Hoe bereken je de benodigde hoeveelheid zuurstof voor de volledige verbranding van benzine?

Om de benodigde hoeveelheid zuurstof voor de volledige verbranding van benzine te berekenen, doorloop je een aantal stappen die gebaseerd zijn op stoichiometrie, de leer van de kwantitatieve verhoudingen in chemische reacties. Hierbij zijn de mol, molaire massa en een kloppende reactievergelijking essentieel.

Hier is hoe je dit stap voor stap aanpakt:

1. Stel de kloppende reactievergelijking op voor de volledige verbranding van benzine ($C_8H_{18}$): Bij de volledige verbranding van een koolwaterstof ontstaan altijd koolstofdioxide ($CO_2$) en water ($H_2O$).

• Ongebalanceerde vergelijking: $C_8H_{18}(l) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + H_2O(g)$

• Balanceer de koolstofatomen (C): Er zijn 8 C-atomen links, dus plaats een 8 voor $CO_2$ rechts. $C_8H_{18}(l) + O_2(g) \rightarrow 8CO_2(g) + H_2O(g)$

• Balanceer de waterstofatomen (H): Er zijn 18 H-atomen links, dus plaats een 9 voor $H_2O$ rechts ($9 \times 2 = 18$). $C_8H_{18}(l) + O_2(g) \rightarrow 8CO_2(g) + 9H_2O(g)$

• Balanceer de zuurstofatomen (O): Tel het aantal O-atomen aan de rechterkant:

  • In $8CO_2$: $8 \times 2 = 16$ O-atomen
  • In $9H_2O$: $9 \times 1 = 9$ O-atomen
  • Totaal rechts: $16 + 9 = 25$ O-atomen Aan de linkerkant hebben we $O_2$. Om 25 O-atomen te krijgen, moeten we $12,5$ voor $O_2$ plaatsen ($12,5 \times 2 = 25$). $C_8H_{18}(l) + 12,5O_2(g) \rightarrow 8CO_2(g) + 9H_2O(g)$

• Maak de coëfficiënten hele getallen: Vermenigvuldig de hele vergelijking met 2. $2C_8H_{18}(l) + 25O_2(g) \rightarrow 16CO_2(g) + 18H_2O(g)$

2. Bereken de molaire massa ($M$) van benzine ($C_8H_{18}$) en zuurstof ($O_2$): Gebruik de atoommassa's (afgerond): C = 12,01 g/mol, H = 1,008 g/mol, O = 16,00 g/mol.

• $M(C_8H_{18}) = (8 \times 12,01 \text{ g/mol}) + (18 \times 1,008 \text{ g/mol}) = 96,08 \text{ g/mol} + 18,144 \text{ g/mol} = 114,224 \text{ g/mol}$
• $M(O_2) = 2 \times 16,00 \text{ g/mol} = 32,00 \text{ g/mol}$

3. Reken de gegeven massa benzine om naar mol: Je hebt 1,00 kg benzine, wat gelijk is aan 1000 g.

• Aantal mol benzine ($n_{C_8H_{18}}$) = $\frac{\text{massa}}{\text{molaire massa}} = \frac{1000 \text{ g}}{114,224 \text{ g/mol}} \approx 8,7546 \text{ mol}$

4. Gebruik de molverhouding uit de gebalanceerde reactievergelijking om de mol zuurstof te berekenen: Uit de vergelijking $2C_8H_{18}(l) + 25O_2(g) \rightarrow 16CO_2(g) + 18H_2O(g)$ blijkt dat 2 mol benzine reageert met 25 mol zuurstof. De molverhouding $C_8H_{18} : O_2$ is $2 : 25$.

• Aantal mol zuurstof ($n_{O_2}$) = $n_{C_8H_{18}} \times \frac{25 \text{ mol } O_2}{2 \text{ mol } C_8H_{18}}$
• $n_{O_2} = 8,7546 \text{ mol } C_8H_{18} \times \frac{25}{2} = 8,7546 \text{ mol} \times 12,5 \approx 109,4325 \text{ mol}$

5. Reken de mol zuurstof om naar massa in kg:

• Massa zuurstof ($m_{O_2}$) = $n_{O_2} \times M(O_2)$

• $m_{O_2} = 109,4325 \text{ mol} \times 32,00 \text{ g/mol} = 3501,84 \text{ g}$

• Omrekenen naar kilogram: $m_{O_2} = \frac{3501,84 \text{ g}}{1000 \text{ g/kg}} \approx 3,50 \text{ kg}$

Voor de volledige verbranding van 1,00 kg benzine is dus ongeveer 3,50 kg zuurstof nodig.

Samenvattend voorbeeld: Stel je hebt 1,00 kg benzine ($C_8H_{18}$).

1. Reactievergelijking: $2C_8H_{18}(l) + 25O_2(g) \rightarrow 16CO_2(g) + 18H_2O(g)$
2. Molaire massa's:
   • $M(C_8H_{18}) = 114,224 \text{ g/mol}$
   • $M(O_2) = 32,00 \text{ g/mol}$
3. Mol benzine:
   • $n_{C_8H_{18}} = \frac{1000 \text{ g}}{114,224 \text{ g/mol}} \approx 8,7546 \text{ mol}$
4. Mol zuurstof (via molverhouding 2:25):
   • $n_{O_2} = 8,7546 \text{ mol} \times \frac{25}{2} \approx 109,4325 \text{ mol}$
5. Massa zuurstof:
   • $m_{O_2} = 109,4325 \text{ mol} \times 32,00 \text{ g/mol} \approx 3501,84 \text{ g} \approx 3,50 \text{ kg}$