bronnen

Eindexamen scheikunde havo 2022, tijdvak 1

opgave 1Hexaan uit cellulose

Wereldwijd is er een toenemende aandacht voor het maken van
biobrandstoffen uit biomassa. Gelet op duurzaamheid verdient het
verbranden van biobrandstoffen de voorkeur boven het verbranden van
fossiele brandstoffen. Zo draagt bijvoorbeeld het verbranden van fossiele
brandstoffen meer bij aan het versterkt broeikaseffect dan het verbranden
van biobrandstoffen.
12p
Leg uit dat het verbranden van fossiele brandstoffen een grotere bijdrage
levert aan het versterkt broeikaseffect dan het verbranden van
biobrandstoffen.
Biomassa bestaat voor een groot deel uit cellulose. Onderzoekers hebben
ontdekt dat cellulose kan worden omgezet tot hexaan. Dit experiment is
vereenvoudigd weergegeven in figuur 1. Een kleine reactor werd gevuld
met water, dodecaan (C12H26), cellulose, twee verschillende katalysatoren
en waterstof (figuur 1a). Het reactiemengsel werd vervolgens gedurende
een aantal uren verwarmd, terwijl het krachtig werd geroerd (figuur 1b).
Na het experiment werd het reactiemengsel geanalyseerd.
figuur 1
figuur 1
Tijdens het experiment wordt eerst cellulose gehydrolyseerd tot glucose.
Vervolgens wordt glucose door een reactie met waterstof omgezet tot
hexaan (C6H14) en water. Na de reactie mengt het gevormde hexaan zich
met de laag dodecaan (zie figuur 1c).
Cellulose is een polysacharide die uitsluitend is opgebouwd uit
glucose-eenheden. Op de uitwerkbijlage is de vergelijking van de
hydrolyse van het uiteinde van een cellulosemolecuul onvolledig
weergegeven.
23puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage de reactievergelijking compleet van de
hydrolyse van het uiteinde van het gegeven cellulosemolecuul.
− Laat hierbij twee losse moleculen glucose afsplitsen.
− Gebruik structuurformules.
33p
Geef de vergelijking in molecuulformules van de reactie van glucose met
waterstof tot hexaan en water.
De vloeistoffen water en dodecaan (C12H26) mengen niet goed (zie
figuur 1a en 1c).
42p
Geef hiervoor een verklaring aan de hand van de formule van dodecaan.
Bij een experiment werd 0,50 g cellulose in een mengsel van water,
dodecaan, waterstof en de twee katalysatoren gebracht. Het ontstane
mengsel werd gedurende 12,0 uur geroerd bij een temperatuur van
190 °C. Na 12,0 uur was 2,56·10–3 mol hexaan gevormd.
53p
Bereken de gemiddelde reactiesnelheid, in mol per L water per seconde,
waarmee hexaan werd gevormd gedurende de reactietijd van 12,0 uur.
− Neem aan dat bij dit experiment 9,5 mL water is gebruikt.
− Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Als de temperatuur bij dit experiment hoger zou zijn dan 190 °C, zouden
behalve hexaan ook isomeren van hexaan ontstaan.
62p
Geef de structuurformules van twee isomeren van hexaan.

