bronnen

Eindexamen scheikunde havo 2016, tijdvak 2

opgave 1Kiwi-kwarktaart

Hiske wil haar vader verrassen met een heerlijke kwarktaart met kiwi. Deze kwarktaart maakt zij met behulp van een kant-en-klaarpakket, dat een ‘bodemmix’ en een ‘taartmix’ bevat. Met de taartmix, kwark, slagroom en water maakt Hiske een luchtig mengsel dat zij op de taartbodem schenkt. Ze plaatst…

Hiske wil haar vader verrassen met een heerlijke kwarktaart met kiwi. Deze kwarktaart maakt zij met behulp van een kant-en-klaarpakket, dat een ‘bodemmix’ en een ‘taartmix’ bevat. Met de taartmix, kwark, slagroom en water maakt Hiske een luchtig mengsel dat zij op de taartbodem schenkt. Ze plaatst de taart vervolgens in de koelkast om op te stijven. Net voor het serveren versiert ze de taart met plakjes kiwi. In het kwarkmengsel wordt slagroom gebruikt. Slagroom is een emulsie van voornamelijk water en vet. Ook is een stof aanwezig die dit mengsel stabiel houdt (ontmengen voorkomt). Een molecuul van een vet dat in slagroom kan voorkomen is in figuur 1 in structuurformule weergegeven. In dit molecuul is een molecuul glycerol veresterd met een molecuul oliezuur, een molecuul palmitinezuur en één ander molecuul. figuur 1 H O C C 17 H 33 H O O C C 15 H 31 H O O C C 5 H 11

Geef de systematische naam van het andere molecuul.
Licht toe dat in slagroom, behalve water en vet, een stof aanwezig is die ontmengen voorkomt. Geef je toelichting op macroniveau met behulp van de begrippen hydrofiel, hydrofoob en het begrip dat voor dit type stof gebruikt wordt. De taartmix bevat gelatine. Gelatine is in water oplosbaar en…

Licht toe dat in slagroom, behalve water en vet, een stof aanwezig is die ontmengen voorkomt. Geef je toelichting op macroniveau met behulp van de begrippen hydrofiel, hydrofoob en het begrip dat voor dit type stof gebruikt wordt. De taartmix bevat gelatine. Gelatine is in water oplosbaar en bestaat uit eiwitten. Bij dalende temperatuur vormen de eiwitmoleculen met behulp van waterstofbruggen een netwerkachtige structuur. Daarbij worden andere stoffen in het kwarkmengsel ingesloten en ontstaat een stevig geheel.

De fabrikant van het kant-en-klaarpakket waarschuwt dat verse kiwi niet door het kwarkmengsel moet worden geroerd. De taart kan dan niet opstijven en zal bovendien bitter gaan smaken. Kiwi bevat namelijk het enzym actinidase, dat vrijkomt wanneer verse kiwi wordt gesneden of gepureerd. Dit enzym…

De fabrikant van het kant-en-klaarpakket waarschuwt dat verse kiwi niet door het kwarkmengsel moet worden geroerd. De taart kan dan niet opstijven en zal bovendien bitter gaan smaken. Kiwi bevat namelijk het enzym actinidase, dat vrijkomt wanneer verse kiwi wordt gesneden of gepureerd. Dit enzym verbreekt peptidebindingen in eiwitten.

Leg uit dat actinidase ervoor zorgt dat de taart niet opstijft. Kwark en slagroom bevatten eiwitten, zoals het eiwit caseïne. Daaruit kunnen door actinidase aminozuren worden afgesplitst. Sommige aminozuren, zoals valine, hebben een bittere smaak. In figuur 2 is de structuurformule van het uiteinde…

Leg uit dat actinidase ervoor zorgt dat de taart niet opstijft. Kwark en slagroom bevatten eiwitten, zoals het eiwit caseïne. Daaruit kunnen door actinidase aminozuren worden afgesplitst. Sommige aminozuren, zoals valine, hebben een bittere smaak. In figuur 2 is de structuurformule van het uiteinde van een molecuul caseïne weergegeven. In dit eiwitfragment komen de aminozuren isoleucine en valine voor. Bij de hydrolyse van de peptidebinding tussen deze twee aminozuren ontstaat het bitter smakende valine. figuur 2 Op de uitwerkbijlage is dit eiwitfragment nogmaals weergegeven.

