Oefentoets TW 3
Namen
Geef de juiste namen van de volgende stoffen 1 Ca(HCO3)2
2 HgO
Geef de verhoudingsformule van de volgende zouten 3 Kaliumfosfaat
4 Aluminiumoxide
Zeewater
Zeewater bevat veel ionen, zie Binas-tabel 64A. Laura krijgt de opdracht om via neerslagreacties de aanwezigheid in zeewater van sulfaat-, magnesium- en calciumionen aan te tonen. Neem aan dat zeewater alleen de ionen in Binas-tabel 64A bestaat. De overige ionen en sporen zijn in zulke kleine hoeveelheden aanwezig zijn, dat ze niet storen bij neerslagreacties.
5 Leg uit met welke zoutoplossing Laura in het zeewater uitsluitend de sulfaationen aan kan tonen.
Laura meent dat zij met een oplossing van natriumhydroxide kan aantonen dat in het zeewater magnesiumionen aanwezig zijn.
6 Leg met een reactievergelijking uit dat een neerslag na het toevoegen van een oplossing van natriumhydroxide ook van een ander ion afkomstig kan zijn.
Om calciumionen aan te tonen in aanwezigheid van magnesiumionen heeft Else een vlamtest gedaan.
7 Leg uit op welke manier Else met een vlamtest kan aantonen dat er in een oplossing behalve magnesiumionen ook calciumionen aanwezig zijn.
Bij zeewater is de uitslag van de vlamtest niet zo duidelijk.
8 Leg uit waarom de vlamtest met zeewater niet zo duidelijk is.
Oplossingen mengen
Ter voorbereiding van een practicum heeft de TOA twee oplossingen gemaakt:
Oplossing A: 0,0821 M kaliumjodide Oplossing B: 0,211 M loodnitraat
Oplossing A is gemaakt door vast kaliumjodide op te lossen in zuiver water. Er is in totaal 4,49 L oplossing gemaakt.
9 Bereken hoeveel g vast kaliumjodide is toegevoegd voor het maken van oplossing A.
Tijdens een practicum wordt 5,41 mL oplossing A gemengd met 1,91 mL oplossing B. Hierbij ontstaat een neerslag. Zonder te rekenen kan direkt aangegeven worden welke deeltjes zeker in de oplossing aanwezig. Voor sommige deeltjes moet wel gerekend worden om te weten of ze aanwezig zijn.
10 Leg uit welke deeltjes na het mengen zeker in de oplossing aanwezig zijn, en voor welke deeltjes eerst een berekening nodig is om de aanwezigheid te weten.
11 Bereken hoeveel g vaste stof ontstaan is.
12 Geef de kleur va de vaste stof.
13 Bereken van elk van de opgeloste ionen de concentratie.
Mineralen in de bouw
Veel mineralen worden gebruikt om bouwmaterialen te maken. Vanaf het einde van de negentiende eeuw werd asbest als materiaal veel gebruikt. Het heeft goede hittebestendige eigenschappen en is goedkoop. Asbest komt voor in
silicaatmineralen, die uit lange vezels bestaan. Asbest is nu verboden, omdat is gebleken dat deze vezels bij inademing ziektes veroorzaken.
Een van deze silicaatmineralen is tremoliet, Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2(s).
14 Leid af wat de lading van het samengestelde ion Si4O11 is.
Het bouwmateriaal cement ontstaat door de reactie van calciumoxide met
siliciumdioxide, aluminiumoxide en ijzer(III)oxide bij een temperatuur van ongeveer 1600 °C. Het calciumoxide wordt gemaakt door verhitting uit kalksteen,
calciumcarbonaat.
15 Geef de reactievergelijking voor deze bereiding van calciumoxide.
16 Geef aan op welke twee manieren de cementindustrie een bijdrage levert aan het versterkte broeikaseffect.
Het siliciumdioxide en aluminiumoxide ontstaan door verhitting van kleisoorten. Klei bestaat uit negatief geladen silicaatlagen, bijeengehouden door positieve ionen.
