Zuren en basen (Scheikunde havo), les 1: Uitleg

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

Introductie

Uitleg over zuren en basen: H⁺-donor en -acceptor, de zuren en basen van de syllabus, de notatie van zoutzuur, natronloog en ammonia, ioniseren, bindingen bij oplossen, zuur-basereacties en indicatoren. Met een woordweb, zes controlevragen, twee animaties, een poll en een open vraag.

Universeel indicatorpapier in een koker (foto: GOKLuLe, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Zuren en basen

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: R1.2 (ioniseren), R1.3 (zuur-base), R1.4 t/m R1.7, M3.8, R&A2.1 (indicator). Image credit: GOKLuLe / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan zuren en basen herkennen, de notatie van zoutzuur, natronloog en ammonia geven en een zuur-basereactie als H⁺-overdracht opstellen.

Waar denk je aan bij het woord zuur?

Verwacht: azijn, citroen, zuur op je tong, maagzuur, bijtend, zure regen, accuzuur. Koppel aan de les: scheikundig is een zuur een deeltje dat een H⁺ afstaat, en alles wat zuur smaakt hoort daar niet per se bij. Neem de woorden mee in blok 1.

Citroenen smaken zuur door het zuur in het sap (foto: Tim Hoggarth, CC BY-SA 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Zuur en base: H⁺ geven en nemen

• Een zuur staat een H⁺-ion af: het is een H⁺-donor.

• Een base neemt een H⁺-ion op: het is een H⁺-acceptor.

• H⁺ is een waterstofatoom zonder elektron, een proton. In water: H⁺(aq).

• Een zuur staat alleen H⁺ af als een base die kan opnemen.

Syllabus R1.7: zuur-basereacties als overdracht van H⁺-ionen, aanwijzen van het zuur (donor) en de base (acceptor). In water zit H⁺ gebonden aan een watermolecuul (H₃O⁺); in de vergelijkingen schrijf je H⁺(aq). Citroensap is zuur door citroenzuur; dat zuur hoef je niet te kennen, het gaat om het idee van een zuur. Veelgemaakte fout: denken dat een zuur 'zuur' is omdat het OH⁻ bevat, of een zuur en een base als twee stoffen zonder overdracht zien. Image credit: Tim Hoggarth / Flickr, CC BY-SA 2.0

Overzicht van de zuren en basen van het examen (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Zuren die je moet kennen

• HCl is waterstofchloride, opgelost in water heet het zoutzuur.

• H₂SO₄ is zwavelzuur, HNO₃ salpeterzuur en H₃PO₄ fosforzuur.

• CH₃COOH is azijnzuur: alleen de H van de COOH-groep komt los als H⁺.

• CO₂ in water werkt als zuur: H₂O + CO₂, ook geschreven als 'H₂CO₃'.

Syllabus R1.5: de zuren HCl, H₂SO₄, HNO₃, H₂O + CO₂ / 'H₂CO₃', H₃PO₄ en CH₃COOH. Het overzicht staat in de figuur; laat leerlingen de rechterkolom met basen nog afdekken. Alleen H-atomen die als H⁺ afsplitsen tellen: de drie H's in de CH₃-groep van azijnzuur blijven zitten. Veelgemaakte fout: elke H in een formule als zuurwaterstof zien. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Kalksteen met schelpresten bestaat uit CaCO₃ (foto: James St. John, CC BY 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Basen die je moet kennen

• NH₃ (ammoniak) is een molecuul dat een H⁺ kan binden en zo NH₄⁺ vormt.

• OH⁻, CO₃²⁻, O²⁻ en HCO₃⁻ zijn negatieve ionen die een H⁺ kunnen opnemen.

• OH⁻ + H⁺ geeft H₂O en CO₃²⁻ + H⁺ geeft HCO₃⁻.

• Kalksteen (CaCO₃) bevat CO₃²⁻, bakpoeder (NaHCO₃) levert HCO₃⁻.