Maak op de uitwerkbijlage de vergelijking af van de hydrolyse waarbij uitsluitend het bitter smakende valine wordt afgesplitst. Gebruik daarbij structuurformules voor de organische verbindingen.

opgave 2Wijn zonder droesem

In wijn kan bij lage temperaturen een bezinksel ontstaan dat ‘droesem’
wordt genoemd. Droesem bestaat voornamelijk uit onopgeloste zouten
zoals kaliumwaterstoftartraat en calciumtartraat. Deze stoffen worden
gevormd uit wijnsteenzuur (C4H6O6) dat in de wijn aanwezig is. De
structuurformule van wijnsteenzuur is weergegeven in figuur 1. Een
molecuul wijnsteenzuur kan in oplossing achtereenvolgens twee H+ ionen
afstaan, waarbij eerst het waterstoftartraation en vervolgens het
tartraation ontstaat.
figuur 1
HO OH H O
C C C C O H OH OH
52p
Geef aan, aan de hand van de structuurformule van wijnsteenzuur, dat
wijnsteenzuur goed oplosbaar is in water. Licht je antwoord toe op
microniveau.
61p
Geef de verhoudingsformule van calciumtartraat.
73p
Leg uit aan de hand van een berekening dat calciumtartraat behoort tot de
slecht oplosbare zouten. Gebruik hierbij de informatie over het begrip
‘slecht oplosbaar’ uit Binas-tabel 45A. Neem aan dat de oplosbaarheid
van calciumtartraat 0,38 g L–1 is.
Om droesemvorming te voorkomen, moeten de ionen waaruit de droesem
kan ontstaan, worden verwijderd uit de wijn. Hiervoor kan men de wijn
behandelen door middel van elektrodialyse. Bij dit proces stroomt de wijn
tussen twee typen membranen, terwijl aan de andere kant van elk
membraan water stroomt. Een membraan is een dun vlies dat twee
ruimtes van elkaar scheidt. Haaks op de stroomrichting van de vloeistof is
een verschil in spanning aangelegd. Hierdoor verplaatsen de ionen zich
door de membranen vanuit de wijn naar het water zoals vereenvoudigd is
weergegeven in figuur 2. In deze figuur is een gedeelte uit het midden van
een lange serie aaneengeschakelde cellen weergegeven.
figuur 2
droesemvrije wijn afvalwater K+ K+ Ca2+ Ca2+ + - pool T2- T2- HT- HT- water wijn Legenda: wijn T2- = tartraation water HT- = waterstoftartraation membraan type I membraan type II
82p
Leg uit aan de hand van figuur 2 dat de twee typen membranen niet
identiek kunnen zijn.
Tijdens de elektrodialyse volgt men het proces door regelmatig het
geleidingsvermogen van de wijn te meten. Wanneer daaruit blijkt dat
droesemvorming voldoende is voorkomen, stopt men de elektrodialyse.
92p
Leg uit waarom de afname van het elektrisch geleidingsvermogen
aangeeft dat minder droesemvorming zal plaatsvinden.

