Chemisch Rekenen

De uitstoot van CO₂ kan worden berekend bij het verbranden van 0,6 mol methaan en ook hoeveel mol zuurstof hiervoor nodig is.
Het aantal mol O₂ kan worden geschreven als \[1⋅\underbrace{0,6}_{n(\rm{CH_4})}=2⋅n\left(\rm{O_2}\right)\] \[n\left(\rm{O_2}\right)=1,2\] De verhoudingen kunnen worden samengevat in een schema.

In een mengsel van 1,00 liter water 2,0 g salpeter (KNO₃) gemengd met 2,1 g kaliumsulfaat (K₂SO₄).
Bereken het aantal kaliumionen in de oplossing.
Uitwerking Zowel KNO₃ als K₂SO₄ zijn goed oplosbare zouten en ioniseren volledig volgens onderstaande oplosvergelijkingen, \[\rm{KNO_3\rightarrow K^{+}+NO_3^-}\] \[\rm{{K_2SO}_4\rightarrow 2\ K^{+}+{\rm SO}_4^{2-}}\] Het aantal kaliumionen in de oplossing zijn de afgesplitste kaliumionen van KNO₃ en K2SO4 samengenomen. KNO₃ bevat één kalium-ion en K₂SO₄ bevat twee kalium-ionen, dit geeft dan respectievelijk de verhoudingen KNO₃:K⁺=1:1 en K₂SO₄:K⁺=1:2. \[n\left(\rm{K^+}\right)=\frac{1}{1}\cdot n\left(\rm{KNO_3}\right)=n\left(\rm{KNO_3}\right) \label{K^+\ uit\ KNO_3}\] \[n({\rm{K^+}})=\frac{2}{1}\cdot n\left(\rm{K_2SO_4}\right)=2\cdot n\left(\rm{K_2SO_4}\right) \label{K^+\ uit\ K_2SO_4}\] Dan geldt voor het totaal aantal kaliumionen in de oplossing: \[n\left(\rm{K^+}\right)=n\left(\rm{KNO_3}\right)+2\cdot n\left(\rm{K_2SO_4}\right) \label{K^+\ in\ oplossing}\] Uit deze gegevens valt op te maken dat het aantal mol van beide stoffen moet worden berekend. Gezien de massa van beide stoffen zijn gegeven, kan met de molaire massa het aantal mol worden berekend. De molaire massa’s kunnen worden berekend of worden opgezocht in Binas tabel 98. Molaire massa’s \(M_w\left(\rm{KNO_3}\right)=101,10\ \rm{g\ mol^{-1}}\) en \(M_w\left(\rm{K_2SO_4}\right)=174,26\ \rm{g\ mol^{-1}}\).

De chemische hoeveelheid van beide stoffen: \[n\left(\rm{KNO_3}\right)=\frac{2,0\ \rm{g}}{101,10\ \rm{g\ mol^{-1}}}=1,9\left(784\right)\cdot{10}^{-2}\ \rm{mol}\] \[n\left(\rm{K_2SO_4}\right)=\frac{2,1\ \rm{g}}{174,26\ \rm{g\ mol^{-1}}}=1,2\left(051\right)\cdot{10}^{-2}\ \rm{mol}\] Het totaal aantal mol kalium-ionen in de oplossing is dan: \[n\left(\rm{K^+}\right)=1,9\left(784\right)\cdot{10}^{-2}\ \rm{mol}+2\cdot 1,2\left(051\right)\cdot 10^{-2}\ \rm{mol}\] \[\approx4,4\cdot{10}^{-2}\ \rm{mol}\] Dus het totaal aantal kaliumionen in de oplossing is ongeveer 4,4⋅10⁻² mol of 44 mmol.
Opmerking: De vraag is het aantal kaliumionen, deze mag je dus geven in het aantal mol of het aantal millimol.

Wanneer een tank met 7,0 gram methaangas wordt ontleed kan zo direct de massa worden berekend van het gevormde waterstofgas door de volgende stappen te doorlopen.
Stap 1: Stel eerst de vergelijking op. \[\rm{CH_4\left(g\right)\rightarrow C\left(s\right)+2\ H_2\left(g\right)}\] De molvouding van de stoffen zijn 1:1:2.

Stap 2: Stel de vergelijking op en los deze op
De massa kan worden berekend met de formule: \[m\left(\rm{H_2}\right)=F\cdot\frac{M_w(\rm{H_2})}{M_w(\rm{CH_4})}\cdot m(\rm{CH_4})\] De molaire massa’s kunnen worden opgezocht of worden berekend, \[M_w\left(\rm{H_2}\right)=\rm{2\cdot1,008=2,016\ g\ mol^{-1}}\] \[M_w\left(\rm{CH_4}\right)=\rm{12,01+4\cdot1,008=16,042\ g\ mol^{-1}}\] Met de molverhouding CH₄:H₂=1:2 en dus F=2 en met de massa \(m\left(\rm{CH_4}\right)=7,0\ \rm{g}\) kan dan de massa van waterstofgas worden berekend, \[m\left(\rm{H_2}\right)=2\cdot\frac{2,016\ \rm{g\ mol^{-1}}}{16,042\ \rm{g\ mol^{-1}}}\cdot7,0\ \rm{g}\] \[\rm{\approx1,8\ g}\]

Wanneer ijzer in contact komt met zuurstof en vocht uit de lucht, dan zal het ijzer gaan roesten. De vergelijking kan vereenvoudigd worden weergegeven als een verbranding. \[\rm{4\ Fe(s)+3\ O_2 (s)→2\ Fe_2 O_3 (s)}\] Bereken de massa van het gevormde roest wanneer 4,0 gram ijzer volledig wordt verroest.
Uitwerking Zuurstof is in overmaat aanwezig en ijzer is dus de beperkende factor. De massaverhouding tussen ijzer en ijzer(III)oxide is: \[\text{massaverhouding}=\frac{2⋅159,69\ \rm{g\ mol^{-1}}}{4⋅55,85\ \rm{g\ mol^{-1}}}=1,429(6)\] Hieruit kan de massa worden berekend van ijzer(III)oxide: \[m(\rm{Fe_2 O_3})=1,429(6)⋅4,0 \rm{g}\] \[≈5,7 \rm{g}\]