Eindexamen scheikunde havo 2002 tijdvak 1

opgave 1Rood kwik

tekst- Er verschenen de afgelopen jaren fragment 1 met enige regelmaat artikelen over ’ rood kwik ’ in de pers , zonder dat bewijzen boven tafel kwamen over het bestaan ervan , of over de vermeende chemische eigenschappen. Rood kwik is een chemische verbinding met de formule Hg 2 Sb 2 O 7 . Er zou een kleine kernfusiebom mee gemaakt kunnen worden , een soort atoombom in broekzakformaat , luidt een van de claims. Dr. D. IJdo , werkzaam aan de Rijksuniversiteit Leiden , lacht naar: de Volkskrant Rood kwik kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit drie ionsoorten: O 2 – ionen, Hg 2 + ionen en antimoonionen.

→ Leid uit de formule van rood kwik de lading van deze antimoonionen af. Het is echter waarschijnlijker dat rood kwik bestaat uit Hg 2 + ionen en samengestelde ionen met de formule Sb 2 O 7 4 – .

→ Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een ion Sb 2 O 7 4 – ? Noteer je antwoord als volgt: aantal protonen: ... aantal elektronen: ...

opgave 2Wegwerpluiers

Sommige polymeren hebben de eigenschap dat ze water absorberen. Een polymeer met deze

eigenschap kan gevormd worden uit het monomeer met de volgende structuurformule:

53p

Geef de systematische naam van dit monomeer.

63p

Teken een stukje uit het midden van de structuurformule van het polymeer dat uit dit monomeer

gevormd wordt. In het getekende stukje moeten drie monomeer-eenheden zijn verwerkt.

Het vochtabsorberende vermogen wordt sterk vergroot als men dit polymeer laat reageren met

natronloog. Het ontstane polymeer, dat kan worden weergegeven met de formule

(-C₂H₃COONa-)_n, kan per monomeer-eenheid 300 watermoleculen opnemen!

Dit polymeer wordt gebruikt als vochtabsorberend materiaal in wegwerpluiers.

73p

Bereken hoeveel gram van dit polymeer nodig is om 1,0·10³ gram water op te nemen.

opgave 3Vochtvreter

Om de lucht in vochtige ruimten zoals kelders en meterkasten te drogen, kan men gebruik maken van een zogenoemde vochtvreter. Deze bestaat uit een hoeveelheid (450 gram) calciumchloride dat op een soort zeefje boven een opvangbakje wordt geplaatst. Het calciumchloride neemt het water op, waarbij het hydraat CaCl 2 . 2H 2 O ontstaat.

→ Bereken hoeveel gram water 450 gram calciumchloride op deze wijze kan opnemen. In de gebruiksaanwijzing van de vochtvreter staat onder andere het volgende: tekst- „Zodra de kristallen met vocht zijn verzadigd, lossen deze in het aangetrokken fragment 2 water op dat in de bak zal druppelen. Afhankelijk van de luchtvochtigheid zal dit na een dag tot enkele weken gebeuren. Voor een optimale werking de bak regelmatig legen. Vlekken veroorzaakt door vochtvreterkristallen of vloeistof uit de opvangbak kunt u verwijderen met natriumsulfaat. Maak een 5% oplossing in water en sprenkel deze over de vlek. Ongeveer 30 minuten laten inwerken. Hierna het water laten verdampen met behulp van een föhn of een straalkachel. Het achterblijvende poeder kunt u met een stofzuiger weghalen.” Jochem wil onderzoeken wat bedoeld wordt met ’optimale werking’. Hij heeft daar de volgende hypothesen over: I Wanneer de bak regelmatig geleegd wordt, is de maximale hoeveelheid water die gebonden wordt, groter dan wanneer de bak niet regelmatig geleegd wordt. II Wanneer de bak regelmatig geleegd wordt, wordt het water sneller gebonden dan wanneer de bak niet regelmatig geleegd wordt. Om te onderzoeken of de hypothesen juist zijn, wil Jochem één of meer experimenten uitvoeren. Daarvoor moet eerst een werkplan worden gemaakt.

