opgave 1Kopergehalte van een munt
Vera heeft een munt die is gemaakt van een koperlegering. Zij onderzoekt
het kopergehalte van de munt. De munt brengt ze in een overmaat
geconcentreerd salpeterzuur. Alle metalen van de legering reageren met
het salpeterzuur en er ontstaat een heldere oplossing. Hieronder is de
vergelijking van de reactie van koper met geconcentreerd salpeterzuur
weergegeven. Dit is een redoxreactie.
Cu (s) + 2 NO3− (aq) + 4 H+ (aq) → Cu2+ (aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O (l)
12pLeg uit, aan de hand van de formules van beide soorten koperdeeltjes in
de reactievergelijking, of Cu de oxidator of de reductor is.
Voor het uitvoeren van dit onderzoek heeft Vera een risicoanalyse
uitgevoerd volgens het GHS-systeem. Er blijkt een aantal
veiligheidszinnen van toepassing op dit experiment, zoals H314 en H330.
22pGeef voor elke van deze veiligheidszinnen aan op welke stof deze van
toepassing is en geef een beschermende maatregel die genomen kan
worden tijdens de uitvoering van dit onderzoek.
Gebruik Binas-tabel 97E of ScienceData-tabel 38.3.
Noteer je antwoord als volgt:
− H314 is van toepassing op de stof: ……… maatregel: ……………
− H330 is van toepassing op de stof: ……… maatregel: ……………
Na afloop van de reactie brengt Vera het reactiemengsel over in een
maatkolf. Ze vult de oplossing aan met water zodat 1,000 L oplossing
ontstaat. Deze lichtblauw gekleurde oplossing wordt verder in deze
opgave ‘muntoplossing’ genoemd. De lichtblauwe kleur wordt veroorzaakt
door gehydrateerde koper(II)ionen die met de formule Cu(H2O)42+ kunnen
worden weergegeven. Uit deze formule blijkt dat elk koper(II)ion is
omringd door vier watermoleculen.
Op de uitwerkbijlage is schematisch een koper(II)ion weergegeven.
32puitwerkbijlageTeken op de uitwerkbijlage een deeltje Cu(H2O)42+.
Ga hierbij uit van het reeds getekende koper(II)ion en geef elk
watermolecuul weer met
.
Vervolgens voegt Vera 1,00 mL muntoplossing, 4,00 mL water en
5,00 mL ammonia bij elkaar in een reageerbuis en mengt deze stoffen
goed. Alle gehydrateerde koper(II)ionen worden omgezet tot
Cu(NH3)42+-ionen. Deze ionen zorgen ervoor dat er een donkerblauwe
oplossing ontstaat. De procedure die Vera heeft gevolgd, is in figuur 1
schematisch weergegeven.
figuur 1
Vera meet met behulp van een zogenoemde colorimeter de
kleurintensiteit van de verkregen donkerblauwe oplossing. De
kleurintensiteit heeft geen eenheid en is een maat voor de concentratie
Cu(NH3)42+-ionen. Ook meet Vera de kleurintensiteit van een aantal
standaardoplossingen met een bekende concentratie Cu(NH3)42+-ionen.
Met behulp van deze laatste metingen maakt zij de ijklijn die in figuur 2 is
weergegeven.
figuur 2
De donkerblauwe oplossing in de reageerbuis van Vera heeft een
kleurintensiteit van 0,29. Met behulp van figuur 2 bepaalt Vera het
kopergehalte van de munt. De oorspronkelijke massa van de munt was
4,07 g.
42pBereken met behulp van figuur 2 het aantal mol Cu(NH3)42+-ionen in de
10,00 mL oplossing in de reageerbuis. Lees de concentratie af in twee
decimalen.
53pBereken het massapercentage koper in de munt.
opgave 2Twee vliegen in één klap
Biogas kan een duurzaam, groen alternatief zijn voor fossiele
brandstoffen. Het hoofdbestanddeel van biogas is methaan. Biogas bevat
ook koolstofdioxide.
62pGeef de structuurformules van koolstofdioxide en methaan.
Omdat biogas vaak te veel koolstofdioxide bevat, moet biogas eerst
behandeld worden. In 2014 hebben Deense onderzoekers een duurzame
methode gepresenteerd om biogas te ontdoen van koolstofdioxide.
In hun experiment, dat op kleine schaal is
uitgevoerd, ‘voeren’ ze koolstofdioxide aan
structuurformule van barnsteenzuur is hiernaast
weergegeven.
