Basiskennis chemie 2/Reactievergelijking gebruiken Fe+Cl2 → FeCl3

Reactievergelijking, hoeveel kan gevormd worden?

In het vorige voorbeeld was een van de reactanten ($\mathrm{N}\mathrm{a}$) bepalend voor de hoeveelheid product {$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$) die gevormd kon worden. In het volgende voorbeeld kunnen beide uitgangsstoffen bepalend zijn voor de hoeveelheid gevormde stof:

Hoeveel gram ijzer(III)chloride kan gevormd worden uit 10,0 gram ijzer en 10,0 gram chloor?

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$

Opnieuw wordt er iets gevraagd over een stof maar weet je het een ander over andere stoffen. In plaats van dat je met een stof rekening moet houden moet je met twee stoffen rekening houden. Belangrijk om te beseffen is dat om 1 deeltje ijzer(III)chloride te vormen er 1 ijzer-atoom en 3 chloor-atomen aanwezig moeten zijn. Verder moet je weer iets zeggen over de ene stof ($\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$) en weet je iets over andere stoffen. Je hebt een reactievergelijing nodig en je moet via het aantal mol rekenen. De reactievergelijking is:

$2\mathrm{F}\mathrm{e}+3\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$

Reactievergelijking

Het aantal gram $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$ wordt gevraagd en je moet via het aantal mol rekenen. De formule voor de molaire massa is dan het uitgangspunt voor SPA. Na ombouwen vind je daarmee, in principe, de massa:

$\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}}{\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}}⟹\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}\times \mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}$

Verg. 1

aantal mol $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$

In bovenstaande berekening is de molaire massa op te zoeken in een tabel of uit te rekenen door de molaire massa's van ijzer en 3 maal die van chloor bij elkaar te tellen. Het aantal mol ijzer(III)chloride bereken je via de reactievergelijking. Je moet weten hoeveel mol ijzer(III)chloride overeenkomt met het aantal mol ijzer en chloor dat je gebruikt. Naar twee stoffen tegelijk kijken lukt niet. Eerst kijk je naar ijzer. Je kunt een vergelijking noteren met een vraagteken. Je moet iets weten over $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$ en je weet iets over $\mathrm{F}\mathrm{e}$. De vergelijking wordt dan:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{?}\times \mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$

Vul je nu de coëfficiënten van de reactievergelijking in op de plekken van de stoffen waar ze bij horen dan vind je:

$2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{?}\times 2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$

Dit wordt alleen een kloppende vergelijking als op de plek van het vraagteken "1" staat:

$2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=1\times 2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$

Voor het aantal mol $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$ kun je dus schrijven:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=1\times \mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$ of eenvoudiger:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$

Verg. 2

aantal mol $\mathrm{F}\mathrm{e}$

Bovenstaande vergelijking is uit te rekenen als je het aantal mol ijzer weet. Daarvoor is weer een omgebouwde vergelijking voor de molaire massa nodig:

$\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}{\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}⟹\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}{\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}$

Verg. 3

aantal mol natrium

In bovenstaande vergelijking zijn beide factoren in de rechter term bekend (de massa ijzer) of makkelijk op te zoeken (de molaire massa van ijzer). Je kunt nu gaan invullen:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}{\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}=\frac{10,0\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{55,845\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}=0,179067061\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Verg. 4

Aantal mol ijzer

Net als bij het vorige voorbeeld gelden hier twee opmerkingen:

• Tijdens het rekenen niet afronden. Het aantal cijfers in de uitkomst is het aantal dat Excel laat zien. Pas bij het noteren van het uiteindelijke antwoord ga je kijken naar het aantal cijfers.
• Bij het uitvoeren van de deling van de getallen hoort in de scheikunde ook het delen van de eenheden. De eenheid waardoor je deelt is een breuk, dus er geldt: delen door een breuk is vermenigvuldigen met het omgekeerde.
  
  $\frac{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{\frac{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}}=\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}\times \frac{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}=\frac{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}\times \mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}=\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Eenheden

De uitkomst van vergelijking 4 kun je nu gebruiken in vergelijking 2:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=0,179067061\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Verg. 5

aantal mol
ijzer(III)chloride

De uitkomst van vergelijking 5 kun je nu gebruiken in vergelijking 1:

$\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=(0,179067061\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l})\times (162,204\frac{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}})=29,0453935\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}$

Verg. 6

aantal gram
ijzer(III)chloride

Als je alleen rekening houdt met de hoeveelheid ijzer die je hebt, 10,0 gram, dan kan er iets meer dan 29 gram ijzer(III)chloride ontstaan. Nu moet je naar de hoeveelheid gaan kijken die kan ontstaan als je op het chloor let. De eerste stap is hetzelfde: van de massa $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$naar het aantal mol. De vergelijking is gelijk aan vergelijking 1.

$\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}\times \mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}$

Verg. 7

Je moet nu weten hoeveel mol ijzer(III)chloride overeenkomt met het aantal mol chloor en chloor dat je gebruikt. Je noteert de vergelijking weer met een vraagteken. Je moet iets weten over $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$ en je weet iets over $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$. De vergelijking wordt dan:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{?}\times \mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}$

Vul je nu de coëfficiënten van de reactievergelijking in op de plekken van de stoffen waar ze bij horen dan vind je:

$2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\mathrm{?}\times 3{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}$

Dit wordt alleen een kloppende vergelijking als op de plek van het vraagteken $\frac{2}{3}$ staat:

$2{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\frac{2}{3}\times 3{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}$

Voor het aantal mol $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$ kun je dus schrijven:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\frac{2}{3}\times \mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}$

Verg. 8

aantal mol $\mathrm{F}\mathrm{e}$

Het aantal mol $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$ reken je uit via een omwerking van de formule voor de molaire massa:

$\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2\mathrm{F}\mathrm{e}}}{\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}}⟹\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2\mathrm{F}\mathrm{e}}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}}{\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}}$

Verg. 9

In bovenstaande vergelijking zijn beide factoren in de rechter term bekend (de massa chloor) of makkelijk op te zoeken (de molaire massa van $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$). Je kunt nu gaan invullen:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}=\frac{\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}}{\mathrm{M}{\phantom{A}}_{\mathrm{C}\mathrm{l}2}}=\frac{10,0\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{70,906\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}=0,141031789\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Verg. 10

Aantal mol $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$

De uitkomst van vergelijking 10 kun je nu gebruiken in vergelijking 8:

$\mathrm{n}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=\frac{2}{3}\times 0,141031789\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}=0,094021192\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Verg. 11

aantal mol
ijzer(III)chloride

De uitkomst van vergelijking 11 kun je nu gebruiken in vergelijking 7:

$\mathrm{m}{\phantom{A}}_{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}3}=(0,094021192\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l})\times (162,204\frac{\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}})=15,25061349\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}$

Verg. 12

aantal gram
ijzer(III)chloride

Als je uitgaat van de hoeveelheid ijzer kun je ruim 29 gram ijzer(III)chloride maken. Met de hoeveelheid chloor die je hebt kun je maar iets meer dan 15 gram maken. Dat betekent dat de hoeveelheid chloor bepaalt hoeveel $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$ je kunt maken.

In de berekening zijn alle cijfers die het rekenprogramma produceerde meegenomen. Maar in de gegevens zijn 3 significante cijfers gebruikt. Het antwoord wordt dus ook in drie significante cijfers gegeven: 15,3 gram. De conclusie is dan ook:
Uit 10,0 gram ijzer en 10,0 gram chloor kun je 15,3 gram ijzer(III)chloride maken.

Er blijft dus nog ijzer over.

Conclusie