opgave 2Power-to-ammonia

Wind-energie en zonne-energie kunnen nog niet grootschalig worden
opgeslagen in Nederland. Daardoor kunnen deze duurzame
energievormen, wanneer er veel wind of zon is, niet altijd optimaal benut
worden. Op de Technische Universiteit Delft is onderzoek gedaan naar de
mogelijkheid om de energie-overschotten op te slaan in de vorm van
ammoniak (NH3). Deze manier van energieopslag wordt het
‘power-to-ammonia’-proces genoemd en bestaat uit vier stappen:
Stap 1: in een waterstoffabriek worden wind-energie en zonne-energie
gebruikt om water door middel van elektrolyse om te zetten tot
waterstof en zuurstof.
Stap 2: in een luchtscheider wordt stikstof gescheiden van de overige
gassen die in lucht voorkomen.
Stap 3: in een ammoniakfabriek reageert waterstof vervolgens met
stikstof tot ammoniakgas.
Stap 4: ammoniakgas wordt vloeibaar gemaakt en daarna opgeslagen
in tanks.
In figuur 1 is het power-to-ammonia-proces met een vereenvoudigd
blokschema weergegeven.
figuur 1
figuur 1
72p
Geef de vergelijking van de vorming van ammoniakgas (stap 3).
82p
Beschrijf op microniveau het vloeibaar worden van ammoniakgas.
In tijden waarin te weinig elektriciteit kan worden opgewekt uit zon of wind
kan de opgeslagen ammoniak weer worden omgezet tot energie, door de
ammoniak als brandstof te gebruiken in elektriciteitscentrales.
Dit verloopt als volgt:
Stap 5: vloeibare ammoniak wordt gasvormig gemaakt.
Stap 6: ammoniakgas wordt onder gecontroleerde omstandigheden
verbrand tot stikstof en water in een daarvoor geschikte
elektriciteitscentrale.
In figuur 2 is het gehele proces met een vereenvoudigd blokschema
weergegeven.
figuur 2
figuur 2
92p
Leg uit of gasmengsel X (stap 2) in plaats van gas Y gebruikt kan worden
om de gewenste stoffen in stap 6 te produceren.
Stap 6 vindt plaats onder gecontroleerde omstandigheden, waardoor
minder ongewenste bijproducten ontstaan. Deze stap kan netto worden
weergegeven met de volgende vergelijking:
4 NH3 (g) + 3 O2 (g) → 2 N2 (g) + 6 H2O (l)
(reactie 1)
De reactiewarmte van reactie 1 is –3,83∙105 J per mol NH3.
101p
Geef de formule van een ongewenst bijproduct dat zou kunnen ontstaan
bij verbranding van ammoniakgas.
113p
Laat met een berekening zien dat de reactiewarmte van reactie 1 gelijk is
aan –3,83∙105 J per mol NH3. Gebruik Binas-tabel 57 of
ScienceData-tabel 9.2.
In Nederland verbruikt een gemiddeld huishouden per jaar 3,3∙10 kWh
(kilowattuur) aan elektriciteit.
124p
Bereken hoeveel kg ammoniak moet worden verbrand om 3,3∙10 kWh
aan elektriciteit op te wekken. Gebruik hierbij onder andere de volgende
gegevens:
1,0 kWh = 3,6∙10 J.
− 60 procent van de reactiewarmte van reactie 1 wordt omgezet in
elektriciteit.
Waterstof die in stap 1 ontstaat, zou in principe ook als brandstof voor
een elektriciteitscentrale kunnen dienen. Toch geeft men kennelijk de
voorkeur aan vloeibare ammoniak boven vloeibare waterstof om
overtollige wind- en zonne-energie in op te slaan.
132p
Noem een voordeel van het gebruik van vloeibare ammoniak ten opzichte
van het gebruik van vloeibare waterstof voor dit doeleinde. Licht je
antwoord toe.
Ga verder op de volgende pagina.