→ Geef een werkplan voor één of meer experimenten waarmee Jochem voor beide hypothesen kan onderzoeken of de hypothesen juist zijn. Wanneer bij het verwijderen van een vlek, veroorzaakt door vloeistof uit de opvangbak, overmaat natriumsulfaatoplossing wordt gebruikt, kan na het drogen een poeder worden opgezogen. Dit poeder bestaat uit een aantal vaste zouten.

opgave 4Cycloon

Lees het eerste deel van het artikel „Wervelwind houdt hoogovens schoon” op het informatieblad. Dit eerste deel heeft de aanduiding: tekstfragment 3. Tekstfragment 3 handelt over de productie van ruwijzer met behulp van het huidige hoogovenproces. In onderstaand blokschema is dit productieproces weergegeven. In het schema zijn de namen van een deel van de stoffen weergegeven met de letters A, B, C, D, E en F. blok- schema 1

→ Welke stoffen worden aangeduid met de letters A, B, C, D, E en F? Noteer je antwoord als volgt: A: ... B: ... C: ... D: ... E: ... F: ... In de regels 2 en 3 van tekstfragment 3 staat op welke wijze cokes uit steenkool wordt gemaakt. Bij dit proces mag geen lucht aanwezig zijn.

→ Leg uit waarom bij de productie van cokes geen lucht aanwezig mag zijn. In de regels 6, 7 en 8 van tekstfragment 3 staat dat koolstofmono-oxide het ijzererts (Fe 2 O 3 ) reduceert tot ruwijzer (Fe).

Lees het tweede deel van het artikel „ Wervelwind houdt hoogovens schoon” op het informatieblad. Dit tweede deel heeft de aanduiding: tekstfragment 4. Tekstfragment 4 gaat over een nieuw ijzerproductieproces. Bij dit nieuwe productieproces wordt gebruikgemaakt van een smeltvat met daarboven een zogenoemde cycloonreactor. In het Engels wordt deze installatie Cyclone Convertor Furnace (CCF) genoemd. Het proces wordt CCF-proces genoemd. In figuur 1 staat een schematische tekening van een CCF. figuur 1 In de regels 12 en 13 van tekstfragment 4 staat dat door de extreem hoge temperatuur de chemische reacties in de cycloon supersnel verlopen. Uit tekstfragment 4 blijkt dat, behalve de hoge temperatuur, er nog andere factoren zijn waardoor de omzetting van het ijzererts in de cycloonreactor supersnel verloopt.

→ Noem twee van deze factoren. Om de zeer hoge temperatuur te bereiken wordt, naast fijn ijzererts, ook zuurstof in de cycloonreactor geblazen. Daardoor vindt in de cycloonreactor een verbranding plaats. Van één van de aanwezige stoffen wordt een gedeelte verbrand.

→ Geef de naam van de stof die in de cycloonreactor wordt verbrand. In de tekstfragmenten is sprake van twee soorten ijzeroxiden, door de schrijver ijzeroxide (tekstfragment 3, regel 8) en ijzermono-oxide (tekstfragment 4, regel 15) genoemd. De formules van deze oxiden zijn respectievelijk Fe 2 O 3 en FeO. In de scheikunde gebruikt men Romeinse cijfers in de naam om onderscheid te maken tussen beide oxiden.

→ Geef de naam van FeO, waarbij je gebruik maakt van een Romeins cijfer. In het CCF-proces vindt de vorming van ijzer uit ijzererts in twee opeenvolgende reacties plaats. De schrijver van het artikel legt in tekstfragment 4, de regels 13 tot en met 16, uit wat er bij de eerste reactie gebeurt. Je zou hieruit kunnen opmaken dat ijzeroxide bestaat uit ijzeratomen en zuurstofatomen. Dit is niet juist.

