H1.3 Chemische reacties en energie
H1.3 Chemische reacties
Lesduur is: 45 minOnderdelen in deze les
H1.3 Chemische reacties
Deze slide heeft geen instructies
Leerdoelen
Na afloop van deze les kan je:
de kenmerken van een chemische reactie herkennen
de energieveranderingen in een energiediagram weergeven
een reactievergelijking opstellen.
De gebruiker gaf meerdere doelen. Voor deze les is één overkoepelend doel gekozen dat het best de andere onderdelen verbindt: om met vermogen te rekenen moeten leerlingen ook weten waarin elektrische energie wordt omgezet en waarvan energieverbruik afhangt.
Wanneer noem je iets een reactie?
Beginstoffen veranderen
Reactieproducten ontstaan
De nieuwe stoffen hebben andere stofeigenschappen
Daarom herken je een chemische reactie aan een stofverandering, niet alleen aan wat je ziet
Gebruik het voorbeeld van vuurvliegjes uit het boek om te laten zien dat bij een reactie ook licht kan vrijkomen. Benadruk dat kleurverandering, geur of gasvorming signalen kunnen zijn, maar dat de kern is: er ontstaan nieuwe stoffen.
Vaste regels bij elke reactie
Wet van massabehoud: totale massa van beginstoffen = totale massa van reactieproducten
Stoffen reageren in een vaste molverhouding
Elke reactie heeft een reactietemperatuur
Bij elke reactie is er een energie-effect
Beginstoffen veranderen en Reactieproducten ontstaan
Maak onderscheid tussen wat altijd geldt en wat per reactie verschilt. De reactietemperatuur is niet voor elke reactie hetzelfde.
Reactietemperatuur
Een reactie verloopt pas als de temperatuur hoog genoeg is.
Onder de reactietemperatuur start de reactie niet vanzelf
Boven of op de reactietemperatuur kan de reactie wel verlopen
Voorbeelden: hout brandt pas na aansteken, fotosynthese vraagt energie van zonlicht
Voorkom de misvatting dat 'als stoffen kunnen reageren, ze dat altijd meteen doen'. De reactie kan mogelijk zijn, maar zonder voldoende energie start ze niet.
Energie-effect: Exotherm en endotherm
Exotherm: energie komt vrij aan de omgeving
Endotherm: energie wordt opgenomen uit de omgeving
Bij beide gaat het om een verandering in chemische energie
Noem kampvuur als exotherm voorbeeld en fotosynthese of ontleding als endotherm voorbeeld. Leg de koppeling met de volgende slides over energie-effect en diagrammen.
Leerdoelen
Na afloop van deze les kan je:
de kenmerken van een chemische reactie herkennen
de energieveranderingen in een energiediagram weergeven
een reactievergelijking opstellen.
De gebruiker gaf meerdere doelen. Voor deze les is één overkoepelend doel gekozen dat het best de andere onderdelen verbindt: om met vermogen te rekenen moeten leerlingen ook weten waarin elektrische energie wordt omgezet en waarvan energieverbruik afhangt.
Exotherme reacties
Beginstoffen bezitten meer chemische energie dan de reactieproducten
Het energieverschil wordt afgestaan aan de omgeving
Dat gebeurt vaak als warmte en soms ook als licht
Verbrandingsreacties zijn altijd exotherm
Koppel dit aan hout + zuurstof → verbrandingsproducten. De producten bevatten minder chemische energie dan de beginstoffen.
Endotherme reacties
Reactieproducten bezitten meer chemische energie dan de beginstoffen
De reactie neemt dus energie op uit de omgeving
Ontledingsreacties zijn meestal endotherm
Voorbeelden: elektrolyse van water,
fotolyse van zilverbromide
Benadruk dat endotherm niet betekent dat een reactie onmogelijk is; er moet juist voortdurend energie worden toegevoerd om haar gaande te houden.
Activeringsenergie
Om een reactie te starten, moet eerst energie worden toegevoegd.