17 Leg uit of siliciumdioxide, kwarts, een kleimineraal is.
Wanneer je cement gebruikt, moet je er water aan toevoegen. Hierbij treedt een reactie op waarbij het cement uithardt. Het water moet aan bepaalde voorwaarden voldoen. De kwaliteit van het cement hangt af van de aanwezigheid van chloride-, sulfaat- en/of zinkionen in het water.
Roja krijgt de opdracht om een watermonster te onderzoeken op chloride-, sulfaat- en zinkionen. Roja mag hierbij aannemen dat er geen andere ionen aanwezig zijn die haar onderzoek kunnen storen.
18 Maak een beknopt werkplan voor het onderzoek dat Roja kan uitvoeren om aan te tonen dat er zinkionen aanwezig zijn. Geef in je werkplan de volgende zaken aan:
- Welke zoutoplossing Roja kan gebruiken.
- Welke waarnemingen zij hierbij doet.
- Geef van alle eventueel optredende reacties de vergelijking.
Misschien bevat het water zowel chloride-ionen als sulfaationen. Daar moet Roja bij het onderzoek rekening mee houden.
19 Leg uit hoe Roja in een oplossing die zowel chloride-ionen als fosfaationen bevat beide ionsoorten kan aantonen. Geef in je antwoord de volgende zaken aan:
- Welke zoutoplossing(en) Roja kan gebruiken.
- Welke handelingen zij moet verrichten.
- Welke waarnemingen zij hierbij doet?
Nitraationen mogen ook niet in al te hoge concentraties voorkomen in het water.
20 Leg uit of Roja met een neerslagreactie nitraationen kan aantonen in het water.
Treinen
De meeste Nederlandse treinen zijn elektrisch. Ze hebben een spanning van 1500 V nodig die via de bovenleiding naar de motor gebracht wordt. ProRail heeft trajecten in segmenten van 2 km ingedeeld.
Het koper van de bovenleiding wordt steeds meer vervangen door goedkopere metalen. Dit is geen bezuinidingsmaatregel, maar noodzaak omdat koperdieven de bovenleidingen stelen. Koper levert € 4,00 per kg op. Een kabel is rond en heeft een diameter van 12 mm.
21 Bereken de verkoop waarde van een segment bovenleiding. Gebruik Binas- tabel 8.
De bovenleiding kan onder invloed van regen en lucht verkleuren. Er kan een rode, blauwe of zwarte kleur ontstaan.
22 Geef de reactievergelijking voor het ontstaan van een rode kleur. Gebruik Binas-tabel 65B.
23 Geef de reactievergelijking voor het ontstaan van een blauwe kleur. Gebruik Binas-tabel 65B.
Antwoorden
1
Ca2+: Calcium
HCO3-: Waterstofcarbonaat (Binas-tabel 66B) Calciumwaterstofcarbonaat
2
Hg2+: Kwik (element kwik kan ook als Hg+ voorkomen - Binas-tabel 40A - dus romeins cijfer)
O2-: Oxide Kwik(II)oxide 3
Kalium: K+
Fosfaat: PO43- (Binas-tabel 66B) K3PO4
4
Aluminium: Al3+
oxide: O2- Al2O3
5
Voorbereiding op het antwoord
Positieve ionen in zeewater, gesorteerd volgens Binas-Tabel 45A:
Na+, K+, Mg2+, Ca2+
Negatieve ionen in zeewater, gesorteerd volgens Binas-Tabel 45A:
Cl-, Br-, F-, SO42-
Buiten beschouwing laten:
Boorzuur (formule onbekend en dus niet in Binas-tabel 45A) Sr2+ (niet in Binas-tabel 45A)
kwik (lading niet gegeven en zeer lage concentratie aanwezig, namelijk 30·10-9 gL-1) HCO3- (niet in Binas-tabel 45A)
Antwoord op de vraag
Sulfaat (SO42-) geeft onder andere een neerslag met het barium-ion (Ba2+), lood-ion (Pb2+) en het kwik(I)-ion (Hg+).