Via deze methode wordt biogas verkregen dat gebruikt kan worden voor
het aardgasnet. Daarbij wordt ook een product gemaakt dat als grondstof
gebruikt kan worden in de chemische industrie. Zo sla je twee vliegen in
één klap. De methode is in onderstaand tekstfragment kort beschreven.
tekstfragment
Onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken hebben een biotechnologische manier ontwikkeld om het gehalte methaan in biogas te verhogen. Hierbij wordt een suspensie van bacteriën blootgesteld aan een biogasmengsel van 60 volumeprocent methaan en 5 40 volumeprocent koolstofdioxide. De bacteriën zijn volgens de onderzoekers in staat ‘twee barnsteenzuurmoleculen te maken uit twee koolstofdioxidemoleculen en één glucosemolecuul’. Methaan wordt niet verbruikt en verstoort het proces niet. 10 Om de oplosbaarheid van CO te vergroten wordt de druk verhoogd. 2 Onder deze condities wordt per liter reactorvolume per dag 2,59 dm3 CO 2 omgezet en 14,4 g barnsteenzuur geproduceerd. Het gas dat de suspensie verlaat, bevat ruim 95 volumeprocent methaan. Voor de meeste toepassingen is dat zuiver genoeg. naar: Chemisch2Weekblad
De beschrijving van de reactie die in de regels 6 tot en met 8 wordt
gegeven, is niet volledig.
72pLeg uit, aan de hand van de formules van de betrokken stoffen, of
barnsteenzuur het enige reactieproduct kan zijn.
83pLaat met behulp van een berekening zien dat voor elke mol
koolstofdioxide die wordt verbruikt, één mol barnsteenzuur ontstaat.
Gebruik hierbij:
− gegevens uit de regels 11 en 12;
− het gegeven dat het volume van 1,00 mol koolstofdioxide 21,3 dm3 is.
Barnsteenzuur kan worden gebruikt om PBS te maken. PBS is een
kunststof die wordt gebruikt in de verpakkingsindustrie. PBS wordt
gevormd uit barnsteenzuur en butyleenglycol. Hieronder is een fragment
van PBS weergegeven, bestaande uit twee monomeereenheden van
beide beginstoffen.
PBS
92pGeef de structuurformule van butyleenglycol.
Het barnsteenzuur dat in het beschreven proces wordt gevormd, kan bij
de productie van PBS worden gebruikt in plaats van barnsteenzuur dat uit
aardolie afkomstig is. Dit PBS dat is gevormd uit “groen barnsteenzuur”,
kan dan “groen PBS” worden genoemd.
102pGeef het nummer van een van de uitgangspunten in de groene chemie
dat kan worden gebruikt als argument voor de benaming “groen
barnsteenzuur”.
− Gebruik Binas-tabel 97F of ScienceData-tabel 38.6.
− Licht je antwoord toe.
opgave 3SCR-techniek
In de motor van een dieselauto wordt diesel verbrand.
113pGeef de vergelijking van de volledige verbranding van diesel. Gebruik de
formule C14H30 voor diesel.
De uitlaatgassen van een dieselauto bevatten behalve de
verbrandingsproducten van diesel ook stikstofoxiden (NOx). De uitstoot
van NOx door dieselauto’s draagt in belangrijke mate bij aan de
concentratie van schadelijke NOx in de lucht. NOx heeft onder andere
ongewenste effecten op de luchtkwaliteit.
122pGeef een verklaring voor het ontstaan van NOx in de dieselmotor.
132pNoem twee ongewenste effecten van NOx op de luchtkwaliteit.
Selectieve katalytische reductie (Engels: SCR) is een
technische voorziening in de uitlaat van een dieselauto die
AdBlue
. AdBlue
is een oplossing van ureum (CH
4N2O) in
water. De structuurformule van ureum is hiernaast
weergegeven.
142pLeg uit, aan de hand van de structuurformule van ureum, dat ureum goed
oplosbaar is in water.
In onderstaande figuur is het SCR-systeem vereenvoudigd en
schematisch weergegeven.
figuur
Om NOx te verwijderen, vinden in de uitlaat de volgende processen
plaats:
zone 1: AdBlue
wordt in de uitlaat gespoten en mengt met de hete
uitlaatgassen.
zone 2: Alle ureum in AdBlue
wordt onder invloed van een katalysator
omgezet tot ammoniak en koolstofdioxide volgens:
CH4N2O (s) + H2O (g) → 2 NH3 (g) + CO2 (g) (reactie 1)
zone 3: Met behulp van de SCR-katalysator reageert NOx met
ammoniak tot stikstof en waterdamp.
De gereinigde uitlaatgassen verlaten uiteindelijk de uitlaat.
Reactie 1 is een endotherme reactie. De benodigde warmte hiervoor
wordt geleverd door de hete uitlaatgassen.
153pBereken de reactiewarmte (bij 298 K en p = p0) voor reactie 1 in
J per mol ureum.
− Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2.
− Gebruik voor de vormingswarmte van ureum –3,3∙105 J mol–1.
NOx is een mengsel van voornamelijk stikstofmono-oxide en
stikstofdioxide.
