Reactievergelijkingen en typen (Scheikunde havo), les 1: Uitleg

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Uitleg over reactievergelijkingen voor het havo-examen scheikunde: kloppend maken met elementbalans en ladingsbalans, verbrandingsreacties, oplossen en ioniseren, reactietypen en behoud van massa, lading en energie. Met foto's, twee eigen animaties en tussentijdse vragen.

Blauwe vlam van een gasbrander, 2013 (foto: Lisafern, CC0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Reactievergelijkingen en typen

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: R1.1, R1.2, R1.3, R&A3.1. Image credit: Lisafern / Wikimedia Commons, CC0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan een reactievergelijking opstellen en kloppend maken, het reactietype herkennen en uitleggen wat er bij een reactie behouden blijft.

Wat gebeurt er met de atomen als een stof verbrandt?

Verwacht: ze verdwijnen, ze verbinden zich met zuurstof, het wordt CO₂, rook, as. Koppel aan de les: atomen verdwijnen niet, ze worden anders gerangschikt, en dat leg je vast in een reactievergelijking. Veelgemaakte misvatting: een stof die verbrandt 'verdwijnt' of er wordt materie gemaakt. Syllabus R1.1 en R&A3.1.

Animatie: H₂ + O₂ → H₂O in drie stappen kloppend maken (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Reactievergelijking en coëfficiënten

• In een reactievergelijking staan links de beginstoffen en rechts de reactieproducten.

• Een coëfficiënt staat vóór een formule en geeft aan hoeveel deeltjes er reageren of ontstaan.

• Een index in een formule, zoals de 2 in H₂O, verander je nooit: anders krijg je een andere stof.

• Kijk naar de animatie: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.

Syllabus R1.1: begrippen coëfficiënt, elementbalans en ladingsbalans. Laat leerlingen in de animatie volgen hoe de tellingen links en rechts veranderen als er een coëfficiënt bijkomt. Kijkvraag: waarom mag je H₂O niet veranderen in H₂O₂ om de O-atomen te laten kloppen? Veelgemaakte fout: de index veranderen in plaats van de coëfficiënt, waardoor je een andere stof opschrijft. Image credit: Eigen animatie voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Elementbalans en ladingsbalans

• Bij de elementbalans staat van elk element links evenveel atomen als rechts.

• Bij de ladingsbalans is de totale lading links gelijk aan de totale lading rechts.

• Voorbeeld: Cu(s) + 2 Ag⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + 2 Ag(s).

• Elementen: 1 Cu en 2 Ag aan beide kanten. Lading: 2 × 1+ = 2+ links en 2+ rechts.

• Een vergelijking met geladen deeltjes moet dus op beide balansen kloppen.

Syllabus R1.1 en R&A3.1 (elementbehoud en ladingbehoud). De lading van elk deeltje telt mee met de coëfficiënt: 2 Ag⁺ is 2+. Het voorbeeld is een redoxreactie; het reactietype komt in blok 3 terug. Veelgemaakte fout: alleen de atomen tellen en de ladingen vergeten, of de coëfficiënt niet met de lading vermenigvuldigen.

Roestbruine uitkijktoren van staal bij het Sornoer Kanal, 2012 (foto: Z thomas, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Stappenplan kloppend maken

• Schrijf eerst de juiste formules op en tel de atomen links en rechts.

• Pas alleen coëfficiënten aan, nooit indices: Fe₂O₃ is een andere stof dan FeO.

• Roest: Fe + O₂ → Fe₂O₃ wordt 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃, met 4 Fe en 6 O aan beide kanten.

• Gebruik de kleinste hele getallen en controleer daarna elk element.

Syllabus R1.1. Controle van het voorbeeld: Fe 4 = 2 × 2 = 4; O 3 × 2 = 6 = 2 × 3 = 6. Werkvolgorde: begin bij een element dat in één stof links en één stof rechts voorkomt; bewaar O en H voor het laatst als ze in meer stoffen zitten. De foto toont roest (ijzeroxide) op staal, de toren bestaat uit zogenoemd weervast staal. Veelgemaakte fout: de coëfficiënt voor de hele formule vergeten, zodat alleen de eerste atoomsoort verdubbelt. Image credit: Z thomas / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Welke vergelijking is kloppend voor aluminium met chloor?

