bronnen

Eindexamen scheikunde havo 2002, tijdvak 2

opgave 1Zuurstofvoorziening

In een bemand ruimtevaartuig moet zuurstof worden meegenomen of een stof waaruit
zuurstof gemaakt kan worden.
Kaliumsuperoxide (KO2) is een vaste stof die bij ontleding zuurstof levert.
Kaliumsuperoxide bestaat uit K+ ionen en O2– ionen.
12p
Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een O2– ion?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal elektronen: …
Bij de ontleding van kaliumsuperoxide ontstaan zuurstof en kaliumoxide.
Per dag verbruikt een astronaut gemiddeld 1,5 kg zuurstof.
23p
Geef de reactievergelijking voor de ontleding van kaliumsuperoxide.
34p
Bereken hoeveel kg kaliumsuperoxide nodig is om een astronaut tijdens een ruimtereis van
30 dagen van zuurstof te voorzien.
Carolien heeft gelezen dat het gebruik van kaliumsuperoxide een bijkomend voordeel heeft.
Het kaliumoxide dat ontstaat, reageert met het uitgeademde koolstofdioxide. Bij deze
reactie ontstaat kaliumcarbonaat.
Carolien wil met een proefje aantonen dat kaliumoxide met koolstofdioxide reageert.
Tussen kaliumoxide en kaliumcarbonaat kan Carolien geen verschil zien, want het zijn
beide witte vaste stoffen.
42p
Beschrijf een proefje waarmee Carolien kan aantonen dat kaliumoxide reageert met
koolstofdioxide. Vermeld daarbij de gebruikte stoffen, de handelingen en de waarneming
die gedaan wordt als kaliumoxide inderdaad met koolstofdioxide reageert.

opgave 2Halonen

Stof A behoort tot de zogenoemde halonen.
H Br F C C Cl F H stof A
Om de halonen van elkaar te onderscheiden kan men gebruik maken van een triviale naam
die bestaat uit het woord HALON gevolgd door 4 cijfers.
52p
Geef deze triviale naam van stof A. Gebruik daarbij informatie uit Binas-tabel 103A.
Noteer je antwoord als volgt:
Stof A: HALON-....
63p
Geef de systematische naam van stof A.
Er zijn nog vier stoffen die dezelfde molecuulformule hebben als stof A.
74p
Geef de structuurformules van deze vier isomeren van stof A.

opgave 3Chitine

Afval blijkt soms waardevolle verbindingen te bevatten. Zo bestaan garnalendoppen en
kreeftenschalen voor een groot deel uit chitine, een biopolymeer met opmerkelijke
eigenschappen. In Japan, waar veel schaaldieren worden gegeten, worden chitine en het
daarvan afgeleide chitosan in allerlei producten verwerkt.
Chitine is een voorbeeld van een polysacharide. Een deel van de structuurformule van een
chitinemolecuul staat vereenvoudigd weergegeven in Binas-tabel 67A.
Chitine is opgebouwd uit één soort monosachariden.
82p
Geef de structuurformule van dit monosacharide. Geef de ringstructuur op dezelfde manier
weer als in Binas-tabel 67A is gedaan.
92p
Geef de molecuulformule van dit monosacharide.
De garnalendoppen en kreeftenschalen bestaan naast chitine voornamelijk uit
calciumcarbonaat en eiwitten. De winning van chitine begint met het malen van de
garnalendoppen en kreeftenschalen.
In een reactor worden de eiwitten uit het poeder volledig gehydrolyseerd.
Bij de volledige hydrolyse van de eiwitten ontstaan stoffen zoals alanine en glycine.
103p
Geef de naam en de algemene structuurformule van de groep stoffen, waartoe alanine en
glycine behoren.
Noteer je antwoord als volgt:
naam groep stoffen:...
algemene structuurformule: …
Na verwijdering van de bij de hydrolyse ontstane stoffen en van het calciumcarbonaat houdt
men zuiver chitine over.
De chitine wordt door toevoeging van een overmaat geconcentreerd natronloog omgezet in
chitosan. Deze reactie kan schematisch als volgt worden weergegeven:
chitine + hydroxide-ionen chitosan + ionen X
Een deel van de structuurformule van een chitosanmolecuul staat hieronder vereenvoudigd
weergegeven:
CH OH N 2 O OH H H H H N H H N N H H CH OH 2 O O OH O OH O OH O O O CH OH CH OH 2 2
112p
Geef de structuurformule van het ion X.