opgave 3Goede wijn

Wijn kan bederven doordat stoffen in de wijn door micro-organismen
worden omgezet. Wijn kan bijvoorbeeld zuur gaan smaken doordat
azijnzuurbacteriën, die in wijn aanwezig zijn, ethanol omzetten tot
azijnzuur (C2H4O2). De reactie die daarbij optreedt, is een redoxreactie
waarbij ethanol als reductor reageert.
143p
Geef de vergelijking in molecuulformules van de halfreactie waarbij
ethanol met water wordt omgezet tot azijnzuur en H+-ionen.
Aan wijn wordt vaak ‘sulfiet’ toegevoegd, waarmee onder meer oxidatie,
kleur en bacteriegroei tijdens het maken van de wijn worden beïnvloed.
De naam sulfiet wordt gebruikt om een aantal zwavelhoudende
verbindingen aan te duiden.
De toegestane hoeveelheid sulfiet in wijn is wettelijk geregeld. Een witte
wijn bijvoorbeeld, mag maximaal 200 mg sulfiet per liter bevatten.
152p
Bereken of een persoon die 65 kg weegt door het drinken van twee
glazen witte wijn de ADI-waarde van sulfiet overschrijdt.
Neem aan dat:
− de ADI-waarde van sulfiet 0,70 mg per kg lichaamsgewicht is;
− een glas 120 mL witte wijn bevat;
− de witte wijn 200 mg sulfiet per liter bevat;
− de persoon behalve het sulfiet uit twee glazen witte wijn, geen ander
sulfiet binnenkrijgt.
Omdat sulfiet in verband wordt gebracht met gezondheidsklachten,
worden alternatieven onderzocht. Een van deze alternatieven is het
gebruik van chitosan. Chitosan is een vaste stof die wordt gemaakt door
een reactie van chitine met natronloog. In figuur 1 op de volgende
bladzijde is de structuurformule van een fragment chitine (fragment-a) en
een mogelijke structuurformule van een fragment chitosan (fragment-b)
weergegeven.
Bij de reactie van chitine met natronloog worden acetaationen (CH3COO–)
afgesplitst, waarbij NH2-groepen worden gevormd. De
reactieomstandigheden bepalen het aantal acetaationen dat van de
chitinemoleculen wordt afgesplitst, en daarmee het gemiddelde aantal
NH2-groepen dat per molecuul chitosan wordt gevormd.
figuur 1
fragment-a
(chitine)
figuur 1
fragment-b
(chitosan)
figuur bij de opgave
De reactie waarbij het fragment chitine (fragment-a) met natronloog wordt
omgezet tot het fragment chitosan (fragment-b), kan schematisch worden
weergegeven als:
fragment-a + … X → fragment-b + … CH3COO–
Deze vergelijking is nog onvolledig: twee coëfficiënten en één formule (X)
ontbreken.
162p
Neem de onvolledige vergelijking over en vul de ontbrekende gegevens
aan.
Als de reactie wordt stopgezet zijn nog niet alle mogelijke NH2-groepen
gevormd.
172p
Geef twee mogelijke veranderingen in de reactieomstandigheden
waardoor de gevormde moleculen chitosan gemiddeld meer NH2-groepen
kunnen bevatten. Ga ervan uit dat:
− de hoeveelheid chitine steeds gelijk is;
− de reactie telkens wordt stopgezet na dezelfde reactietijd.
Wijn bestaat voornamelijk uit water, en heeft een pH van ongeveer 3,5.
183p
Bereken hoeveel mol H+ is opgelost in 220 L wijn met pH = 3,5.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Bij een pH van 3,5 worden de
NH2-groepen in de moleculen chitosan
omgezet tot NH3+-groepen. Door de
vorming van NH3+-groepen wordt
chitosan oplosbaar in wijn. Om te
voorkomen dat het oplost in wijn, wordt
chitosan vooraf behandeld met
genipine. De structuurformule van
figuur bij de opgave
genipine is hiernaast weergegeven.
Genipine is een ester.
192p
Geef de structuurformule van de alcohol waaruit door verestering genipine
kan worden gevormd.
In figuur 2 is schematisch en vereenvoudigd de structuur weergegeven
van chitosan dat is behandeld met genipine. De ketens van chitosan zijn
in dit stukje verbonden met twee genipine-eenheden, die met G zijn
weergegeven.
figuur 2
figuur 2
202p
Leg uit waarom de oplosbaarheid van chitosan in wijn wordt verlaagd door
binding met genipine.
De antibacteriële werking van chitosan blijkt onder meer veroorzaakt te
worden doordat chitosan ijzerionen bindt. IJzerionen zijn van nature in
wijn aanwezig en spelen een rol in het functioneren van bepaalde
enzymen van de azijnzuurbacteriën. Een enzym is een biokatalysator.
212p
Geef twee eigenschappen van een enzym die kenmerkend zijn voor het
functioneren ervan.
Ga verder op de volgende pagina.

