opgave 2Van kunststofafval tot grondstof
In Europa werd in 2016 van al het ingezamelde kunststofafval ongeveer
30% gerecycled. De rest van het kunststofafval belandde op de vuilnisbelt
of werd verbrand. Sommige kunststoffen, zoals thermoharders, zijn
moeilijk te recyclen.
92pGeef aan op macroniveau en op microniveau, waarom een thermoharder
moeilijk te recyclen is.
Noteer je antwoord als volgt:
macroniveau: …
microniveau: …
In de haven van Rotterdam wordt een fabriek gebouwd die
niet-recyclebaar kunststofafval gaat omzetten tot waardevolle
chemicaliën. Een voorbeeld is de vorming van de grondstof methanol. In
figuur 1 is een onvolledig blokschema van dit proces weergegeven.
figuur 1
In reactor 1 (R1) wordt kunststofafval omgezet tot een gasmengsel. Voor
deze omzetting is energie nodig. Op de uitwerkbijlage is een onvolledig
energiediagram weergegeven van deze reactie.
103puitwerkbijlageMaak op de uitwerkbijlage het energiediagram van deze reactie af. Geef
de volgende onderdelen weer, met bijbehorende bijschriften:
− het energieniveau van de reactieproducten;
− het energieniveau van de geactiveerde toestand;
− de reactiewarmte.
Het in R1 ontstane gasmengsel wordt vervolgens gezuiverd tot
synthesegas: een mengsel van koolstofmono-oxide en waterstof. In
reactor 2 (R2) wordt uit dit synthesegas methanol gevormd volgens
onderstaande vergelijking.
CO + 2 H2 → CH3OH
Bij deze reactie komt warmte vrij.
112pBereken de reactiewarmte van deze reactie in J per mol methanol
(T = 298K en p = p0). Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2.
In een chemische fabriek zal de vrijgekomen reactiewarmte zo veel
mogelijk elders in het proces weer gebruikt worden. Hierbij worden
warmtewisselaars ingezet. In deze opgave wordt een warmtewisselaar
weergegeven zoals in figuur 2.
figuur 2
Op de uitwerkbijlage is het blokschema uit figuur 1 weergegeven en
uitgebreid met één warmtewisselaar. In dit blokschema ontbreekt een
tweede warmtewisselaar.
122puitwerkbijlageVoer in het blokschema op de uitwerkbijlage de volgende opdrachten uit:
− Teken de tweede warmtewisselaar.
− Geef bij elke warmtewisselaar met een pijl de richting aan van de
waterinvoer en de wateruitvoer.
− Geef bij elke warmtewisselaar aan welke stroom koud water bevat en
welke stroom warm water bevat.
− Houd rekening met hergebruik van energie.
De Rotterdamse fabriek kan 3,6∙105 ton kunststofafval verwerken tot
2,13∙105 ton methanol (1,0 ton = 1,0∙103 kg). Deze opbrengst is lager dan
volgens de theorie te verwachten is.
133pBereken het rendement van de omzetting van kunststofafval tot methanol.
Neem aan dat kunststofafval 60 massaprocent koolstof bevat.
Methanol is een belangrijke grondstof voor de productie van alkenen, die
gebruikt kunnen worden voor de productie van bijvoorbeeld kunststoffen.
142pGeef één argument waaruit blijkt dat kunststof die is gemaakt met behulp
van methanol uit de Rotterdamse fabriek past bij
het cradle-to-cradle-principe. Licht je antwoord toe.
opgave 3CO-meting
In een verkeerd afgestelde cv-ketel kan onvolledige verbranding van
aardgas optreden. Daarbij kan, behalve water en koolstofdioxide, ook het
giftige gas koolstofmono-oxide (CO) ontstaan.
153pGeef de vergelijking voor de onvolledige verbranding van aardgas.
