opgave 1Plastic Hero
Begin 2009 is de campagne Plastic Hero van start gegaan.
Het doel van deze campagne is meer plastic verpakkingsafval
efficiënt te recyclen.
Het verzamelde plastic kan een nieuw leven krijgen als
grondstof voor producten zoals fleecekleding, speelgoed en
mobiele telefoons. Ook komt door recycling minder afval in
verbrandingsovens terecht, waardoor de CO2 uitstoot wordt
beperkt.
Plastic Hero spoort aan om plastic afval gescheiden van
ander huishoudelijk afval in te zamelen. Dit plastic afval
wordt naar een sorteerstation gebracht, waar de plastics
op soort worden gescheiden.
Een veel gebruikt soort plastic voor verpakkingen is polyetheen. Van polyetheen
worden bijvoorbeeld plastic draagtassen en knijpflessen gemaakt.
Polyetheen wordt gevormd door polymerisatie van etheen. Etheen wordt als
bijproduct in de aardolie-industrie verkregen wanneer alkanen uit
aardoliefracties in een bepaald proces worden bewerkt. In dit proces worden
alkanen met grote moleculen omgezet tot alkanen met kleinere moleculen.
11pHoe wordt dit proces in de aardolie-industrie genoemd?
Een ander soort plastic is polypropeen, waarvan onder andere yoghurtbekers en
bloempotten worden gemaakt. Polypropeen wordt gevormd door polymerisatie
van propeen.
23pTeken een stukje uit het midden van de structuurformule van polypropeen. In het
getekende stukje moeten drie monomeereenheden zijn verwerkt.
De recyclebare plastics worden per soort vermalen tot korrels. Deze korrels
worden gesmolten, in een vorm geperst en afgekoeld. Wanneer korrels
polyetheen worden gesmolten, wordt een bepaald type binding verbroken.
31pGeef de naam van dit type binding.
Wegwerpkoffiebekertjes worden gemaakt van polystyreen. Polystyreen wordt
gevormd door polymerisatie van styreen. De structuurformule van styreen kan
als volgt worden weergegeven:
Door plastic te recyclen in plaats van te verbranden, wordt de CO2 uitstoot
verminderd.
41pHoeveel koolstofdioxidemoleculen ontstaan per monomeereenheid van
polystyreen bij de volledige verbranding van polystyreen? De formule van de
monomeereenheid van polystyreen is C8H8.
53pBereken hoeveel dm3 koolstofdioxide ontstaat bij de volledige verbranding van
50 wegwerpbekertjes.
Ga er bij de berekening van uit dat de bekertjes volledig uit polystyreen bestaan
en maak gebruik van de volgende gegevens:
− een wegwerpbekertje weegt 2,8 gram;
− de molaire massa van de monomeereenheid van polystyreen bedraagt
104,1 g mol–1;
− het volume van een mol CO2 is 24,5 dm3.
opgave 2Aluminium vormen
tekstfragment 1
Australiërs maken snel aluminium vormen uit poeder
Er bestaan talloze manieren om aluminium voorwerpen te maken, bijvoorbeeld
door gesmolten aluminium in een mal te gieten, een vorm in een dunne plaat te
drukken of een blok van het metaal te bewerken met een scherp voorwerp.
Allemaal zijn ze bewerkelijk, tijdrovend en daardoor duur.
Een meer recente methode maakt gebruik van fijn aluminiumpoeder dat,
gemengd met gesmolten plastic, in een mal wordt gegoten. Het plastic wordt
daarna weggebrand. Het is echter moeilijk om in dat geval de juiste vorm te
handhaven: waar het plastic verdwijnt, ontstaat ruimte waardoor het aluminium
enigszins ‘inklinkt’.
Twee onderzoekers van de universiteit van Queensland in Australië hebben
daar nu wat op gevonden. Terwijl ze bij een temperatuur van 500 tot 600 graden
Celsius het plastic wegbranden, zorgen ze er tegelijkertijd voor dat de
aluminiumpoederdeeltjes aan elkaar vast gaan zitten. Hierdoor ontstaat een
stevig skelet en blijft de oorspronkelijke vorm behouden. Als
‘lijm
’ dient een
verbinding van aluminium en stikstof. Deze stof, aluminiumnitride (AlN), kan
zich echter uitsluitend vormen in afwezigheid van zuurstof. Daarom voegden de
Australiërs een beetje magnesium aan het aluminiumpoeder toe. Aluminium en
magnesium reageren allebei met zuurstof, maar magnesium doet dit beter. Door
de reactie met magnesium wordt de zuurstof weggevangen. Vervolgens reageert
het aluminium met stikstof, dat continu wordt doorgeleid, en wordt de benodigde
lijm
’ gevormd.