opgave 4NLES

Natriumlaurylethersulfaat (NLES) is een synthetische zeep die wordt
toegepast in textielwasmiddelen en in shampoos. NLES is opgebouwd uit
natriumionen en laurylethersulfaat-ionen (LES–-ionen).
NLES is oplosbaar in water. De reinigende werking van NLES berust op
de structuur van LES–-ionen. In figuur 1 zijn de structuurformule
(figuur 1a), de ion-formule (figuur 1b) en de schematische notatie van het
LES–-ion (figuur 1c) weergegeven.
figuur 1
figuur 1
In figuur 2 is de reinigende werking van NLES schematisch weergegeven:
− Een groepje vuilmoleculen dat aanwezig is op een textielvezel wordt
omringd door LES–-ionen (figuur 2a).
− Het ‘vuil-LES–-deeltje’ dat daarbij ontstaat, laat vervolgens los van de
textielvezel en gaat tussen de watermoleculen zitten (figuur 2b).
figuur 2
figuur 2
222p
Geef de naam van het type binding dat in figuur 2b gevormd is tussen de
vuilmoleculen en de LES–-ionen. Licht je antwoord toe op microniveau.
NLES kan worden geproduceerd uit palmpitolie. Bij de productie van
NLES wordt uit palmpitolie eerst dodecaan-1-ol (C12H25OH) gemaakt.
Dodecaan-1-ol wordt vervolgens omgezet tot NLES. In figuur 3 zijn de
stappen van de productie van dodecaan-1-ol vereenvoudigd in een
blokschema weergegeven.
figuur 3
figuur 3
Stap 1: palmpitolie wordt gehydrolyseerd tot vetzuren en glycerol,
waarbij de glycerol wordt afgescheiden.
Stap 2: de vetzuren worden vervolgens met methanol omgezet tot
esters en water. De ontstane waterlaag wordt afgevoerd.
Stap 3: de esters worden met waterstof omgezet tot alcoholen,
waaronder dodecaan-1-ol en methanol. De methanol wordt
direct afgescheiden.
Stap 4: dodecaan-1-ol wordt vervolgens gescheiden van de resterende
alcoholen.
In figuur 4 is een voorbeeld van een vet dat in palmpitolie voorkomt in
structuurformule weergegeven.
figuur 4
figuur 4
Bij de hydrolyse van dit vet (stap 1) ontstaan glycerol, dodecaanzuur
(C12H24O2) en één ander vetzuur.
232p
Geef de structuurformule van dit andere vetzuur.
Geef het koolwaterstofgedeelte op dezelfde wijze weer als in figuur 4.
De scheiding in stap 4 vindt plaats op basis van verschil in kookpunt.
241p
Geef de naam van de scheidingsmethode die wordt gebruikt in stap 4.
Uitgaande van figuur 3 is het aannemelijk dat bepaalde stoffen worden
gerecirculeerd.
251p
Geef de naam van een van deze stoffen en vermeld de recirculatie.
Noteer je antwoord als volgt:
De stof … wordt na stap … teruggevoerd naar stap ….
Dodecaan-1-ol wordt vervolgens omgezet tot NLES. Dit is met een
onvolledig blokschema weergegeven in figuur 5.
figuur 5
figuur 5
Stap 5: dodecaan-1-ol reageert met etheenoxide tot lauryletheralcohol
volgens C12H25OH + 3 C2H4O → C12H25(OC2H4)3OH.
Stap 6: lauryletheralcohol reageert met zwaveltrioxide tot
laurylethersulfonzuur (C12H25(OC2H4)3OSO3H).
Stap 7: laurylethersulfonzuur wordt met een natriumhydroxide-oplossing
omgezet tot een oplossing van NLES.
De reactor waarin stap 5 plaatsvindt, wordt op een constante temperatuur
gehouden.
262p
Geef aan of de reactie van stap 5 endotherm of exotherm is. Licht je
antwoord toe met een gegeven uit figuur 5.
De vergelijking van de omzetting van laurylethersulfonzuur (stap 7) is als
volgt: C12H25(OC2H4)3OSO3H + OH– → C12H25(OC2H4)3OSO3– + H2O
272p
Leg uit, aan de hand van formules in deze vergelijking, dat deze
omzetting van laurylethersulfonzuur een zuur-basereactie is.
283p
Bereken hoeveel ton palmpitolie minimaal nodig is voor de productie van
1,0 ton NLES.
Gebruik de volgende gegevens:
1,0 ton = 1,0∙10 kg.
− De molaire massa van NLES is 421 g mol–1.
− Uit 2,0 mol palmpitolie ontstaat 3,0 mol NLES.
− De (gemiddelde) molaire massa van palmpitolie is 710 g mol–1.