opgave 4Afvalwaterzuivering

tekst- 1 Veel industrieel afvalwater bevat verdund zwavelzuur. Meestal wordt dit afvalwater
fragment 2 gezuiverd door toevoeging van kalk (calciumhydroxide). Bij de reactie die optreedt slaat
3 het sulfaat (SO42–) als gips neer. Dit is een eenvoudig proces, dat weinig investering
4 vereist. Het wordt al tientallen jaren toegepast. Het produceert water met een
5 voorspelbare kwaliteit. De behandeling met kalk levert echter een grote hoeveelheid
6 “drab” op waaruit het water moeilijk verwijderd kan worden. De kosten hiervoor zijn
7 relatief hoog. Voorts is het effect van de behandeling met kalk relatief klein, daar de
8 sulfaatconcentratie niet onder 1500 mg per liter gebracht kan worden. Aan lozing van
9 sulfaathoudend afvalwater worden steeds strengere eisen gesteld. In de Verenigde
10 Staten is voorgesteld dat de sulfaatconcentratie in gezuiverd water maximaal
11 500 mg per liter mag zijn.
12 Het zogenoemde THIOPAQ-proces voor het verwijderen van sulfaat is een nieuw
13 biologisch proces waarbij sulfaat onder invloed van bacteriën in twee stappen wordt
14 omgezet in zwavel. Het volume van de hierbij geproduceerde zwaveldrab is 6 tot 10
15 maal kleiner in vergelijking met de ontstane drab bij de behandeling met kalk. Verder
16 kunnen sulfaatconcentraties lager dan 500 mg per liter worden bereikt.
17 Het THIOPAQ-proces vindt in twee afzonderlijke bioreactoren plaats. Vanuit een
18 mengtank wordt het afvalwater in de eerste reactor geleid. Hier wordt een reductor
19 (CH2O) toegevoegd die het sulfaat omzet in sulfide. Vervolgens wordt in de tweede
20 reactor met behulp van zuurstof het sulfide omgezet in zwavel. Daarna wordt in een
21 scheidingsruimte de vaste zwavel afgescheiden. Een deel van de licht basische
22 vloeistofstroom die overblijft na verwijdering van de zwavel, wordt gerecirculeerd om de
23 inhoud van de mengtank te neutraliseren. De rest van deze vloeistof wordt geloosd. De
24 afgescheiden zwavel wordt door de chemische industrie gebruikt als grondstof.
naar: www.paques.nl/tech/water2.htm
Toevoegen van kalk (calciumhydroxide) aan industrieel afvalwater dat verontreinigd is door
zwavelzuur, heeft twee functies. De hydroxide-ionen neutraliseren het zuur en de
calciumionen slaan neer met de sulfaationen. De vaste stof (de regels 2 en 3) die hierbij
ontstaat, is een hydraat.
122p
Geef de formule van dit hydraat. Maak hierbij gebruik van tabel 103A uit Binas.