A

Al + Cl₂ → AlCl₃

B

2 Al + 2 Cl₂ → 2 AlCl₃

C

2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃

D

Al + 3 Cl₂ → AlCl₆

Goed: 2 Al en 6 Cl links en rechts. Fout 1: 2 Cl links, 3 Cl rechts. Fout 2: 4 Cl links, 6 Cl rechts. Fout 3: de index is veranderd (AlCl₆ bestaat niet) en Al klopt niet. Verwachte fout: de index aanpassen in plaats van de coëfficiënt. Syllabus R1.1.

Zet de stappen van kloppend maken op volgorde.

1

Tel de atomen links en rechts

2

Schrijf de juiste formules op

3

Pas de coëfficiënten aan

4

Controleer elementen en lading

Volgorde zoals op de dia 'Stappenplan kloppend maken'. Verwachte fout: de controle vergeten of coëfficiënten aanpassen voordat de atomen geteld zijn. Syllabus R1.1.

Brandend magnesiumlint met een felwitte vlam (foto: Capt. John Yossarian, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Beginstoffen en producten gegeven

• Schrijf links de beginstoffen en rechts de reactieproducten, met een pijl ertussen.

• Zet erachter de toestandsaanduiding: (s) vast, (l) vloeibaar, (g) gas, (aq) opgelost in water.

• Voorbeeld: magnesium verbrandt tot magnesiumoxide: 2 Mg(s) + O₂(g) → 2 MgO(s).

• Controle: 2 Mg en 2 O links en rechts, de lading is aan beide kanten 0.

Syllabus R1.2: vergelijking van processen waarvan beginstoffen en reactieproducten gegeven zijn. Een demonstratieproef met magnesium doe je alleen met bril en op afstand: de felle vlam niet direct bekijken. Veelgemaakte fouten: toestandsaanduidingen vergeten, of de formule van magnesiumoxide als Mg₂O schrijven. Image credit: Capt. John Yossarian / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Animatie: bindingen breken, atomen herschikken en nieuwe bindingen (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Volledige verbranding

• Bij volledige verbranding reageert een stof met voldoende zuurstof tot CO₂ en H₂O.

• Methaan: CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g).

• Kloppend maken: eerst C, dan H, en O als laatste.

• In de animatie breken alle bindingen en ontstaan nieuwe: er verdwijnt of ontstaat geen atoom.

Syllabus R1.2: volledige verbranding van verbindingen van koolstof, waterstof en eventueel zuurstof. In de vlam is water een gas; de toestand wordt bij het examen meestal in de opgave aangegeven. Controle: C 1 = 1, H 4 = 4, O 4 = 2 + 2. Kijkvraag bij de animatie: hoeveel atomen van elk element staan links en rechts? Veelgemaakte fout: de coëfficiënt van O₂ bepalen voordat C en H kloppen. Image credit: Eigen animatie voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Zuurstof in de stof en breuken

• Ethanol bevat zelf zuurstof: C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.

• Tel eerst C (2 CO₂) en H (3 H₂O). Rechts zijn 7 O; ethanol levert er 1, dus 3 O₂.

• Komt er een breuk uit, vermenigvuldig dan alle coëfficiënten met 2.

• Glucose werkt hetzelfde: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O.

Syllabus R1.2. Controle ethanol: C 2, H 6, O 1 + 6 = 7 links; C 2, H 6, O 4 + 3 = 7 rechts. Glucose: O 6 + 12 = 18 links, 12 + 6 = 18 rechts. Voorbeeld voor de breuk: bij het kloppend maken van C₄H₁₀ ontstaat eerst 6½ O₂; verdubbelen geeft 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O. Veelgemaakte fout: de O van de stof zelf niet meetellen.

Kaarsvlam met een geel, gloeiend deel, 2022 (foto: Kansieelina, CC BY 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Onvolledige verbranding

• Is er te weinig zuurstof, dan is de verbranding onvolledig: er ontstaat ook CO of roet (C).

• 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O en CH₄ + O₂ → C + 2 H₂O.

• CO is een giftig gas: een slecht afgestelde kachel of geiser kan het vormen.

• In het gele deel van een kaarsvlam gloeien roetdeeltjes.

Syllabus R1.3: onvolledige verbranding herkennen. Controle: 2 C, 8 H, 6 O links; 2 C, 8 H, 2 + 4 = 6 O rechts. Tweede vergelijking: C 1, H 4, O 2 aan beide kanten. Het examen vraagt vooral om de reactievergelijking met de gegeven producten. Veelgemaakte fout: denken dat bij onvolledige verbranding minder H₂O ontstaat; de hoeveelheid H₂O hangt af van het aantal H. Image credit: Kansieelina / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Oplossen en ioniseren in water

• Moleculaire stoffen lossen op als hele moleculen: C₆H₁₂O₆(s) → C₆H₁₂O₆(aq).