opgave 5Nordic gold

De munten van 10, 20 en 50 eurocent zijn gemaakt van ‘Nordic gold’. Dit materiaal is een legering van koper, aluminium, zink en tin. In tabel 1 staan enkele gegevens van de atoomsoorten in Nordic gold. tabel 1 massapercentage symbool in Nordic gold (%) atoommassa (u)
Bereken de molverhouding Cu : Al in Nordic gold. − Ga in je berekening uit van 100 g Nordic gold. − Noteer de uitkomst als Cu : Al = … : 1,0. Nordic gold heeft een specifieke samenstelling en daarmee een specifiek elektrische-geleidingsvermogen. Het elektrische-geleidingsvermogen kan gebruikt…

Bereken de molverhouding Cu : Al in Nordic gold. − Ga in je berekening uit van 100 g Nordic gold. − Noteer de uitkomst als Cu : Al = … : 1,0. Nordic gold heeft een specifieke samenstelling en daarmee een specifiek elektrische-geleidingsvermogen. Het elektrische-geleidingsvermogen kan gebruikt worden voor de herkenning van munten in muntgeldautomaten. Dit geleidingsvermogen is een gevolg van de aanwezigheid van beweeglijke geladen deeltjes.

Geef de naam van de beweeglijke geladen deeltjes in Nordic gold.
Nordic gold is harder en moeilijker vervormbaar dan zuiver koper. Dit wordt onder andere veroorzaakt door de microstructuur van Nordic gold. De hardheid wordt bepaald door de atoomdiameter van de toegevoegde metaalatomen. De invloed van de tin-atomen en de zink-atomen op de hardheid is weergegeven…

Nordic gold is harder en moeilijker vervormbaar dan zuiver koper. Dit wordt onder andere veroorzaakt door de microstructuur van Nordic gold. De hardheid wordt bepaald door de atoomdiameter van de toegevoegde metaalatomen. De invloed van de tin-atomen en de zink-atomen op de hardheid is weergegeven in figuur 1a. Ook is schematisch weergegeven hoe een Sn -atoom en een Zn -atoom zich tussen de Cu -atomen bevinden (figuur 1b). figuur 1 In figuur 1b is de invloed van de atoomdiameter van de toegevoegde metaalatomen op het rooster te zien. De atomen zijn met streepjes verbonden. Dit is echter een onjuiste weergave van het type binding tussen de atomen in Nordic gold. De streepjes in figuur 1b zijn geen echte bindingsstreepjes zoals die worden gebruikt in structuurformules van moleculaire stoffen, maar ze geven wel een interactie weer tussen de atomen waaruit deze legering is samengesteld.

Geef de naam van het bindingstype dat in structuurformules van moleculaire stoffen wordt weergegeven met een bindingsstreepje en geef de naam van het bindingstype dat aanwezig is in Nordic gold. Noteer je antwoord als volgt: bindingstype bindingsstreepje in structuurformules: … bindingstype in…

Geef de naam van het bindingstype dat in structuurformules van moleculaire stoffen wordt weergegeven met een bindingsstreepje en geef de naam van het bindingstype dat aanwezig is in Nordic gold. Noteer je antwoord als volgt: bindingstype bindingsstreepje in structuurformules: … bindingstype in Nordic gold: … Een van de lijnen I , II en III in figuur 1a geeft de invloed van aluminiumatomen op de hardheid van een koperlegering weer.