opgave 3Kunsttranen

Traanvocht beschermt het oogoppervlak tegen
uitdroging. Een tekort aan traanvocht kan een pijnlijk
en branderig gevoel veroorzaken. Deze symptomen
kunnen worden bestreden met kunstmatig traanvocht
uit een druppelflesje, de zogenoemde kunsttranen.
figuur 1
Kunsttranen bevatten een bevochtigingsmiddel dat het
eigen traanvocht dikker maakt en uitdroging van het hoornvlies voorkomt.
Als bevochtingingsmiddel worden carbomeren gebruikt. Carbomeren zijn
stoffen die worden gevormd door additiepolymerisatie van acrylzuur met
een stof die voor dwarsverbindingen zorgt, een zogenoemde crosslinker.
Een voorbeeld van een crosslinker die wordt gebruikt bij de productie van
carbomeren is TAPE. De structuurformules van acrylzuur en TAPE,
evenals een schematische weergave van een gedeelte van een mogelijk
carbomeermolecuul, zijn weergegeven in figuur 1.
figuur 1
O R R CH CH C OH 2 R R R R R acrylzuur R R R R R CH 2 CH CH CH 2 R R R CH CH R R R 2 2 R O O R R R CH 2 CH 2 R R R R R crosslink C R R R CH 2 CH 2 R R R R R R R O O crosslink R R R R CH CH 2 2 R CH 2 CH CH CH 2 R R R…

O R R CH CH C OH 2 R R R R R acrylzuur R R R R R CH 2 CH CH CH 2 R R R CH CH R R R 2 2 R O O R R R CH 2 CH 2 R R R R R crosslink C R R R CH 2 CH 2 R R R R R R R O O crosslink R R R R CH CH 2 2 R CH 2 CH CH CH 2 R R R R TAPE carbomeer (R = carboxylgroep)

103p
Geef in structuurformule een gedeelte weer van een additiepolymeer van
acrylzuur. Het weergegeven gedeelte moet komen uit het midden van de
polymeerketen en moet bestaan uit drie acrylzuureenheden.
112p
Leg uit dat crosslinks ontstaan wanneer polymerisatie optreedt in een
mengsel van acrylzuur en TAPE.
Een bepaald soort kunsttranen wordt gemaakt uit een mengsel dat
voornamelijk uit water en een klein beetje carbomeer bestaat. Dit mengsel
heeft echter een te hoge concentratie H+ ionen (pH = 3,7) om in de ogen te
druppelen. Daarom is aan het mengsel ook natriumhydroxide toegevoegd,
zodat de pH van de kunsttranen gelijk is aan de pH van natuurlijk
traanvocht (pH = 7,3).
121p
Geef een reden waarom natriumhydroxide geschikt is voor gebruik in
deze kunsttranen.
132p
Bereken de [H+] in een vloeistof met pH = 3,7.
Bij pH = 7,3 is het merendeel van de carboxylgroepen omgezet tot
‘carboxylaat’groepen (R–). Het carbomeer zwelt daardoor op. Het
waterbindend vermogen van het geïoniseerde carbomeer is hoger dan
wanneer dit carbomeer carboxylgroepen bevat. In figuur 2 is een gedeelte
van een geïoniseerd carbomeerdeeltje in een zoutoplossing schematisch
weergegeven.
figuur 2
+ + + + - - O O R - - + R R C - R + R - R - + - R - R R - detailweergave + - R cccrrrooossssssllliiinnnkkk - + R + - R + + R - R - - + positief ion + R crosslink + + O R - C O -
In het opgezwollen carbomeer zijn de carboxylaatgroepen gehydrateerd.
Op de uitwerkbijlage is de detailweergave uit figuur 2 nogmaals
weergegeven.
142puitwerkbijlage
Teken op de uitwerkbijlage hoe een caboxylaatgroep gehydrateerd wordt
door twee watermoleculen. Geef elk watermolecuul in structuurformule
weer.
152p
Leg uit of een carbomeer minder, evenveel of meer zal opzwellen bij
pH = 7,3 wanneer bij een gelijkblijvende hoeveelheid acrylzuur meer
crosslinker is gebruikt.