Als zich op deze manier eenmaal een skelet heeft gevormd, moeten alleen nog
de holtes tussen de oorspronkelijke aluminiumdeeltjes worden opgevuld. Dat
gebeurt door een mengsel van aluminium met een beetje silicium te smelten en
dit in de holtes te laten doordringen.
naar: NRC Handelsblad
Hieronder is het beschreven proces schematisch weergegeven:
62pIs het gebruikte plastic een thermoharder of een thermoplast? Licht je antwoord
toe met een gegeven uit het tekstfragment.
De zuurstof wordt weggevangen (regel 19) doordat het magnesium reageert met
zuurstof tot magnesiumoxide.
72pGeef de vergelijking van deze reactie.
82pLeg uit waarom magnesium ‘beter’ met zuurstof reageert dan aluminium (regels
17 en 18). Verwijs daarbij naar een gegeven uit een tabel in Binas.
Het gebruikte mengsel van aluminium en silicium (regel 24) bevat 12% silicium.
In deze specifieke verhouding gedraagt het mengsel zich als één stof met een
eigen smeltpunt. Het smeltpunt van het gegeven Al/Si-mengsel is 853 K.
92pLeg uit waarom de holtes niet met zuiver aluminium opgevuld kunnen worden,
en wel met het Al/Si-mengsel. Noem hierbij een gegeven uit een tabel in Binas.
Laat bij het beantwoorden van deze vraag de aanwezigheid van het
aluminiumnitride buiten beschouwing.
opgave 4Rodekoolsap
Rodekoolsap geeft aan een zure oplossing een andere kleur dan aan een
basische oplossing en kan daardoor gebruikt worden als zuur-base-indicator.
Van zuur naar basisch verandert de kleur geleidelijk. Hieronder wordt de
kleurschaal voor rodekoolsap schematisch weergegeven.
Kleur rood paarsrood paars
naar: www.braukaiser.com
Tim maakt rodekoolsap. Hij neemt een paar bladeren van een rode kool en
snijdt deze in kleine stukjes, doet deze stukjes in een bekerglas en voegt water
toe. Hij laat het mengsel tien minuten zachtjes koken. Nadat het mengsel is
afgekoeld, schenkt Tim het door een zeef en vangt het sap op.
162pGeef de namen van de twee scheidingsmethoden die Tim gebruikt bij de
bereiding van het rodekoolsap.
Met het rodekoolsap voert Tim drie proeven uit.
Proef A: Tim doet 5 mL 0,2 M zoutzuur in een reageerbuis, voegt een paar
druppels rodekoolsap toe en schudt.
Proef B: Tim doet 5 mL 0,2 M azijnzuur in een reageerbuis, voegt een paar
druppels rodekoolsap toe en schudt. Hij vergelijkt de kleur die de
oplossing krijgt met de kleur bij proef A.
Proef C: Tim neemt een reageerbuis en doet hier een spatelpuntje
bariumhydroxide in. Hij voegt 5 mL water toe en schudt tot al het
bariumhydroxide is opgelost. Tim voegt een paar druppels rodekoolsap
toe, schudt en bekijkt de kleur. Vervolgens doet Tim deze oplossing in
een groot bekerglas en voegt water toe totdat de kleur van de oplossing
verandert.
171pBereken de pH van het mengsel dat ontstaat bij proef A. Neem hierbij aan dat
het toevoegen van rodekoolsap geen invloed heeft op de pH.
182pLeg uit waardoor bij proef B een andere kleur ontstaat dan bij proef A.
192pGeef de vergelijking voor het oplossen van bariumhydroxide.
202pLeg uit welke kleurverandering Tim waargenomen kan hebben bij proef C.