Leg uit, met behulp van de gegeven atoomdiameters in tabel 1 en met figuur 1, welke lijn ( I , II of III ) de invloed van de aluminiumatomen op de hardheid van een koperlegering kan weergeven. Laat eventuele interacties tussen Al- , Zn- en Sn -atomen buiten beschouwing. Let op: de laatste vragen…

Leg uit, met behulp van de gegeven atoomdiameters in tabel 1 en met figuur 1, welke lijn ( I , II of III ) de invloed van de aluminiumatomen op de hardheid van een koperlegering kan weergeven. Laat eventuele interacties tussen Al- , Zn- en Sn -atomen buiten beschouwing. Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.

Aan het oppervlak van de munten kan corrosie plaatsvinden, waardoor geoxideerd koper in de vorm van koper( I )oxide ( Cu 2 O ) en geoxideerd aluminium (aluminiumoxide) kunnen ontstaan. Doordat aluminium minder edel is dan koper oxideert het eerder dan koper. Geoxideerd aluminium beperkt de…

Aan het oppervlak van de munten kan corrosie plaatsvinden, waardoor geoxideerd koper in de vorm van koper( I )oxide ( Cu 2 O ) en geoxideerd aluminium (aluminiumoxide) kunnen ontstaan. Doordat aluminium minder edel is dan koper oxideert het eerder dan koper. Geoxideerd aluminium beperkt de corrosiegevoeligheid van Nordic gold.

Geef aan waardoor geoxideerd aluminium de corrosiegevoeligheid van Nordic gold beperkt.
Geef aan of voor de omzetting van koper tot Cu 2 O een oxidator of een reductor nodig is. Licht je antwoord toe aan de hand van het verschil tussen de koperdeeltjes in koper en de koperdeeltjes in Cu 2 O . Koperlegeringen hebben een antibacteriële werking, die onder meer veroorzaakt wordt door de…

Geef aan of voor de omzetting van koper tot Cu 2 O een oxidator of een reductor nodig is. Licht je antwoord toe aan de hand van het verschil tussen de koperdeeltjes in koper en de koperdeeltjes in Cu 2 O . Koperlegeringen hebben een antibacteriële werking, die onder meer veroorzaakt wordt door de volgende twee reacties: 2 Cu + + 2 H + + O 2 → 2 Cu 2+ + H 2 O 2 2 Cu 2+ + 2 R -SH → 2 Cu + + R -S-S- R + 2 H + Waterstofperoxide ( H 2 O 2 ), dat ontstaan is bij reactie 1, beschadigt de celmembranen van bacteriën. Bij reactie 1 ontstaan ook Cu 2+ - ionen. Cu 2+ - ionen reageren met de SH -groepen in eiwitten van bacteriën (reactie 2). In de vergelijking van deze reactie is het eiwit weergegeven met R- SH . Uiteindelijk sterven bacteriën als gevolg van de opgelopen schade.

Geef het aantal protonen en het aantal elektronen in een Cu 2+ -ion. Noteer je antwoord als volgt: aantal protonen: … aantal elektronen: …
Geef de naam van de aminozuureenheid die kan reageren volgens reactie 2. Maak gebruik van Binas-tabel 67H1 of ScienceData-tabel 13.7c.
Tel reacties 1 en 2 bij elkaar op en licht toe uit dat uit de totale reactie blijkt dat de Cu + - ionen niet opraken. Neem aan dat uitsluitend de reacties 1 en 2 plaatsvinden. Bronvermelding Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij…

Tel reacties 1 en 2 bij elkaar op en licht toe uit dat uit de totale reactie blijkt dat de Cu + - ionen niet opraken. Neem aan dat uitsluitend de reacties 1 en 2 plaatsvinden. 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.