Syllabus R1.6: de basen NH₃, OH⁻, CO₃²⁻, O²⁻ en HCO₃⁻. Controle: OH⁻ + H⁺ → H₂O (lading 0, 2 H, 1 O); CO₃²⁻ + H⁺ → HCO₃⁻ (lading 1− aan beide kanten). NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ (lading 1+ aan beide kanten). Voor dit examen noem je HCO₃⁻ een base. Veelgemaakte fout: denken dat een base altijd OH⁻ bevat; NH₃ en CO₃²⁻ bevatten geen OH⁻. Image credit: James St. John / Flickr, CC BY 2.0

Welk deeltje is een zuur?

A

NH₃

B

CH₃COOH

C

OH⁻

D

CO₃²⁻

CH₃COOH (azijnzuur) staat een H⁺ af. NH₃, OH⁻ en CO₃²⁻ zijn basen. Verwachte fout: OH⁻ kiezen omdat het in veel formules voorkomt. Syllabus R1.5 en R1.6.

Vul in

Een zuur is een H⁺-donor. Een base is een H⁺-acceptor, en bij een zuur-basereactie wordt een H⁺ overgedragen.

donor

acceptor

H⁺

elektron

neutron

Donor staat een H⁺ af, acceptor neemt een H⁺ op; bij een zuur-basereactie gaat een H⁺ over (bij redox gaan elektronen over). Verwachte fout: elektron invullen. Syllabus R1.3 en R1.7.

Fles natronloog met het gevarensymbool voor bijtend (foto: M. S. Perrin, CC BY 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Natronloog, zoutzuur en ammonia

• Zoutzuur is HCl(aq): waterstofchloride opgelost in water.

• Natronloog is NaOH(aq): natriumhydroxide opgelost in water.

• Ammonia is NH₃(aq): ammoniak opgelost in water.

• NaOH(s) → Na⁺(aq) + OH⁻(aq), maar NH₃(g) → NH₃(aq): het blijft een molecuul.

Syllabus R1.4: de notatie van ammonia, natronloog en zoutzuur geven als de naam gegeven is, en omgekeerd. (aq) betekent opgelost in water. De foto toont natronloog met het gevarensymbool voor bijtende stoffen (GHS); werken met natronloog doe je alleen met veiligheidsbril en handschoenen. Syllabus R1.2 (oplossen van basen) en M3.8: NaOH is een ionverbinding en valt uiteen in ionen; NH₃ is een moleculaire stof en lost op als hele moleculen. Veelgemaakte fout: natronloog als Na₂O(aq) schrijven, of de ionen van NH₃ opschrijven. Image credit: Matthew Sergei Perrin / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Animatie: HCl ioniseert, de H⁺ gaat naar een watermolecuul (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Ioniseren van een zuur

• Bij ioniseren valt een molecuul in water uiteen in ionen.

• HCl(g) → H⁺(aq) + Cl⁻(aq)

• H₂SO₄(l) → 2 H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq): dit zuur staat twee H⁺ af.

• In de animatie hecht de H⁺ aan een watermolecuul (H₃O⁺).

Syllabus R1.2: oplossen/ioniseren in water van zuren, en M3.8. Controle: HCl: 1 H en 1 Cl, lading 0 = 1+ + 1−. H₂SO₄: 2 H, 1 S, 4 O, lading 0 = 2 × 1+ + 2−. Kijkvraag bij de animatie: welke binding breekt, en waar blijft de H⁺? (De H-Cl-binding breekt; de H⁺ gaat naar het watermolecuul.) Bij een stilstaande weergave zie je alleen het eerste beeld: HCl en H₂O voor de reactie. Bij CH₃COOH komt alleen de H van de COOH-groep los. Veelgemaakte fouten: het negatieve ion in atomen laten uiteenvallen (SO₄²⁻ blijft heel) en vergeten dat H₂SO₄ twee H⁺ afstaat. Image credit: Eigen animatie voor deze les

Verbroken en gevormde bindingen bij oplossen en ioniseren (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Bindingen bij oplossen en ioniseren

• Zout en base (zoals NaOH): ionbindingen breken, hydratatie ontstaat.