163pGeef de vergelijking van de reactie tussen stikstofdioxide (NO2) en
ammoniak (NH3) in zone 3. Hierbij ontstaan uitsluitend stikstof en
waterdamp.
Een grote dieselvrachtwagen heeft een AdBlue
-tank gevuld met
90 liter AdBlue
. Deze hoeveelheid AdBlue
bevat 3,2∙10
4 gram ureum.
173pBereken na hoeveel km deze vrachtwagen de 90 liter AdBlue
geheel
heeft verbruikt.
Gebruik hierbij de volgende gegevens:
− Voor de omzetting van 1,0 g NOx is 0,86 g ureum nodig.
− 92 massaprocent van de NOx die in de motor ontstaat, wordt in het
SCR-systeem door de reactie met ureum omgezet tot stikstof en
waterdamp.
− 8 massaprocent van de NOx die in de motor ontstaat, wordt via de
uitlaat in de lucht uitgestoten.
− Per km stoot de vrachtwagen 0,50 g NOx via de uitlaat uit in de lucht.
opgave 5Grondstoffen uit spaarlampen
Oude spaarlampen en oude tl-buizen bevatten stoffen die worden
aangeduid met de afkorting HALO. HALO geeft de gewenste kleur aan het
licht. De kleur wordt onder andere bepaald door een klein percentage
antimoonionen (Sb3+) in HALO. Het aantal elektronen (en de verdeling
ervan over de schillen) in de Sb3+-ionen zijn daarbij van belang.
252pLeid het totale aantal elektronen af dat voorkomt in een Sb3+-ion.
Aangezien antimoon hoog staat op de
lijst van elementen die schaars dreigen
te worden, is men op zoek naar
methoden om Sb3+-ionen uit HALO
terug te winnen.
Behalve Sb3+-ionen bevat HALO
fosfaationen en calciumionen die
kunnen worden gebruikt om hydroxy-
apatiet te maken. Hydroxy-apatiet is
een grondstof voor kunstmest.
Onderzoekers hebben daarom een
methode ontwikkeld waarbij uit HALO
twee producten worden verkregen:
antimoonoxide en hydroxy-apatiet.
In deze methode wordt een ionische vloeistof gebruikt. Een ionische
vloeistof is een zout dat vloeibaar is bij lage temperaturen, bijvoorbeeld bij
kamertemperatuur. De gebruikte ionische vloeistof ((C8H17)3CH3NCl)
bestaat uit (C8H17)3CH3N+-ionen en Cl–-ionen. De (C8H17)3CH3N+-ionen
zijn in figuur 1 met een vereenvoudigde structuurformule en op
schematische wijze weergegeven.
figuur 1
vereenvoudigde structuurformule
De vaste stof (C8H17)3CH3NCl heeft een veel lager smeltpunt dan het zout
NaCl. Het verschil in smeltpunt kan verklaard worden aan de hand van de
roosteropbouw van beide stoffen. Een mogelijke roosteropbouw van
(C8H17)3CH3NCl is vereenvoudigd en schematisch weergegeven in
figuur 2.
figuur 2
261pGeef met behulp van een schets de roosteropbouw van NaCl weer.
− Teken acht positieve en acht negatieve ionen.
− Gebruik voor elk positief ion
en voor elk negatief ion
.
273pVerklaar aan de hand van de bindingstypen tussen de samenstellende
deeltjes, dat (C8H17)3CH3NCl een lager smeltpunt heeft dan NaCl.
Noteer je antwoord als volgt:
bindingstype(s) in (C8H17)3CH3NCl: …
bindingstype(s) in NaCl: …
verklaring: …
De ontwikkelde methode verloopt in een aantal stappen.
stap 1: Aan HALO wordt een overmaat zoutzuur gevoegd. Daarbij
ontstaat een waterige oplossing. De Sb3+-ionen uit HALO
worden omgezet tot SbCl4– -ionen.
stap 2: Aan de oplossing uit stap 1 wordt de eerdergenoemde ionische
vloeistof toegevoegd. De ionische vloeistof mengt niet met de
oplossing die in stap 1 is ontstaan. Er ontstaat een
twee-lagensysteem. Tussen de twee vloeistoffen worden de
Cl–-ionen uit de ionische vloeistof met de SbCl4– -ionen van
stap 1 uitgewisseld (zie figuur 3). Na enige tijd worden de twee
vloeistoflagen A en B van elkaar gescheiden.
figuur 3
stap 3: Aan laag A wordt een natriumhydroxide-oplossing toegevoegd.
De twee vloeistoffen worden flink door elkaar geschud. De
volgende reactie treedt op:
2 SbCl4– + 6 OH– → Sb2O3 (s) + 3 H2O + 8 Cl–
Sb2O3 wordt afgescheiden van de twee vloeistoffen.