Neem aan dat:
− aardgas alleen uit methaan bestaat;
− uitsluitend CO, koolstofdioxide en water ontstaan;
− CO en koolstofdioxide ontstaan in de molverhouding 1: 2.
Koolstofmono-oxide is giftig doordat het zuurstof uit het lichaam verdringt.
Bij inademing van schone lucht wordt zuurstof uit de lucht gebonden door
het eiwit hemoglobine (Hb). Hierbij ontstaat oxyhemoglobine (HbO2), dat
zuurstof via de bloedbaan door het lichaam verspreidt. Wanneer lucht is
verontreinigd met koolstofmono-oxide, wordt koolstofmono-oxide in plaats
kleine concentratie koolstofmono-oxide leidt al tot een vergiftiging.
Inademing van lucht die 0,10 volumeprocent koolstofmono-oxide bevat,
leidt ertoe dat 50% van alle Hb-moleculen bindt met CO-moleculen en
50% van de Hb-moleculen bindt met O2-moleculen.
162pLeid uit bovenstaande informatie af dat Hb-moleculen bij voorkeur aan
CO-moleculen binden. Gebruik eventueel een gegeven uit
Binas-tabel 83C of ScienceData-tabel 21.4.
Bij een vermoeden van CO-vergiftiging kan het CO-gehalte in de
uitgeademde lucht worden gemeten met een CO-meter. Deze meting is
mogelijk omdat koolstofmono-oxide dat aan hemoglobine is gebonden,
ook weer kan loslaten en geleidelijk wordt uitgeademd. Uit de meetwaarde
wordt vervolgens het HbCO-gehalte in het bloed berekend. Het verband
tussen het CO-gehalte in de uitgeademde lucht en het HbCO-gehalte in
het bloed is in de figuur weergegeven.
figuur
Bij een HbCO-gehalte van meer dan 12% is er sprake van
CO-vergiftiging. Het CO-gehalte op de horizontale as is uitgedrukt in
volume-ppm. 1 volume-ppm komt overeen met 1∙10–6 liter
koolstofmono-oxide per liter lucht. Bij een meting blijkt de uitgeademde
lucht van een persoon 3,0∙102 µg koolstofmono-oxide te bevatten. Het
volume van de uitgeademde lucht van deze persoon was 4,0 L.
173pVoer de volgende opdrachten uit:
− Bereken het CO-gehalte in volume-ppm in de uitgeademde lucht van
deze persoon. De dichtheid van koolstofmono-oxid e is 1,25 g L –1.
− Leg uit met behulp van de figuur of er sprake s v an CO-vergiftiging.
De werking van de CO-meter is gebaseerd op een redoxreactie in een
elektrochemische cel. De uitgeademde lucht wordt langs een van de
elektroden geleid. Het CO wordt daarbij omgezet tot CO2 volgens
onderstaande halfreactie.
H2O + CO → 2 H+ + CO2 + 2 e–
Aan de andere elektrode van de CO-meter reageert zuurstof. Bij deze
omzetting reageren ook H+-ionen.
183pGeef de vergelijking van de andere halfreactie en de vergelijking van de
totale reactie in de CO-meter. Gebruik Binas-tabel 48 of
ScienceData-tabel 9.1F.
Iemand met een CO-vergiftiging moet snel schone lucht inademen die
geen koolstofmono-oxide bevat. CO-moleculen die loslaten van
Hb-moleculen worden dan verdrongen door de overmaat aan
O2-moleculen die wordt ingeademd. De vrijgekomen Hb-moleculen binden
vervolgens O2-moleculen in plaats van CO-moleculen. De snelheid
van een patiënt is 2,28 mmol L–1.
192pBereken de gemiddelde snelheid in mol L–1 s–1 waarmee de concentratie
Een nadeel van de inademing van lucht is dat het lang duurt voordat de
CO-vergiftiging wordt daarom vaak beademd met zuivere zuurstof. De tijd
teruggebracht tot 1,0 uur.