→ Geef de vergelijking van deze reactie. Uit de tekstfragmenten 3 en 4 blijkt dat het CCF-proces een schoner productieproces is dan het huidige hoogovenproces, omdat de productie van cokes overbodig is. Vanuit milieu-oogpunt is dit een argument om het huidige hoogovenproces door het CCF-proces te vervangen.

→ Noem nog twee argumenten waarom het voor het milieu wenselijk is dat het huidige hoogovenproces wordt vervangen door het CCF-proces. Maak hierbij gebruik van gegevens uit de tekstfragmenten 3 en 4. De productie van ruwijzer volgens het CCF-proces biedt vele voordelen. Toch kan het huidige hoogovenproces nog niet direct vervangen worden door het CCF-proces. Eerst moet de capaciteit zover worden opgevoerd dat de installatie tenminste 2,0·10 6 ton Fe 2 O 3 per jaar kan omzetten in ruwijzer.

opgave 5Koelmiddel

In een koelinstallatie circuleert een koelmiddel in een gesloten kringloop zoals schematisch is

weergegeven in figuur 2.

1 verdamper gas 2 condensor koelruimte 1 2 vloeistof

figuur 2

In de verdamper verdampt het koelmiddel. Hierdoor daalt de temperatuur in de koelruimte.

212p

Leg uit dat door het verdampen van het koelmiddel de temperatuur in de koelruimte daalt.

Als koelmiddel werden in het verleden CFK’s gebruikt. CFK’s zijn verbindingen van chloor, fluor

en koolstof. Tegenwoordig mogen CFK’s niet meer worden gebruikt, omdat ze de ozonlaag

aantasten. Ozon wordt daarbij omgezet in zuurstof.

222p

Geef de reactievergelijking van de omzetting van ozon in zuurstof.

Tegenwoordig wordt in koelinstallaties vaak gebruik gemaakt van HFK’s, die de ozonlaag niet

aantasten. Dit zijn verbindingen van waterstof, fluor en koolstof. Een veel gebruikt koelmiddel is

HFK-134a.

HFK-134a (CH₂F-CF₃) is een verbinding met de volgende structuurformule:

233p

Geef de systematische naam van HFK-134a.

Bij de productie van HFK-134a is etheen een beginstof. De productie gebeurt in drie stappen die

hieronder in een blokschema zijn weergegeven.

CCll 2 CCll CCll HHFF H 2 2 2 CCHH CCHH CCCCll CCCCll CCCCll F CCFF CCHH F CCFF ((HHFFKK--113344aa)) 2 2 reactor 1 2 2 reactor 2 2 3 reactor 3 2 3 HHCCll HHCCll HHCCll

blok-

schema 2

242p

Is de reactie die plaatsvindt in reactor 1 een additiereactie? Geef een verklaring voor je antwoord.

252p

Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt in reactor 2. Gebruik hierbij de formules zoals

ze in blokschema 2 zijn weergegeven.

262p

Beredeneer aan de hand van blokschema 2 hoeveel mol HCl er in totaal ontstaat bij de productie

van 1,0 mol HFK-134a uit etheen.

Er is een methode ontwikkeld voor de recycling van de grote hoeveelheid HCl die bij de productie

van HFK-134a ontstaat. Bij deze methode wordt door middel van elektrolyse het gas HCl omgezet

in H₂ en Cl₂. Bij de elektrolyse wordt aan de ene elektrode het gas HCl omgezet in Cl₂ en H⁺. De

vergelijking van deze halfreactie is:

2 HCl → Cl₂ + 2 H⁺ + 2 e^–

Het H⁺ dat ontstaat, gaat naar de andere elektrode en wordt omgezet in H₂.

272p

Vindt de omzetting van HCl in Cl₂ en H⁺ plaats aan de positieve of aan de negatieve elektrode?

Geef een verklaring voor je antwoord.

Bij de elektrolyse van HCl gas ontstaan dus Cl₂ gas en H₂ gas. Al het Cl₂ gas en een deel van het

H₂ gas worden opnieuw gebruikt voor de productie van HFK-134a, de rest van het H₂ gas wordt

afgevoerd.