opgave 4Hybrideauto

Hybrideauto’s zijn uitgerust met zowel een benzine- als een elektromotor.
Afhankelijk van de rijomstandigheden wordt de auto aangedreven door de
elektromotor, door de benzinemotor of door beide motoren tegelijkertijd.
De benzinemotor wordt aangedreven door de verbranding van benzine.
Een batterij levert de elektrische energie die nodig is om de elektromotor
aan te drijven. De combinatie van deze twee motoren zorgt ervoor, dat het
benzineverbruik van een hybrideauto lager is dan van een benzineauto.
Hierdoor is de uitstoot van CO2 door de hybrideauto lager en komen er
ook minder andere ongewenste stoffen vrij.
162p
Noem twee andere ongewenste stoffen die kunnen ontstaan bij de
verbranding van benzine in de benzinemotor.
Een voorbeeld van een hybrideauto is de Toyota Prius. Om aan te geven
hoe ‘schoon’ deze auto is, geeft Toyota de volgende tabel met gegevens
over het benzineverbruik en de CO2 uitstoot.
Verbruik CO2

opgave 54,0 92

L/100 km g/km
174p
Laat door middel van een berekening zien, dat deze waarden met elkaar
overeenkomen. Gebruik voor benzine de formule C7H12, en ga uit van de
volgende gegevens:
− de dichtheid van benzine is 0,72 kg per liter;
− per mol benzine ontstaat 7 mol CO2.
In de Toyota Prius is de batterij een nikkel-metaalhydride-batterij, afgekort
NiMH-batterij. De ene elektrode (A) van de NiMH-batterij is gemaakt van
nikkel-oxyhydroxide, NiO(OH). De andere elektrode (B) bestaat uit een
metaalhydride. Het metaalhydride wordt weergegeven met MH.
De elektrolyt in een NiMH-batterij is een KOH-oplossing.
Wanneer de batterij stroom levert, vinden in de NiMH-batterij de
volgende halfreacties plaats:
elektrode A: NiO(OH) + H2O + e– → Ni(OH)2 + OH–
elektrode B: MH + OH– → H2O + M + e–
182p
Leid af wat de lading is van de nikkelionen in NiO(OH).
Neem aan dat NiO(OH) bestaat uit nikkelionen en twee soorten negatieve
ionen.
192p
Is elektrode B de positieve of de negatieve elektrode van de
NiMH-batterij? Motiveer je antwoord.
In een handleiding van de Toyota Prius staat onder andere de volgende
informatie:
Bij afnemende snelheid, zoals bij afremmen, zet de auto
bewegingsenergie om in elektrische energie waarmee de batterij wordt
opgeladen.
202p
Geef de vergelijking van de totale reactie die optreedt tijdens het opladen
van de NiMH-batterij.

opgave 6Power-to-gas

Windmolens en zonnepanelen produceren soms meer stroom dan via het elektriciteitsnet kan worden afgenomen. Door gebruik te maken van ‘power-to-gas’-techniek kan deze energie worden opgeslagen. De elektrische energie wordt dan omgezet tot chemische energie die in de vorm van een brandbaar gas wordt…

Windmolens en zonnepanelen produceren soms meer stroom dan via het elektriciteitsnet kan worden afgenomen. Door gebruik te maken van ‘power-to-gas’-techniek kan deze energie worden opgeslagen. De elektrische energie wordt dan omgezet tot chemische energie die in de vorm van een brandbaar gas wordt opgeslagen. Deze techniek is in onderstaand tekstfragment beschreven. tekstfragment In het tekstfragment zijn drie chemische processen beschreven: − elektrolyse; − methanisering; − vergassing.