Die minimale startenergie heet activeringsenergie
Daarmee bereik je de geactiveerde toestand
(heet overgangstoestand bij Biologie)Pas daarna kan de reactie verlopen
Gebruik het aansteken van een kampvuur als intuïtief voorbeeld. Een lucifer levert eerst de benodigde activeringsenergie.
Waarom exotherm vaak doorgaat
Bij een exotherme reactie helpt de vrijgekomen warmte om boven de reactietemperatuur te blijven
Bij een endotherme reactie gebeurt dat niet
Daarom moet je bij een endotherme reactie vaak blijvend energie toevoeren
Stop je daarmee, dan stopt de reactie
Hier zit een belangrijk onderscheid tussen starten en gaande houden. Ook exotherme reacties hebben eerst activeringsenergie nodig.
Energiediagram
Verticale as: hoeveelheid energie
Horizontale as: verloop van de reactie
Een energiediagram laat het energie-effect van een reactie zien
Zeg expliciet dat de horizontale as geen grootheid en eenheid heeft; die geeft alleen het verloop van de reactie weer.
Drie energieniveaus
In een energiediagram zie je meestal drie niveaus:
energie van de beginstoffen
energie van de geactiveerde toestand
energie van de reactieproducten
Laat leerlingen deze drie niveaus altijd eerst aanwijzen voordat ze iets zeggen over exotherm, endotherm of activeringsenergie.
Twee verschillen in het diagram
Activeringsenergie = verschil tussen beginstoffen en geactiveerde toestand
Reactie-energie = verschil tussen beginstoffen en reactieproducten
Bij exotherm liggen de reactieproducten lager
Bij endotherm liggen de reactieproducten hoger
Gebruik steeds precies deze termen. Verwisseling tussen activeringsenergie en reactie-energie komt vaak voor.
Leerdoelen
Na afloop van deze les kan je:
de kenmerken van een chemische reactie herkennen
de energieveranderingen in een energiediagram weergeven
een reactievergelijking opstellen.
De gebruiker gaf meerdere doelen. Voor deze les is één overkoepelend doel gekozen dat het best de andere onderdelen verbindt: om met vermogen te rekenen moeten leerlingen ook weten waarin elektrische energie wordt omgezet en waarvan energieverbruik afhangt.
Formule, index en coëfficiënt
Een formule laat zien uit welke atoomsoorten een stof bestaat
De index geeft het aantal atomen in één molecuul aan
De coëfficiënt geeft het aantal moleculen aan
Voorbeeld: 2 NH3= 2 moleculen ammoniak = 2 N-atomen en 6 H-atomen
Benadruk dat een index bij de stof hoort en niet veranderd mag worden om een vergelijking kloppend te maken. Alleen coëfficiënten mag je aanpassen.
Wat is een reactievergelijking?
Links van de pijl staan de beginstoffen
Rechts van de pijl staan de reactieproducten
Met toestandsaanduidingen zet je achter elke formule of een stof vast, vloeibaar, gasvormig of opgelost is
De vergelijking is een verkorte weergave van de reactie
Noem dat toestandsaanduidingen alleen toegevoegd worden als de opgave erom vraagt.
Zo stel je een vergelijking op
Schrijf het reactieschema in woorden
Vervang de stofnamen door formules
Maak de vergelijking kloppend met coëfficiënten
Controleer per atoomsoort of links en rechts evenveel atomen staan
Tip uit het boek: begin met de atoomsoort die in het minste aantal formules voorkomt.
Voorbeeld: vorming van ammoniak
stikstof (g) + waterstof (g) → ammoniak (g)
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
links en rechts: 2 N-atomen
links en rechts: 6 H-atomen
Gebruik dit voorbeeld om wet van massabehoud zichtbaar te maken: hetzelfde aantal atomen betekent dezelfde totale massa.
Kloppend maken en massabehoud
Voor en na de pijl staan evenveel atomen van elke atoomsoort
Daarom geldt de wet van massabehoud ook in de reactievergelijking
De coëfficiënten laten ook de vaste verhouding tussen reagerende stoffen zien
Bij ammoniak: 1 N2 + 3 H2 → 2 NH3
Leg uit dat de verhouding uit de vergelijking gelezen kan worden als aantallen moleculen en als molverhouding.