282pLeg uit welke scheidingsmethode geschikt is om Sb2O3 te scheiden van de
twee vloeistoffen.
stap 4: Nadat Sb2O3 is afgescheiden, worden ook de twee vloeistoffen
(de ionische vloeistof en de ontstane natriumchloride-oplossing)
van elkaar gescheiden.
stap 5: Aan de laag B die in stap 2 is afgescheiden, wordt ook een
natriumhydroxide-oplossing toegevoegd. Fosfaationen en
calciumionen, afkomstig van HALO, reageren met
hydroxide-ionen tot vast hydroxy-apatiet. Het hydroxy-apatiet en
de overgebleven natriumchloride-oplossing (die ook enige
verontreinigingen bevat) worden gescheiden.
Hydroxy-apatiet bestaat uit calciumionen, fosfaationen en
hydroxide-ionen. De fosfaationen en de hydroxide-ionen komen voor in de
molverhouding 3: 1.
292pLeid de verhoudingsformule van hydroxy-apatiet af.
Noteer je antwoord als volgt:
totale lading van de negatieve ionen: …
verhoudingsformule hydroxy-apatiet: …
Op de uitwerkbijlage is het beschreven proces om Sb2O3 en
hydroxy-apatiet te produceren uit HALO, in een vereenvoudigd en nog
onvolledig blokschema weergegeven. In dit blokschema ontbreken enkele
stofstromen en de namen van de bijbehorende stoffen.
304puitwerkbijlageMaak het blokschema op de uitwerkbijlage compleet.
− Noteer de ontbrekende pijlen en de nummers van de volgende
ontbrekende stoffen bij deze pijlen:
1 ionische vloeistof
2 natriumchloride-oplossing
3 natriumhydroxide-oplossing
4 zoutzuur
− Sommige nummers moeten meer dan één keer worden gebruikt.
− Houd rekening met hergebruik van stoffen.
− Bij de reeds getekende pijlen hoeft geen nummer te worden
genoteerd.
opgave 6Fluimucil®
Bij een vastzittende hoest schrijft de huisarts soms Fluimucil
voor om het
vastzittende slijm in de longen gemakkelijker te kunnen ophoesten.
Het werkzame bestanddeel in Fluimucil
is NAC (N-acetylcysteïne).
Behalve NAC bevat Fluimucil
onder andere de zoetstof aspartaam.
De structuurformules van NAC en aspartaam zijn in figuur 1
weergegeven.
figuur 1
Een molecuul aspartaam is opgebouwd uit twee aminozuureenheden die
door een peptidebinding aan elkaar gekoppeld zijn. Een van deze
aminozuureenheden is ook veresterd. In de structuurformule van
aspartaam is een aantal atoombindingen voorzien van een nummer.
312pGeef het nummer van de binding die is gevormd bij de koppeling van de
aminozuureenheden en het nummer van de binding die is gevormd bij de
verestering van een van de aminozuureenheden.
Noteer je antwoord als volgt:
− koppeling van de aminozuureenheden: nummer …
− verestering: nummer …
322pGeef de 3-letter-symbolen van de twee aminozuren die in aspartaam aan
elkaar gekoppeld zijn.
Gebruik Binas-tabel 67H1 of ScienceData-tabel 13.7c.
Slijm bestaat onder andere uit eiwitten, water en zouten.
In dik, vastzittend slijm komen relatief veel eiwitten voor. Tussen de
eiwitketens komen crosslinks voor in de vorm van S–S bindingen,
zogenoemde zwavelbruggen. In figuur 2 is zo’n zwavelbrug schematisch
weergegeven.
figuur 2
eiwitketen
eiwitketen
De werking van NAC berust op het verbreken van zwavelbruggen in het
slijm. Het verbreken van de zwavelbruggen is een redoxreactie. Op de
uitwerkbijlage is de vergelijking van de halfreactie van het verbreken van
zwavelbruggen in slijm schematisch weergegeven. De structuurformule
van NAC is hierbij weergegeven als R-CH2-SH. De vergelijking van deze
halfreactie is onvolledig: de elektronen (e–) en de coëfficiënten ontbreken.
333puitwerkbijlageMaak de onvolledige vergelijking op de uitwerkbijlage compleet door e–
aan de juiste kant van de pijl te zetten en de vergelijking kloppend te
maken.
Door Fluimucil
te gebruiken verandert de microstructuur van slijm,
waardoor het slijm beweeglijker wordt. Vastzittend slijm is hierdoor
gemakkelijker op te hoesten.
342pLeg uit op microniveau, dat slijm “beweeglijker” wordt door het gebruik
van Fluimucil
.
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.
![0,7 kleur- intensiteit 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 1,0•10−3 5,0 10−3 10,0 10−3 [Cu(NH ) 2+] mol L−1 3 4](figuren-opgaven/p03-fig2.webp)