Positieve ionen komen alleen maar voor in combinatie met een negatief ion, het geheel moet tenslotte neutraal zijn. Ik kies dus een negatief ion dat oplosbaar is met het positieve ion én dat geen neerslag geeft met een van de aanwezige positieve ionen, bijvoorbeeld nitraat (NO3-).
Er kunnen geen korrels bariumnitraat of loodnitraat toegevoegd worden. Door de aanwezigheid van de korrels is een eventuele neerslag lastig te zien. Het moet dus een bariumnitraatoplossing, loodnitraatoplossing of kwik(I)nitraatoplossing zijn. Er zijn meerdere goede antwoorden mogelijk.
6
Het calcium-ion (Ca2+) is matig oplosbaar in combinatie met het hydroxide-ion (OH-).
Bij een hoge concentratie ontstaat er een neerslag van calciumhydroxide:
Ca2+ (aq) + 2 OH- (aq) Ca(OH)2 (s) 7
Calcium geeft in een vlam een steenrode kleur (Binas-tabel 65A). Magnesium staat niet in Binas-tabel 65A dus geeft (blijkbaar) geen kleur in een vlam.
8
Natrium geeft een gele kleur. Er is zo veel meer natrium (10,820 gL-1) aanwezig dan calcium (0,410 gL-1) dat de gele kleur van natrium zal overheersen.
9
Molariteit / concentratie oplossing A (mol per liter)
Porties / aantal mol 0,0821 mol 0,0821·4,49
= 0,368629 mol
Volume 1 L (of 1000 mL) 4,49 L (of 4490 mL)
Molaire massa kaliumjodide (gram per mol)
Massa 166,00 g (Binas-tabel 98) 166,00·0,368629
= 61,2 g
Porties / aantal mol 1 mol 0,368629 mol
10
Oplossing A bevat H2O (l), K+ (aq) en I- (aq) Oplossing B bevat H2O (l), Pb2+ (aq) en NO3- (aq)
Pb2+ en I- zijn een slecht oplosbare combinatie en geeft dus PbI2 (s) In ieder geval aanwezig: H2O (l), K+ (aq), NO3- (aq) en PbI2 (s)
Pb2+ (aq) of I- (aq) is ook aanwezig, afhankelijk welke stof in overmaat is toegevoegd.
Daarvoor is eerst een berekening nodig.
11
Molariteit / concentratie oplossing A (mol per liter) Porties / aantal mol
0,0821 mol 0,0821·5,41 / 1000
= 4,44161·10-4 mol
Volume 1 L (of 1000 mL) 0,00541 L (of 5,41 mL)
Dus 4,444161·10-4 mol K+ en 4,444161·10-4 mol I-.
Molariteit / concentratie oplossing B (mol per liter)
Porties / aantal mol 0,211 mol 0,211·1,91 / 1000
= 4,0301·10-4 mol
Volume 1 L (of 1000 mL) 0,00191 L (of 1,91 mL)
Dus 4,0301·10-4 mol Pb2+ en 2·4,0301·10-4 = 8,0602·10-4 mol NO3-. Pb2+ en I- reageren in verhouding 1:2, dus:
* met 4,44161·10-4 mol I- reageert 2,220805·10-4 mol Pb2+.
* met 4,0301·10-4 mol Pb2+ reageert 8,0602·10-4 mol I-.
Pb2+ is dus in overmaat. Alle I- reageert. Er ontstaat dus 2,220805·10-4 mol PbI2 (s) Molaire massa loodjodide (gram per mol)
Massa 461,0 g (Binas-tabel 98) 461,0·2,220805·10-4
= 0,102 g
Porties / aantal mol 1 mol 2,220805·10-4 mol
12
PbI2 (s) is geel (Binas-tabel 65B)
13
Totale volume is 5,41 mL + 1,91 mL = 7,32 mL Op basis van de berekening bij opgave 11:
4,44161·10-4 mol K+ in 7,32 mL, dus [K+] = 4,44161·10-4·1000/7,32 = 0,0607 M 8,0602·10-4 mol NO3- in 7,32 mL, dus [NO3-] = 8,0602·10-4·1000/7,32 = 0,110 M 4,0301·10-4 mol Pb2+ toegevoegd, 2,220805·10-4 mol Pb2+ heeft gereageerd.