Verbrandingsreacties
Nodig: brandstof, zuurstof en de ontbrandingstemperatuur
Een verbranding is de reactie van een stof met zuurstof
Verbrandingsreacties zijn exotherm
Koppel ontbrandingstemperatuur aan reactietemperatuur uit het eerdere deel van de les.
Volledig of onvolledig verbranding
Volledige verbranding: er is voldoende zuurstof
C-atomen vormen dan CO2
H-atomen vormen dan H2O
S-atomen vormen dan SO2
Onvolledige verbranding: er is te weinig zuurstof
C-atomen vormen dan CO en/of roet (C)
H-atomen vormen dan H2O
S-atomen vormen dan SO2
Benadruk dat koolstofmono-oxide giftig is. Houd de focus wel op het chemische onderscheid: hoeveelheid zuurstof bepaalt de producten.
Voorbeeld: verbranding van butaan
C4H10 + O2 → CO2 + H2O
Kloppend gemaakt:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
Licht kort toe dat je bij zuurstof soms tijdelijk een halve coëfficiënt krijgt en daarna alles met 2 vermenigvuldigt.
Ontledingsreacties
Een ontledingsreactie heeft één beginstof
Er ontstaan twee of meer stoffen
De producten kunnen elementen of verbindingen zijn
Ontledingsreacties zijn meestal endotherm
Gebruik natriumchloride als context: zuiver natrium komt niet vrij in de natuur voor en kan via ontleding uit een verbinding worden verkregen.
Drie vormen van ontleding
Thermolyse: ontleding door warmte
Elektrolyse: ontleding door elektriciteit
Fotolyse: ontleding door licht
Bij alle drie moet energie
worden toegevoerd!
Koppel deze vormen aan het begrip endotherm: zonder energietoevoer verloopt de ontleding meestal niet.
Begrippenlijst
chemische reactie - proces waarbij beginstoffen verdwijnen en reactieproducten ontstaan
beginstoffen - stoffen waarmee een reactie start
reactieproducten - nieuwe stoffen die bij een reactie ontstaan
wet van massabehoud - totale massa voor en na de reactie is gelijk
reactietemperatuur - minimale temperatuur waarbij een reactie kan verlopen
exotherm - er komt energie vrij aan de omgeving
endotherm - er wordt energie opgenomen uit de omgeving
Deze slide heeft geen instructies
Begrippenlijst
activeringsenergie - energie die nodig is om een reactie te starten
energiediagram - diagram dat het energieverloop van een reactie weergeeft
reactie-energie - energieverschil tussen beginstoffen en reactieproducten
index - klein cijfer in een formule dat het aantal atomen aangeeft
coëfficiënt - getal voor een formule dat het aantal moleculen aangeeft
reactievergelijking - verkorte weergave van een reactie met formules
toestandsaanduiding - notatie achter een formule voor de fase van een stof
Deze slide heeft geen instructies
Begrippenlijst
verbrandingsreactie - reactie van een brandstof met zuurstof
volledige verbranding - verbranding met voldoende zuurstof, waarbij CO2 ontstaat uit C-atomen
onvolledige verbranding - verbranding met te weinig zuurstof, waarbij CO en/of roet ontstaat
ontledingsreactie - reactie waarbij één beginstof uiteenvalt in twee of meer stoffen
thermolyse - ontledingsreactie onder invloed van warmte
elektrolyse - ontledingsreactie onder invloed van elektriciteit
fotolyse - ontledingsreactie onder invloed van licht
Deze slide heeft geen instructies
Leerdoelen
Na afloop van deze les kan je:
de kenmerken van een chemische reactie herkennen
de energieveranderingen in een energiediagram weergeven
een reactievergelijking opstellen.
De gebruiker gaf meerdere doelen. Voor deze les is één overkoepelend doel gekozen dat het best de andere onderdelen verbindt: om met vermogen te rekenen moeten leerlingen ook weten waarin elektrische energie wordt omgezet en waarvan energieverbruik afhangt.