Het is niet mogelijk om met behulp van calciumhydroxide alle sulfaationen uit het
afvalwater te verwijderen. Zelfs bij gebruik van overmaat kalk blijft toch nog een relatief
grote hoeveelheid opgelost sulfaat in het afvalwater over.
131p
Noem een gegeven uit Binas waaruit dit afgeleid kan worden.
De vergelijkingen van de halfreacties die in de eerste reactor (reactor 1) plaatsvinden (de
regels 18 en 19) kunnen als volgt worden weergegeven:
Oxidator: SO42– + 8 H+ + 8 e^– S2– + 4 H2O
Reductor: CH2O + H2O CO2 + 4 H+ + 4 e–
143p
Geef de vergelijking van de totale redoxreactie die in reactor 1 plaatsvindt.
152p
Geef van de redoxreactie die in de tweede reactor plaatsvindt (de regels 19 en 20) de
vergelijkingen van de halfreacties. Noteer je antwoord als volgt:
halfreactie reductor: …
halfreactie oxidator: …
161p
Noem een scheidingsmethode die geschikt is om de zwavel af te scheiden (regel 21).
Het totale THIOPAQ-proces (de regels 17 tot en met 24) kan in een blokschema worden
weergegeven. Hieronder is een deel van dit blokschema weergegeven. De reactoren 1 en 2,
de scheidingsruimte en de stofstromen zijn aangegeven. Op de plaatsen A, B, C, D en E
ontbreken de namen van de volgende stofstromen:
koolstofdioxide, licht basisch sulfaatarm water, reductor (CH2O), zwavel, zuurstof.
A B sulfaatrijk schei- industrieel afvalwater meng- reactor reactor A dings- tank 1 2 ruimte C D E
173p
Welke naam hoort bij welke letter in het blokschema?
Noteer je antwoord als volgt:
A = …
B = …
C = …
D = …
E = …
Het THIOPAQ-proces wordt toegepast bij een fabriek in Emmen die kunstvezels
produceert. De installatie verwerkt per uur 40 m3 afvalwater dat 2,0 g sulfaat per liter bevat.
Hierbij wordt per uur 60 kg sulfaat uit het afvalwater verwijderd.
182p
Bereken hoeveel massaprocent van het sulfaat uit het afvalwater van de fabriek in Emmen
wordt verwijderd met behulp van het THIOPAQ-proces.
193p
Bereken hoeveel kg zwavel per uur ontstaat bij de zuivering van het afvalwater van de
fabriek in Emmen. Neem aan dat al het verwijderde sulfaat wordt omgezet in zwavel.
Een nieuw te bouwen fabriek zal als afvalwater verdund zwavelzuur produceren. De directie
wil een keuze maken uit de twee zuiveringsprocessen die in het tekstfragment worden
genoemd. Beide processen hebben zowel voor- als nadelen.
201p
Geef aan de hand van gegevens uit de tekst een argument om te kiezen voor het kalkproces.
212p
Geef aan de hand van gegevens uit de tekst twee argumenten om te kiezen voor het
THIOPAQ-proces.