• Zouten vallen uiteen in ionen, zoals NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq) (zie de les over zouten).

• Basen met OH⁻ splitsen in ionen: NaOH(s) → Na⁺(aq) + OH⁻(aq).

• Zuren ioniseren: een molecuul valt uiteen in ionen, bijvoorbeeld HCl(g) → H⁺(aq) + Cl⁻(aq).

• Ladingsbalans: Ba(OH)₂(s) → Ba²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq), links 0 en rechts 2+ + 2− = 0.

Syllabus R1.2: oplossen/ioniseren in water van basen, moleculaire stoffen, zouten en zuren. De H⁺ in water is in werkelijkheid aan een watermolecuul gebonden (H₃O⁺); in de vergelijkingen schrijf je H⁺(aq). Oplossen van zouten staat uitgebreid in het onderwerp zouten en oplosbaarheid. Zuren en basen verder (sterkte, pH) staan in een eigen onderwerp. Veelgemaakte fout: de ionen van een zout of base niet met de juiste coëfficiënt schrijven, zoals 2 OH⁻ bij Ba(OH)₂.

Welke vergelijking is de volledige verbranding van propaan?

A

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

B

C₃H₈ + 3 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

C

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 8 H₂O

D

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO + 4 H₂O

Goed: C 3, H 8, O 10 links; C 3, H 8, 6 + 4 = 10 O rechts. Fout 1: 6 O links, 10 rechts. Fout 2: 16 H rechts. Fout 3: 7 O rechts en dit is bovendien een onvolledige verbranding. Verwachte fout: de H₂O-coëfficiënt kiezen naar het aantal H in plaats van H/2. Syllabus R1.2.

Hofmann-voltameter voor de elektrolyse van water, in een museum (foto: Mattes, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Ontleding: elektrolyse en fotolyse

• Bij een ontleding valt één stof uiteen in twee of meer andere stoffen.

• Elektrolyse is ontleding met elektrische stroom: 2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g).

• Fotolyse is ontleding door licht: 2 AgCl(s) → 2 Ag(s) + Cl₂(g).

• Zilverzouten worden daarom donker als er licht op valt.

Syllabus R1.3: ontledingsreactie (elektrolyse, fotolyse en thermolyse). Controle: H 4 = 4 en O 2 = 2; Ag 2 = 2 en Cl 2 = 2, lading 0. In de voltameter ontstaat dubbel zoveel waterstof als zuurstof; dat zie je aan het volume in de buizen. Kijkvraag: waarom heeft een buis twee keer zoveel gas als de andere? Veelgemaakte fout: elektrolyse en thermolyse verwarren; het gaat om de energievorm (stroom of warmte). Image credit: Mattes / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Oude kalkovens bij Talybont, 2020 (foto: Martinvl, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Thermolyse: kalk branden

• Bij thermolyse wordt een stof door verhitting ontleed.

• Kalksteen: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). Eén beginstof, twee producten.

• CaO is ongebluste kalk en een grondstof voor onder meer bouwmaterialen.

• Het gas CO₂ ontsnapt, daarom is de vaste stof na afloop lichter.

Syllabus R1.3 en R&A3.1. Controle: Ca 1, C 1, O 3 links; Ca 1, O 1 + 2 = 3, C 1 rechts. Dit sluit aan bij massabehoud: de massa van de ontsnapte CO₂ moet je meetellen. Alleen het principe: het examen geeft de omstandigheden. Veelgemaakte fout: denken dat de massa niet klopt, terwijl het gas is ontsnapt. Image credit: Martinvl / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Redox en zuur-base

• Bij een redoxreactie gaan elektronen over van het ene deeltje naar het andere.

• Cu(s) + 2 Ag⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + 2 Ag(s): Cu geeft elektronen af, Ag⁺ neemt ze op.

• Bij een zuur-basereactie gaat een H⁺ over van het zuur (donor) naar de base (acceptor).

• CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l): het zuur staat H⁺ af.

• Beide heten donor-acceptorreacties: een deeltje gaat van de donor naar de acceptor.