Geef je antwoord als volgt:
De kleur verandert van … naar …, omdat …
opgave 5Synthesegas
Onderstaande bewerking van een artikel gaat over de productie van
synthesegas.
tekstfragment 1
1 In de chemische industrie wordt synthesegas gebruikt als grondstof voor 2 producten als methanol en vloeibare koolwaterstoffen zoals diesel. Synthesegas 3 is een mengsel van koolstofmono-oxide en waterstof. 4 Synthesegas werd vroeger gemaakt door methaan met stoom te laten reageren 5 bij hoge temperatuur en druk (methode 1). De reactie is behoorlijk endotherm 6 waardoor het proces erg duur is. 7 Men zocht naar goedkopere manieren om synthesegas te produceren. 8 Gedeeltelijke oxidatie van methaan met zuurstof onder invloed van een 9 geschikte katalysator is zo’n alternatief (methode 2). Een nadeel van dit proces 10 is dat zuivere zuurstof gebruikt moet worden. 11 Henny Bouwmeester van de Universiteit Twente heeft samen met collega’s van 12 de University of Science and Technology of China een nieuwe methode 13 ontwikkeld. Hierbij wordt de zuurstof voor de vorming van synthesegas direct uit 14 de lucht gehaald (methode 3). naar: NRC Handelsblad
213pGeef de vergelijking van de reactie waarbij synthesegas wordt omgezet tot
methanol.
222pVerklaar waarom een endotherm proces duur is (regels 5 en 6).
Bij de tweede methode wordt zuivere zuurstof verkregen door lucht zodanig te
behandelen dat een mengsel overblijft van zuurstof, stikstof en argon.
Dit gasmengsel koelt men vervolgens af totdat het vloeibaar is geworden. Door
het mengsel daarna langzaam op te warmen, wordt zuivere vloeibare zuurstof
verkregen.
232pGeef de temperatuurgrenzen aan waarbinnen zuivere vloeibare zuurstof
verkregen wordt, wanneer het vloeibaar gemaakte gasmengsel (met een
temperatuur van 70 K) wordt opgewarmd. Maak voor de beantwoording gebruik
van gegevens uit Binas en neem aan dat het proces plaatsvindt bij p = p0.
Bouwmeester en zijn collega’s hebben de resultaten van hun onderzoek
(aangaande methode 3 uit tekstfragment 1) beschreven in een artikel. Een deel
van dat artikel is op de volgende bladzijde samengevat en bewerkt
weergegeven.
tekstfragment 2
Voor de vorming van synthesegas uit methaan, waarbij geen zuivere zuurstof nodig is, wordt gebruik gemaakt van een buisreactor die hieronder schematisch is weergegeven. O 2 CO H O CH 4 2 2 CO H 2 CH 4 keramisch membraan katalysator II met katalysator I In het eerste deel van de buis bevindt zich een keramisch membraan. Aan de buitenkant van dit membraan worden de zuurstofmoleculen uit de lucht omgezet tot oxide-ionen: O + 4 e– → 2 O2– (stap 1a) 2 De O2– ionen verplaatsen zich door het membraan naar de binnenkant van het membraan. Daar reageren ze met behulp van de katalysator Co O met een 3 4 deel van het methaan tot koolstofdioxide en water, volgens: CH + 4 O2– → CO + 2 H O + 8 e– (stap 1b) 4 2 2 In het tweede deel van de buis reageert een deel van het overgebleven methaan met het aanwezige CO tot synthesegas. (stap 2) 2 De rest van het methaan reageert met het aanwezige water ook tot synthesegas. (stap 3)
gebruikt die bestaat uit 12,5 massa% Ni en voor de rest uit Al2O3.
Tot nu toe is het proces alleen op laboratoriumschaal uitgeprobeerd: de
buisreactor is slechts enkele centimeters lang. Voor schaalvergroting is verder
onderzoek noodzakelijk.
naar: Angewandte Chemie
242pLeid af in welke molverhouding Co2+ en Co3+ voorkomen in de katalysator
Co3O4. Geef een verklaring voor je antwoord.
Noteer je antwoord als volgt:
Co2+: Co3+ = …: …, want …
252pLeid uit de vergelijkingen van beide halfreacties de vergelijking af van de totale
reactie die plaatsvindt in het eerste deel van de buis.
In het tweede deel van de buis wordt ook een katalysator gebruikt.
264pBereken de verhouding tussen het aantal mol nikkelatomen en het aantal mol
aluminiumionen in deze katalysator. Noteer je uitkomst als volgt:
aantal mol Ni: aantal mol Al3+ = 1,00: …
273pGeef de vergelijking van de reactie van stap 2 en de vergelijking van de reactie
van stap 3.