Het blokschema van de productie van HFK-134a kan worden uitgebreid met de stofstromen die

ontstaan doordat het proces wordt uitgebreid met de elektrolyse van het geproduceerde HCl gas.

Op de bijlage is het uitgebreide blokschema getekend.

284p

Geef in het blokschema op de bijlage de ontbrekende stofstromen op de juiste wijze weer.

opgave 6Eiwit

Hieronder is een stukje van de structuurformule van een eiwitmolecuul weergegeven.

De bindingen in de hoofdketen zijn genummerd.

H H H 1 2 3 4 5 6 7 N C C N C C N C H CH O H H O H CH 3 3

Bij volledige hydrolyse worden alle peptidebindingen in het eiwitmolecuul verbroken.

292p

Geef de nummers van de bindingen in de bovenstaande structuurformule die peptidebindingen

zijn.

301p

Geef de naam van het soort stoffen dat ontstaat bij de volledige hydrolyse van eiwitten.

Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.

opgave 7Rookgasreiniging

Bij industriële processen kunnen gasvormige verbrandingsproducten ontstaan die belastend zijn voor het milieu. Deze verbrandingsproducten, meestal rookgassen genoemd, moeten worden behandeld alvorens ze de schoorsteen uit mogen. Hieronder is een deel van een artikel weergegeven waarin een mogelijke methode is beschreven. artikel 1 Biologische rookgasontzwaveling vindt plaats in een aantal gescheiden stappen. In de gaswasser komt de De sulfide-oplossing gaat daarna naar de aërobe reac- rook op een aantal contactplaten intensief in contact tor . Met behulp van lucht wordt het sulfide hier door met natronloog. Het zwaveldioxide lost daarin op als bacteriën omgezet in zwavel, dat daarna afgescheiden sulfiet. Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig en verkocht kan worden. Hierbij ontstaat bovendien HCl lossen op. natronloog, dat teruggevoerd wordt naar de gaswasser. De vloeistof gaat dan naar de anaërobe reactor . Daar Het enige verlies aan natronloog ontstaat in de gas- wordt het sulfiet door bacteriën omgezet in sulfide. wasser door de reactie met HCl tot keukenzout. Als elektronendonor wordt waterstofgas in de reactor Als de concentratie NaCl te hoog wordt, wordt het na- geblazen. In deze reactor wordt tegelijkertijd NO X om- tronloog volledig vervangen. gezet naar stikstofgas. naar: Chemisch Weekblad In de gaswasser wordt sulfiet gevormd door een reactie van een stof uit het rookgas met OH – van het natronloog. Bij deze reactie ontstaat ook water.

→ Geef de vorming van sulfiet in de gaswasser in een reactievergelijking weer. Bij de beschrijving van het proces in de gaswasser staat: „Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig HCl lossen op.” Het is niet juist dat HCl oplost.

→ Geef een zin uit artikel 1 waaruit blijkt dat het niet juist is dat HCl oplost. Een proces dat plaatsvindt in de anaërobe reactor is de omzetting van NO 2 tot N 2 . Dit is een redoxreactie. De vergelijking van de halfreactie van de oxidator is hieronder gedeeltelijk weergegeven. Enige coëfficiënten en e – zijn weggelaten. NO 2 + H 2 O → N 2 + 8 OH –

→ Neem deze vergelijking over, voeg aan de juiste kant van de pijl e – toe en maak de vergelijking kloppend door de juiste coëfficiënten in te vullen. In de aërobe reactor treedt ook een redoxreactie op. Daarbij is het sulfide de reductor.

→ Geef de formule van de stof die in de aërobe reactor als oxidator optreedt. Uit de tekst en de bijbehorende tekening in artikel 1 kun je opmaken dat keukenzout niet op dezelfde manier van het natronloog kan worden afgescheiden als zwavel. Dit wordt veroorzaakt doordat keukenzout en zwavel verschillen in eigenschappen.