Syllabus R1.3: donor-acceptorreacties, redox (overdracht van elektronen) en zuur-base (overdracht van H⁺). Dit onderwerp herkent alleen het type; halfreacties, oxidator en reductor, sterkte en pH komen in de onderwerpen redox en zuren en basen. Controle: CH₃COOH + OH⁻: C 2, H 5, O 3 links; C 2, H 3 + 2 = 5, O 2 + 1 = 3 rechts; lading 1− aan beide kanten. Veelgemaakte fout: een zuur-basereactie als redox bestempelen omdat er ionen in staan.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Reactietypen herkennen

• Eén beginstof en meer producten: ontleding (elektrolyse, thermolyse of fotolyse).

• Een koolstofverbinding met O₂ geeft CO₂ en H₂O (volledig) of CO en C (onvolledig): verbranding.

• Gaan er elektronen over: redox. Gaat er een H⁺ over: zuur-base.

• Wordt een atoom in een molecuul vervangen: substitutie, zoals CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl.

• Een reactie kan bij twee typen horen: de verbranding van magnesium is ook een redoxreactie.

Syllabus R1.3: de reactietypen donor-acceptor, ontleding, substitutie en verbranding. Substitutie van alkanen met halogenen wordt hier alleen herkend, uitwerking staat bij organische reacties. Controle CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl: C 1, H 4, Cl 2 aan beide kanten. De verbranding van magnesium: Mg geeft elektronen af aan O₂. Veelgemaakte fout: denken dat elke reactie bij maar één type hoort.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Behoud bij reacties

• Bij elke reactie blijven elementen, massa, lading en energie behouden.

• Massabehoud: de massa van de beginstoffen is gelijk aan die van de producten.

• Magnesium (2,43 g) verbrandt tot 4,03 g magnesiumoxide: er reageerde 4,03 − 2,43 = 1,60 g O₂.

• Een kaars lijkt in open lucht lichter te worden: CO₂ en waterdamp ontsnappen. Tel gassen altijd mee.

• Ladingbehoud: lading links is gelijk aan lading rechts. Energiebehoud: energie wordt omgezet in warmte en licht.

Syllabus R&A3.1: elementbehoud, massabehoud, ladingbehoud en energiebehoud/energiebalans. Nagerekend: 4,03 − 2,43 = 1,60 g. Molverhoudingen en rekenen met massa's volgens de vergelijking 2 Mg + O₂ → 2 MgO komen in het onderwerp rekenen met de mol. Energie: een reactie is exotherm of endotherm; energiediagrammen en reactiewarmte zitten in een eigen onderwerp. Veelgemaakte fout: denken dat massa 'verdwijnt' bij verbranding omdat het gas wegtrekt.

Vul in

Bij een redoxreactie gaan elektronen over, bij een zuur-basereactie gaat een H⁺-ion over van het zuur naar de base.

elektronen

H⁺

zuur

OH⁻

neutronen

base

Syllabus R1.3. Redox: overdracht van elektronen; zuur-base: overdracht van H⁺ van het zuur (donor) naar de base (acceptor). Verwachte fout: OH⁻ als overgedragen deeltje kiezen.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

Kloppend maken met coëfficiënten

2

Verbrandingsvergelijkingen opstellen

3

Het reactietype herkennen

4

Behoud van massa en lading

Gebruik de uitslag om te kiezen welk onderdeel je met een extra voorbeeld bespreekt.

Welk begrip moet je nog oefenen?

Persoonlijke reflectie; geen goed of fout. Laat leerlingen een eigen voorbeeldvergelijking opschrijven bij het begrip.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Begrippen (1/2)

• coëfficiënt: Getal vóór een formule in een reactievergelijking: het aantal deeltjes.

• elementbalans: Van elk element evenveel atomen links als rechts.

• ladingsbalans: Totale lading links gelijk aan totale lading rechts.

• toestandsaanduiding: Letters (s), (l), (g) of (aq) achter een formule.

• volledige verbranding: Verbranding met voldoende zuurstof: CO₂ en H₂O.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · VERGELIJKINGEN

Begrippen (2/2)

• onvolledige verbranding: Verbranding met te weinig zuurstof: ook CO of roet (C).

• elektrolyse: Ontleding van een stof met elektrische stroom.

• thermolyse: Ontleding van een stof door verhitting.

• fotolyse: Ontleding van een stof door licht.

• massabehoud: De totale massa voor en na een reactie is gelijk.