• Moleculaire stof: bindingen tussen de moleculen breken, de atoombindingen blijven heel.

• Zuur (zoals HCl): ook de atoombinding in het molecuul breekt. Dat is ioniseren.

• Hydratatie: watermoleculen omringen de ionen.

Syllabus M3.8: welke soorten bindingen verbroken en gevormd worden bij oplossen en/of ioniseren in water van basen, moleculaire stoffen, zouten en zuren. Bij een moleculaire stof als glucose ontstaan bindingen tussen de moleculen en watermoleculen (waterstofbruggen, vanderwaalsbinding); bij een zuur als HCl worden de ionen gehydrateerd. Zouten en hydratatie staan uitgebreid in het onderwerp zouten en oplosbaarheid. Veelgemaakte fout: denken dat bij het oplossen van glucose atoombindingen breken, of dat bij ioniseren een ionbinding breekt (er is dan nog geen ion). Image credit: Eigen figuur voor deze les

Geef de ionisatievergelijking van H₂SO₄(l).

Goed antwoord: H₂SO₄(l) → 2 H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq). Controle: 2 H, 1 S, 4 O links en rechts; lading 0 = 2+ + 2−. Verwachte fouten: maar één H⁺ schrijven, of SO₄²⁻ laten uiteenvallen. Syllabus R1.2.

Welke binding breekt bij het ioniseren van HCl?

A

De ionbinding tussen H⁺ en Cl⁻

B

Een waterstofbrug in het water

C

De atoombinding in H₂O

D

De atoombinding tussen H en Cl

HCl is een molecuul met een atoombinding; die breekt bij het ioniseren. Een ionbinding is er nog niet: de ionen ontstaan pas door het breken. Verwachte fout: de ionbinding kiezen. Syllabus M3.8.

Animatie: een H⁺ gaat van HCl naar NH₃ (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

H⁺-overdracht: zuur en base

• Een zuur-basereactie is een reactie waarbij een H⁺ van het zuur naar de base gaat.

• HCl + NH₃ → NH₄⁺ + Cl⁻: HCl is het zuur, NH₃ de base.

• Het zuur raakt een H⁺ kwijt (Cl⁻), de base krijgt er een bij (NH₄⁺).

• De H⁺ neemt zijn lading mee: NH₄⁺ is positief geladen.

Syllabus R1.7 en R1.3 (zuur-base als donor-acceptorreactie). Controle: HCl + NH₃: 4 H, 1 N, 1 Cl, lading 0; NH₄⁺ + Cl⁻: 4 H, 1 N, 1 Cl, lading 1+ + 1− = 0. Kijkvraag: welk deeltje levert de H⁺ en welk neemt hem op? (HCl levert, NH₃ neemt op.) Bij een stilstaande weergave zie je alleen het eerste beeld: HCl en NH₃ voor de overdracht. De animatie is een schematische weergave, niet de ware vorm van de moleculen. Veelgemaakte fout: denken dat het hele HCl-molecuul naar NH₃ gaat. Image credit: Eigen animatie voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Een zuur-basereactie opstellen

• Stap 1: wijs het zuur (staat H⁺ af) en de base (neemt H⁺ op) aan.

• Stap 2: haal één H⁺ van het zuur af en zet die bij de base.

• Stap 3: controleer de elementbalans en de ladingsbalans.

• CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l): zuur is CH₃COOH, base is OH⁻.

• H₂SO₄ staat twee H⁺ af: H₂SO₄(aq) + 2 OH⁻(aq) → SO₄²⁻(aq) + 2 H₂O(l).