opgave 5CO-detector

Bij onvoldoende luchttoevoer kan bij verbranding van aardgas het giftige koolstofmono-oxide ontstaan.
→ Geef de vergelijking voor de onvolledige verbranding van methaan. Neem daarbij aan dat hierbij uitsluitend koolstofmono-oxide en water ontstaan. Om vergiftiging door koolstofmono-oxide te voorkomen, zijn verschillende CO-detectoren ontwikkeld. In het onderstaande tekstfragment wordt de werking…

→ Geef de vergelijking voor de onvolledige verbranding van methaan. Neem daarbij aan dat hierbij uitsluitend koolstofmono-oxide en water ontstaan. Om vergiftiging door koolstofmono-oxide te voorkomen, zijn verschillende CO-detectoren ontwikkeld. In het onderstaande tekstfragment wordt de werking van zo’n detector uitgelegd. tekst- fragment CO-detector Deze CO-detector bestaat uit een stukje plastic waarop een hoeveelheid oranje kristallen is geplakt. Daar omheen is een ring afgedrukt met dezelfde oranje kleur. De oranje kristallen worden donker wanneer koolstofmono-oxide aanwezig is. Het is de bedoeling om deze detector naast b.v. een geiser te plakken. De formule van de stof met de oranje kleur is PdCl 2 . 2H 2 O. In aanwezigheid van CO treedt een redoxreactie op waarbij het donkergrijze palladium (Pd) ontstaat: CO + PdCl 2 . 2H 2 O CO 2 + Pd + 2 HCl + H 2 O In de kristallen is ook een hoeveelheid koper(II)chloride aanwezig. Wanneer de detector weer in aanraking komt met lucht waarin geen koolstofmono-oxide aanwezig is, reageert het koper(II)chloride met het palladium. Daarbij ontstaat o.a. koper(I)chloride: Pd + 2 CuCl 2 . 2H 2 O PdCl 2 . 2H 2 O + 2 CuCl + 2 H 2 O Koper(I)chloride reageert tenslotte met zuurstof uit de lucht, waarbij het koper(II)chloride wordt teruggevormd: 2 CuCl + 2 HCl + 3 H 2 O + ½ O 2 2 CuCl 2 . 2H 2 O naar: Education in Chemistry De reactie van CO met PdCl 2 . 2H 2 O is een redoxreactie waarbij de palladiumdeeltjes van lading veranderen.

→ Bepaal aan de hand van de ladingsverandering of de palladiumdeeltjes in PdCl 2 . 2H 2 O bij deze reactie oxidator of reductor zijn. Noteer je antwoord als volgt: de lading van de palladiumdeeltjes in PdCl 2 . 2H 2 O voor de pijl: … de lading van de palladiumdeeltjes in Pd na de pijl: … de…

→ Bepaal aan de hand van de ladingsverandering of de palladiumdeeltjes in PdCl 2 . 2H 2 O bij deze reactie oxidator of reductor zijn. Noteer je antwoord als volgt: de lading van de palladiumdeeltjes in PdCl 2 . 2H 2 O voor de pijl: … de lading van de palladiumdeeltjes in Pd na de pijl: … de palladiumdeeltjes in PdCl 2 . 2H 2 O zijn dus ... Door het optellen van de drie reactievergelijkingen uit het tekstfragment is het mogelijk één vergelijking af te leiden voor het totale proces dat in de detector heeft plaatsgevonden.

→ Geef de vergelijking van het totale proces dat in de detector heeft plaatsgevonden.
De CO-detectie met de palladiumchloridekristallen geeft geen informatie over de concentratie van koolstofmono-oxide. Er zijn ook apparaten waarmee de concentratie wel kan worden gemeten. Een bepaald type apparaat om de concentratie van koolstofmono-oxide te bepalen, maakt gebruik van een…

De CO-detectie met de palladiumchloridekristallen geeft geen informatie over de concentratie van koolstofmono-oxide. Er zijn ook apparaten waarmee de concentratie wel kan worden gemeten. Een bepaald type apparaat om de concentratie van koolstofmono-oxide te bepalen, maakt gebruik van een elektrochemische cel. Wanneer de lucht koolstofmono-oxide bevat, vinden in deze cel de volgende twee halfreacties plaats: bij elektrode A: CO + H 2 O CO 2 + 2 H + + 2 e – bij elektrode B: O 2 + 4 H + + 4 e – 2 H 2 O Door het optreden van deze halfreacties ontstaat een elektronenstroom.

→ Loopt de elektronenstroom van elektrode A naar elektrode B of van elektrode B naar elektrode A? Geef een verklaring voor je antwoord. De concentratie van koolstofmono-oxide bepaalt de grootte van de elektronenstroom. Daardoor kan op het apparaat de concentratie worden afgelezen. In een bepaalde…

→ Loopt de elektronenstroom van elektrode A naar elektrode B of van elektrode B naar elektrode A? Geef een verklaring voor je antwoord. De concentratie van koolstofmono-oxide bepaalt de grootte van de elektronenstroom. Daardoor kan op het apparaat de concentratie worden afgelezen. In een bepaalde garage geeft het apparaat aan dat de concentratie van koolstofmono-oxide 0,37 mmol m – 3 is.

