zwaar één molecuul van een stof is, uitgedrukt in u (atomaire massa-eenheid). De massa van elk atoom is te vinden in de Binas of het periodiek systeem.

•De massa van één H-atoom is 1,0 u.

•De massa van één O-atoom is 16,0 u.

Molecuulmassa’s berekenen voor:

•Voor 2 H₂: In totaal zijn er 4 H-atomen (2 moleculen met elk 2 H-atomen). De massa is dus 4 × 1,0 u = 4,0 u.

•Voor O₂: Dit bestaat uit 2 O-atomen. De massa is 2 × 16,0 u = 32,0 u.

•Voor 2 H₂O: Elk H₂O-molecuul bestaat uit 2 H-atomen en 1 O-atoom. De massa van één H₂O-molecuul is (2 × 1,0 u) + (1 × 16,0 u) = 2 u + 16 u = 18 u. Aangezien er 2 moleculen H₂O staan, is de totale massa 2 × 18 u = 36,0 u.

Stap 4: Verhouding opschrijven

Schrijf de berekende massa’s op in een verhouding: 4,0 u (van 2 H₂) : 32,0 u (van O₂) : 36,0 u (van 2 H₂O)

Stap 5: Verhouding versimpelen (indien mogelijk)

Alleen als het mogelijk is, kun je de verhouding vereenvoudigen door alle getallen te delen door de grootste gemene deler. In dit geval kan alles gedeeld worden door 4: wordt Dit betekent dat 1 gram waterstof reageert met 8 gram zuurstof om 9 gram water te vormen.

Wat is overmaat?

Soms heb je te veel van één van de beginstoffen.

Stel: Je koopt dertig sneetjes brood en twaalf plakken kaas om tosti's te maken. Eén tosti maak je van twee sneetjes brood en één plak kaas. Wat heb je dan te veel? Als je vijftien tosti's zou maken, heb je 30 sneetjes brood nodig. Maar je hebt maar twaalf plakjes kaas. Je kunt dus maar twaalf tosti's maken. Daarvoor heb je 24 sneetjes brood nodig. Je hebt dus meer brood dan nodig, dat noemen we overmaat.

•De stof die opgaat en ervoor zorgt dat de reactie stopt, wordt de beperkende factor genoemd (in dit geval de kaas).

Overmaat betekent dat je te veel van één stof hebt gebruikt, waardoor deze niet volledig opgaat in de reactie. Er blijft dan een deel van die stof over.

Overmaat bepalen

Om de overmaat te berekenen, volg je deze stappen:

1.Bereken eerst de ideale massaverhouding van de reactie met de stappen van hierboven.

2.Bedenk met behulp van deze verhouding van welke stof je waarschijnlijk te veel hebt.

3.Reken met de stof die de beperkende factor is (waarvan je precies genoeg hebt, of het minste relatief tot de verhouding), hoeveel van de andere stoffen je nodig hebt of hoeveel product je kunt maken.

4.Bereken de overmaat door te kijken hoeveel je had, hoeveel je nodig had, en daarmee hoeveel je te veel hebt.

Voorbeeld: Overmaat berekenen bij een verbranding

Bij een volledige verbranding van koolstof ontstaat koolstofdioxide. De reactie is: C + O₂ → CO₂ Je hebt 15 gram koolstof (C) en 50 gram zuurstof (O₂). Van één van deze stoffen is er een overmaat. Bereken hoeveel deze overmaat is.

1. Massaverhouding bepalen: De reactievergelijking (C + O₂ → CO₂) is al gegeven en is al kloppend.

•Molecuulmassa’s: C = 12 u, O₂ = 32 u, CO₂ = 44 u

•Verhouding: 12 u (C) : 32 u (O₂) : 44 u (CO₂)

•Versimpeld: 3 (C) : 8 (O₂) : 11 (CO₂) Dit betekent dat 3 gram koolstof reageert met 8 gram zuurstof om 11 gram koolstofdioxide te maken.

2. Welke stof is in overmaat? We hebben 15 gram C en 50 gram O₂. De verhouding C:O₂ is 3:8. Voor 15 gram C heb je 15 gram(8/3) = 40 gram O₂ nodig. Je hebt 50 gram O₂ beschikbaar. Dit is meer dan de 40 gram die je nodig hebt. Dus, zuurstof is in overmaat en koolstof is de beperkende factor. We rekenen verder met koolstof.

3. Bereken hoeveel zuurstof je nodig hebt met behulp van een tabel: We gebruiken de versimpelde verhouding 3:8:11 voor C:O₂:CO₂.

Uit de tabel blijkt dat je 40 gram zuurstof nodig hebt voor 15 gram koolstof.

4. Bereken de overmaat: Je hebt 50 gram zuurstof beschikbaar. Je hebt 40 gram zuurstof nodig. De overmaat zuurstof is 50 gram - 40 gram = 10 gram. Er is dus 10 gram zuurstof over.