4,0301·10-4 - 2,220805·10-4 = 1,809295·10-4 mol Pb2+ nog aanwezig.
[Pb2+] = 1,809295·10-4 mol·1000/7,32 = 0,0247 M 14
Gehele zout is neutraal 2x calcium-ion = 2x 2+ = 4+
5x magnesium-ion = 5x 2+ = 10+
2x hydroxide-ion = 2x 1- = 2-
Totale lading van overige ionen is: 4+ + 10+ + 2- = 12+
Totale lading van 2 ionen Si4O11 is dus 12- Lading van Si4O11 ion is dus 6-
15
Calciumoxide: CaO
Calciumcarbonaat: CaCO3
Reactievergelijking:
CaCO3 (s) CaO (s) + ???
Om reactie vergelijking kloppend te krijgen moet er CO2 vrij komen, dus:
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
16
Versterkt broeikaseffect: Uitstoot van CO2. 1: Bij de reactie uit vraag 15 komt CO2 vrij.
2: Het proces vindt plaats bij 1600 °C. Deze energie komt (waarschijnlijk) uit fossiele brandstoffen, dus CO2 uitstoot.
17
Indien siliciumdioxide een zout is, heeft silicium de lading van 4+ (Binas-tabel 40A) en twee zuurstof de lading van 2x 2- = 4-. Samen dus neutraal. Dus niet negatief geladen dus geen klei.
De naam doet vermoeden dat siliciumdioxide een molecuul is, de naam bevat een telwoord zoals gebruikt mij de naam van moleculen: siliciumdioxide. Moleculen zijn neutraal, dus geen klei.
18
Watermonster verdelen in twee reageerbuisjes (A en B).
Zink-ionen geven een neerslag met onder andere hydroxyde (OH-) ionen. Toevoegen van een oplossing van natriumhydroxide aan buisje A. Indien er een neerslag
ontstaat, zitten er zink-ionen in het water. Indien er geen neerslag ontstaat, zitten er geen zink-ionen in het water.
Zn2+ (aq) + 2 OH- (aq) Zn(OH)2 (s) 19
Barium-ionen geven een neerslag met sulfaat maar niet met chloride. Toevoegen van een oplossing van bariumnitraat aan buisje B. Indien er een neerslag ontstaat, zitten er sulfaat-ionen in het water. Indien er geen neerslag ontstaat, zitten er geen sulfaat-ionen in de oplossing.
De oplossing in buisje B filtreren zodat de neerslag weg is. In deze oplossing zitten in ieder geval geen sulfaat ionen meer. Mogelijk wel chloride. Zilver-ionen geven een neerslag met chloride-ionen. Toevoegen van zilvernitraat, neerslag geeft
aanwezigheid van chloride aan.
20
Op basis van Binas
Nee, nitraat vormt met alle andere ionen een goed oplosbare combinatie. Er ontstaat dus geen neerslag.
Op basis van Science Data
Nitraat vormt alleen met tin-ionen een matig oplosbare combinatie. Er is dus een oplossing met een hoge tin-ionen concentratie nodig, en er moet een hoge nitraat concentratie aanwezig zijn. Dit alles maakt het erg lastig om nitraat met een neerslag reactie aan te tonen.
21
Straat van de draad = 6 mm = 6·10-3 m.
Dwarsdoorsnede draad: π r2 = π (6·10-3)2 = 36·10-6 π m2.
Volume draad: 36·10-6 π · 2000 = 0,226195 m3. Dichtheid koper: 8,96·103 kg m-3 (Binas-tabel 8).
Massa draad: 0,226195·8,96·103 = 2026,70 kg (!).
Waarde draad: 2026,70·4 = € 8106,82.
2 cijfers significant: € 8,1·103. 22
Cu2O (s) is rood (Binas-tabel 65B)
4 Cu (s) + O2 (g) 2 Cu2O (s) 23
Cu(OH)2 (s) is blauw (Binas-tabel 65B)
2 Cu (s) + O2 (g) + 2 H2O (l) 2 Cu(OH)2 (s)