Syllabus R1.7 en R1.1 (elementbalans en ladingsbalans). Controle CH₃COOH + OH⁻: C 2 en C 2; H 3 + 1 + 1 = 5 links en 3 + 2 = 5 rechts; O 2 + 1 = 3 links en 2 + 1 = 3 rechts; lading 1− aan beide kanten. Controle H₂SO₄ + 2 OH⁻: H 2 + 2 = 4 links, 2 × 2 = 4 rechts; O 4 + 2 = 6 links, 4 + 2 = 6 rechts; S 1; lading 2− = 2−. Veelgemaakte fouten: de lading vergeten (CH₃COO i.p.v. CH₃COO⁻) en bij H₂SO₄ maar één OH⁻ nemen.

Rode koolsap: van zuur (links) naar basisch (foto: Epaenurk, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Indicator en zuurgraad

• Een indicator verandert van kleur bij een andere zuurgraad.

• De zuurgraad geef je aan met de pH: hoe zuurder, hoe lager de pH.

• Rode koolsap is rood in een zure en blauwgroen in een basische oplossing.

• pH berekenen leer je in een apart onderwerp.

Syllabus R&A2.1 (indicator) en R&A1.4 (zuurgraad, pH); alleen het begrip, rekenen met pH staat in het onderwerp pH berekenen. Een indicator komt ook bij titratie voor (zie mengsels scheiden en analyse). Rode koolsap is een natuurlijke indicator: rood tot roze bij zuur, paars bij neutraal en blauwgroen bij basisch; de foto laat de kleurreeks zien. Veiligheid als demonstratie: veiligheidsbril, kleine hoeveelheden. Veelgemaakte fout: denken dat een lage pH 'basisch' is. Image credit: Epaenurk / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Zet de stappen van een zuur-basereactie op volgorde

1

Controleer atomen en lading

2

Haal een H⁺ van het zuur af

3

Zet die H⁺ bij de base

4

Wijs het zuur en de base aan

Volgorde volgens de stappen op de dia. Verwachte fout: de controle vergeten of de H⁺ eerst bij de base zetten. Syllabus R1.7.

HNO₃ + OH⁻ → NO₃⁻ + H₂O. Welk deeltje is het zuur?

A

OH⁻

B

NO₃⁻

C

H₂O

D

HNO₃

HNO₃ staat een H⁺ af aan OH⁻; er ontstaat H₂O en NO₃⁻. Controle: 2 H, 1 N, 4 O links en rechts; lading 1− aan beide kanten. Verwachte fout: H₂O kiezen omdat er een H bij zit. Syllabus R1.7.

Wat vond je het lastigst in deze les?

1

Zuren en basen herkennen

2

Ioniseren opschrijven

3

Een zuur-basereactie opstellen

4

Bindingen bij oplossen

Gebruik de uitkomst om te bepalen waar je in de training mee begint.

Leg uit: wat is een zuur-basereactie?

Goed antwoord: een reactie waarbij een H⁺ overgaat van een zuur (donor) naar een base (acceptor). Veelgemaakte fout: de overdracht van elektronen noemen (dat is redox). Syllabus R1.3 en R1.7.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Begrippen (1/2)

• zuur: Deeltje dat een H⁺ afstaat (H⁺-donor).

• base: Deeltje dat een H⁺ opneemt (H⁺-acceptor).

• H⁺-overdracht: Een H⁺ gaat van het zuur naar de base.

• donor: Deeltje dat iets afstaat, hier een H⁺.

• acceptor: Deeltje dat iets opneemt, hier een H⁺.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZUREN · BASEN

Begrippen (2/2)

• zoutzuur: HCl(aq): waterstofchloride opgelost in water.

• natronloog: NaOH(aq): natriumhydroxide opgelost in water.

• ammonia: NH₃(aq): ammoniak opgelost in water.

• ioniseren: Een molecuul valt in water uiteen in ionen.

• zuur-basereactie: Reactie waarbij een H⁺ van een zuur naar een base gaat.