Geef de reactievergelijking van deze elektrolyse (regels 1 en 2).
Geef aan of elektrolyse een endotherm of een exotherm proces is. Licht je antwoord toe aan de hand van een gegeven in het tekstfragment.
Maak op de uitwerkbijlage het energiediagram van de elektrolyse af. Noteer daarin, met de bijbehorende bijschriften, het energieniveau van de geactiveerde toestand en het energieniveau van de reactieproducten. Bij de methanisering (regels 3 tot en met 5) wordt waterstof exotherm omgezet tot methaan…

Maak op de uitwerkbijlage het energiediagram van de elektrolyse af. Noteer daarin, met de bijbehorende bijschriften, het energieniveau van de geactiveerde toestand en het energieniveau van de reactieproducten. Bij de methanisering (regels 3 tot en met 5) wordt waterstof exotherm omgezet tot methaan volgens: 4 H 2 (g) + CO 2 (g) → CH 4 (g) + 2 H 2 O (g)

Bereken voor deze methanisering de reactiewarmte in J per mol H 2 (bij 298 K en p = p 0 ). Maak hierbij gebruik van Binas-tabel 57.
opgave als beeld van het examen
Bereken de E-factor voor deze methanisering. Neem aan dat een rendement van 80% wordt behaald. Bij de vergassing (regels 8 tot en met 10) wordt vaste biomassa bij hoge temperatuur omgezet tot voornamelijk synthesegas. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de productie van vloeibare…

Bereken de E-factor voor deze methanisering. Neem aan dat een rendement van 80% wordt behaald. Bij de vergassing (regels 8 tot en met 10) wordt vaste biomassa bij hoge temperatuur omgezet tot voornamelijk synthesegas. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de productie van vloeibare koolwaterstoffen. Hieronder zijn de processen die zijn beschreven in het tekstfragment, schematisch en vereenvoudigd weergegeven. Dit schema is onvolledig. Bij de stofstromen A t/m G ontbreken de namen. elektriciteitsnet

Geef de ontbrekende namen. Noteer je antwoord als volgt: A : … E : … B : … F : … C : … G : … D : … Bij het power-to-gas-proces wordt waterstof omgezet tot methaan. Beide gassen kunnen dienen als brandstof. Men kan zich afvragen of de methanisering in de context van duurzaamheid wel zinvol is voor…

Geef de ontbrekende namen. Noteer je antwoord als volgt: A : … E : … B : … F : … C : … G : … D : … Bij het power-to-gas-proces wordt waterstof omgezet tot methaan. Beide gassen kunnen dienen als brandstof. Men kan zich afvragen of de methanisering in de context van duurzaamheid wel zinvol is voor de opslag van energie.

Pia stelt dat het duurzamer is om de overtollige energie vast te leggen als H 2 gas. Koen zegt dat het duurzamer is om het H 2 gas te methaniseren. Geef voor allebei een (ander) argument om hun uitspraak te ondersteunen. Noteer je antwoord als volgt: − argument voor Pia: … − argument voor Koen: …