Noteer je antwoord als volgt:
reactievergelijking van stap 2: …
reactievergelijking van stap 3: …
In tekstfragment 1 (regel 7) wordt gesuggereerd dat methode 1 duurder is dan
de nieuw ontwikkelde methode 3. Uit tekstfragment 2 kan worden opgemaakt dat
dit niet het geval hoeft te zijn.
282pGeef een mogelijke reden waarom methode 3 goedkoper kan zijn dan
methode 1 en geef ook een mogelijke reden waarom dit niet het geval hoeft te
zijn.
opgave 6Blaasstenen
Smokey, de kat van Joep, is ziek. Hij gaat met het beestje naar de dierenarts,
waar hij te horen krijgt dat Smokey last heeft van blaasstenen. Blaasstenen
kunnen onder andere ontstaan wanneer bepaalde zouten neerslaan in de blaas,
meestal doordat de concentratie van de betreffende ionen in de urine te hoog is.
Soms is het mogelijk met een aangepast dieet deze blaasstenen weer te laten
verdwijnen. Blaasstenen kunnen bestaan uit cystine, calciumoxalaat of struviet.
Cystine is geen zout, maar ontstaat uit het aminozuur cysteïne (Cys). De
formule van Cys kan worden weergegeven als C3H6NO2–SH.
Wanneer de concentratie Cys in de blaas te hoog wordt, reageren de moleculen
Cys tot moleculen cystine. Blaasstenen die bestaan uit cystine zijn niet te
behandelen met een dieet, maar moeten operatief worden verwijderd.
Hieronder staat de onvolledige vergelijking van de halfreactie voor de vorming
van cystine uit Cys.
C3H6NO2– SH → C3H6NO2–S–S–C3H6NO2 + H+
In de vergelijking van deze reactie zijn e– en de coëfficiënten weggelaten.
292pNeem de vergelijking over, zet e– aan de juiste kant van de pijl en maak de
vergelijking kloppend.
302pLeg uit of cysteïne bij deze reactie oxidator of reductor is.
312pLeg uit dat een dieet met weinig eiwitten kan helpen om een cystine bevattende
blaassteen te voorkomen.
Calciumoxalaat-blaasstenen komen bij katten gelukkig weinig voor.
Deze blaasstenen bestaan meestal uit calciumoxalaatmonohydraat,
calciumoxalaatdihydraat of een mengsel van beide. Ze moeten ook operatief
verwijderd worden.
324pGeef de vergelijking van de vorming van calciumoxalaatdihydraat uit een
oplossing van calciumionen en oxalaationen (C2O42–). Vermeld ook de
toestandsaanduidingen.
Bij katten bestaan blaasstenen meestal uit struviet (MgNH4PO4). Struviet is een
slecht oplosbaar zout dat bestaat uit magnesium-, ammonium- en fosfaationen.
Een blaassteentje met een diameter van 1,0 mm (en een volume van 0,52 mm3)
kan bij een kater al problemen geven.
333pBereken het aantal mol struviet in een blaassteentje met een volume van
0,52 mm3. De dichtheid van struviet is 1,7 g cm–3.
Voor de kat van Joep viel het mee: het waren hele kleine steentjes (gruis) en ze
bestonden uit struviet. Struvietsteentjes kunnen worden behandeld met een
speciaal dieet dat de urine enigszins zuur maakt. Door de verlaagde pH stelt
zich in de blaas een evenwicht in, dat kan worden weergegeven met
onderstaande vergelijking:
MgNH
4PO
Mg
2+ (aq) + NH
4+ (aq) + H2PO
4– (aq) 342pLeg uit welke ionsoort in struviet reageert als base.
352pLeg uit dat, wanneer het dieet lang genoeg wordt gevolgd, de blaassteentjes
kleiner worden en uiteindelijk verdwijnen.
362pLeg met het botsende-deeltjes-model uit dat door het volgen van het dieet een
bepaalde massa blaasgruis sneller verdwijnt dan dezelfde massa in grotere
blaasstenen.
Bronvermelding
Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen
behorende correctievoorschrift, dat na afloop van het examen wordt gepubliceerd.
![Bereken de [OH – ] bij pH 9,4 (298 K). Schuimmiddelen hebben als functie de tandpasta over de gehele mond te verdelen en het schoonmaakeffect te vergroten. Een veel gebruikt schuimmiddel is natriumlaurylsulfaat ( C 12 H 25 OSO 3 Na ). De opgeloste laurylsulfaationen ( C 12 H 25 OSO 3 – ) zorgen…](fx/veilig-o3-p06-152-1e85ac37.webp)