→ Is de MAC-waarde voor koolstofmono-oxide in deze garage overschreden? Geef een verklaring voor je antwoord.

opgave 6Rubber

In de chemische industrie wordt ethanol gebruikt als grondstof voor de productie van
1,3-butadieen. Wanneer ethanoldamp bij ongeveer 450 °C in contact gebracht wordt met
een mengsel van aluminiumoxide en zinkoxide, treedt de volgende evenwichtsreactie op:
2 C2H5OH C4H6 + 2 H2O + H2
271p
Welke functie heeft het mengsel van aluminiumoxide en zinkoxide?
283p
Geef de evenwichtsvoorwaarde voor bovenstaand homogeen evenwicht.
Bij een experiment wordt uitgegaan van 80 mol ethanoldamp. In het evenwichtsmengsel
blijkt 9,0 mol 1,3-butadieen aanwezig te zijn.
292p
Bereken hoeveel procent van het ethanol is omgezet.
Men gebruikt 1,3-butadieen als grondstof voor een soort rubber.
Samir vraagt zich af of in dit rubber nog dubbele bindingen aanwezig zijn.
303p
Beschrijf een proefje waarmee Samir kan onderzoeken of in dit rubber dubbele bindingen
aanwezig zijn. Vermeld daarbij de gebruikte stoffen, de handelingen, de mogelijke
waarneming(en) en de conclusies die uit de waarneming(en) getrokken kunnen worden.
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.

opgave 7Betadine

In de loop van de tijd zijn verschillende middelen ontwikkeld om wonden te ontsmetten.
Een bekend middel is Betadine, een bruin gekleurde vloeistof.
Het werkzame bestanddeel van Betadine is povidonjood, dat in deze opgave wordt
weergegeven met PVD-I2. Dit is een zogenoemd complex waarin het jood gebonden is aan
het polymeer polyvinylpyrrolidon (PVD). Een stukje uit het midden van de
structuurformule van polyvinylpyrrolidon kan als volgt worden weergegeven:
H H H H H H C C C C C C H H H C H NNOO C H NNOO C H 4 6 4 6 4 6
figuur 1
312p
Geef de structuurformule van het monomeer waaruit polyvinylpyrrolidon is opgebouwd.
Gebruik hierbij de notatie C4H6NO zoals in figuur 1.
De werking van Betadine berust op geleidelijk uit povidonjood vrijkomend jood dat geen
pijn veroorzaakt bij contact met de huid. In de oplossing heeft zich het volgende evenwicht
ingesteld:
PVD-I_2 PVD + I2
322p
Geef aan wat hier bedoeld wordt met evenwicht.
Dionne heeft een experiment uitgevoerd om het aantal gram jood te bepalen dat aanwezig is
in een druppelflesje (30 mL) Betadine. Zij heeft bepaald hoeveel druppels Betadine nodig
zijn om precies 10,0 mL 0,015 M natriumthiosulfaat (een oplossing waarin Na+ en S2O32–
ionen voorkomen) om te zetten. Bij deze bepaling reageren de S2O32– ionen met I2.
Povidon-jood reageert niet met een natriumthiosulfaatoplossing. Toch wordt bij het
experiment van Dionne de totale hoeveelheid jood in Betadine bepaald, zowel de
hoeveelheid die gebonden is in PVD-I2 als de hoeveelheid die ongebonden is.
332p
Leg dit uit aan de hand van het gegeven evenwicht.
Het blijkt dat 63 druppels Betadine nodig zijn om precies 10,0 mL 0,015 M
natriumthiosulfaat om te zetten. Dionne heeft ook bepaald dat 58 druppels Betadine een
volume hebben van 2,0 mL.
De reactie tussen I2 en de oplossing met S2O32– ionen is een redoxreactie.
343p
Geef de vergelijkingen van de halfreacties en de totaalvergelijking van deze redoxreactie.
354p
Bereken, met behulp van de resultaten van Dionne, het totale aantal gram jood in 30 mL
Betadine.
√(Einde)
Lees verder