opgave 7Spinazie

Spinazie is een bladgroente met een donkergroene kleur. Deze kleur
wordt vooral veroorzaakt door vier pigmenten: chlorofyl-a, chlorofyl-b,
β-caroteen en luteïne. Verse spinazie bevat 93,0 massaprocent water.
Het overige deel is ‘drooggewicht’. Het gehalte chlorofyl-a is 6,48 gram
per 1,00 kilogram drooggewicht.
283p
Bereken het massa-ppm chlorofyl-a in verse spinazie.
Behalve verse spinazie is ook diepvriesspinazie te koop.
Diepvriesspinazie wordt gemaakt door verse spinazie direct na de oogst
te wassen, te verhitten en in te vriezen. Hierbij kan (een deel van) de
spinazie verkleuren doordat chlorofyl-a en chlorofyl-b omgezet worden tot
feofytine-a en feofytine-b. De kleurverandering hangt af van de
temperatuur en de duur van de warmtebehandeling, maar ook van de pH.
In figuur 1 zijn de structuurformules van chlorofyl-a en feofytine-a
schematisch weergegeven. Met behulp van deze structuurformules is de
reactievergelijking van de omzetting van chlorofyl-a af te leiden. Hierbij
reageert chlorofyl-a met waterstofionen tot feofytine-a en
magnesiumionen.
figuur 1
CH CH H CH 2 3 C CH 3 2 CH 3 - N N H Mg2+ H - N N C 3 CH H 3 H CH 2 H C 2 H C O C O O CH 3 O O C H 20 39
CH CH H CH 2 3 C CH 3 2 CH 3 N N H H H H N N C 3 CH H 3 H CH 2 H C 2 H C O C O O CH 3 O O C H 20 39
chlorofyl-a
feofytine-a
293p
Geef met behulp van figuur 1 de reactievergelijking van de omzetting van
chlorofyl-a tot feofytine-a. Gebruik voor chlorofyl-a de formule
MgC55H72O5N4 (gebruik dus geen structuurformules).
303p
Leg uit met behulp van het botsende-deeltjes-model of spinazie sneller
verkleurt bij pH = 6,8 dan bij pH = 5,5.
Hieronder is een voorschrift weergegeven waarmee door middel van
dunne-laag-chromatografie de aanwezigheid van de pigmenten kan
worden onderzocht.
stap 1 Wrijf een mengsel van 0,50 gram spinazie, 0,50 gram watervrij
magnesiumsulfaat en 1,0 gram zand zo fijn mogelijk.
stap 2 Doe dit mengsel in een reageerbuis. Voeg 2,0 mL aceton toe en
schud stevig.
stap 3 Wacht tot de vaste stof naar de bodem is gezakt.
stap 4 Breng met een pipet een klein beetje van de heldere, groene
vloeistof aan op de startlijn van een dunne-laagplaat.
stap 5 Plaats de dunne-laagplaat in een afsluitbare bak met een laagje
loopvloeistof. Gebruik hiervoor een mengsel van petroleumether,
cyclohexaan, ethylacetaat, aceton en methanol. Sluit de bak.
stap 6 Haal na verloop van tijd de dunne-laagplaat uit de bak en geef
direct met een potlood aan waar het vloeistoffront is gekomen.
Tijdens stap 1 gaan de cellen in de spinazie kapot en komt de celinhoud
vrij. Deze celinhoud bestaat voornamelijk uit water dat met het
magnesiumsulfaat reageert tot het zouthydraat MgSO4.7H2O.
313p
Laat met een berekening zien dat 0,50 gram watervrij magnesiumsulfaat
voldoende is om al het water te binden dat in 0,50 gram verse spinazie
aanwezig is.
Bij stap 2 en bij stap 3 wordt een scheidingsmethode gebruikt.
322p
Noem deze scheidingsmethodes.
Noteer je antwoord als volgt:
stap 2: …
stap 3: …
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
Nick en Simon voeren het voorschrift uit. Ze gebruiken zowel verse
spinazie als diepvriesspinazie. Nadat ze van beide een beetje vloeistof
hebben aangebracht op de startlijn, verkrijgen ze het chromatogram. Dit
chromatogram is afgebeeld in figuur 2. Hierbij zijn de startlijn, het
vloeistoffront en de vlekken van luteïne aangegeven.
figuur 2
I II vloeistoffront luteïne startlijn
332p
Leg uit dat het deel van het chromatogram onder II hoort bij
diepvriesspinazie.
Bij dunne-laagchromatografie wordt het begrip Rf-waarde gebruikt. Onder
de Rf-waarde wordt verstaan:
Rf =
de door de stof afgelegde afstand
afstand tussen startlijn en vloeistoffront
Simon berekent met behulp van het chromatogram de Rf-waarde van
luteïne. Deze Rf-waarde verschilt van de Rf-waarde in
Binas-tabel 73. Dat verbaast Simon helemaal niet. Hij zegt: “De
oplosbaarheid van luteïne in de loopvloeistof is bij onze proef anders.”
Nick zegt: “Dat hoeft niet zo te zijn, de Rf-waarde kan ook anders zijn
doordat een andere stofeigenschap verschilt.”
341p
Geef een argument dat Simon kan gebruiken om zijn uitspraak te
ondersteunen.
352p
Geef aan welk verschil Nick bedoelt en licht je antwoord toe.
Noteer je antwoord als volgt:
verschil: …
toelichting: …