202pLeg uit, met behulp van het botsende-deeltjesmodel, dat bij beademen
met zuivere zuurstof een lege bindingsplek in een Hb-molecuul sneller
wordt gevuld door een O2-molecuul dan bij het inademen van lucht.
opgave 4Zonlicht maakt zout water zoet
Voor het verbouwen van gewassen zoals rijst is veel water nodig.
Grondwater bevat vaak te veel opgeloste zouten om het water voor
gewasteelt te kunnen gebruiken. Deze zouten moeten worden verwijderd.
Hierna wordt het water ‘zoet water’ genoemd. Destillatie van grote
hoeveelheden grondwater kost veel energie en is duur. Een mogelijk
alternatief is elektrodialyse. Bij elektrodialyse stroomt zout grondwater
door een opstelling met membranen waarover een spanning is aangelegd
(figuur 1). De benodigde elektrische energie wordt met behulp van
zonlicht opgewekt.
figuur 1
In figuur 1 is weergegeven hoe zout grondwater van onderaf een
opstelling met zes compartimenten binnenstroomt. Na inschakelen van de
spanningsbron kunnen de ionen die in het zoute water aanwezig zijn zich
door een membraan verplaatsen. Membraan A laat uitsluitend positieve
ionen door en membraan B uitsluitend negatieve ionen. Doordat de
membranen A en B afwisselend zijn geplaatst, vindt in sommige
compartimenten een verwijdering van ionen plaats en in andere
compartimenten een toename van de concentratie van ionen. Er stromen
dus twee vloeistoffen uit de opstelling: zoet water en zeer zout water.
212puitwerkbijlageGeef op de uitwerkbijlage aan welke van de getekende ionen zich door
een membraan verplaatsen na het inschakelen van de spanningsbron.
Geef ook telkens de richting van deze verplaatsing aan met een pijl.
221pGeef aan welke vloeistofstroom bestaat uit zoet water en welke
vloeistofstroom uit zeer zout water.
Noteer je antwoord als volgt:
vloeistofstroom 1: …
vloeistofstroom 2: …
Aan de negatieve elektrode ontstaat waterstof volgens halfreactie 1. Als
deze waterstof wordt opgeslagen, kan die gebruikt worden voor een
brandstofcel die ‘s nachts de opstelling van energie voorziet. De waterstof
wordt gevormd volgens onderstaande halfreactie:
Langs beide elektroden wordt een elektrolyt-oplossing geleid. Hiervoor
wordt een oplossing van natriumsulfaat (Na2SO4) gebruikt.
232pLeg uit of de elektrolyt-oplossing aan de negatieve elektrode (na enige
tijd) ververst moet worden.
In de opstelling van figuur 1 wordt voorkómen dat chloride-ionen in de
elektrolyt-oplossing aan de positieve elektrode komen. Dit voorkomt het
optreden van een ongewenste halfreactie van Cl– aan deze elektrode.
Volgens het GHS-systeem zou dan gevarenzin H330 van toepassing zijn.
242pGeef de vergelijking voor deze halfreactie en geef aan op welke stof H330
van toepassing is. Gebruik Binas-tabellen 48 en 97E of
ScienceData-tabellen 9.1F en 38.3.
Noteer je antwoord als volgt:
vergelijking halfreactie: …
H330 is van toepassing op de stof: …
In figuur 2 is de structuurformule weergegeven van een additiepolymeer
waaruit een van de twee soorten membranen uit de opstelling is gemaakt.
Dit additiepolymeer is gevormd uit twee soorten monomeren. Een van de
monomeren is ook apart in figuur 2 weergegeven. Het andere monomeer
zorgt voor crosslinks tussen de ketens van het polymeer.
figuur 2
253pGeef de structuurformule van het andere monomeer, dat zorgt voor
crosslinks tussen de ketens van het polymeer.
262pLeg uit of het membraan dat is gemaakt van dit polymeer (dat is
weergegeven in figuur 2) alleen positieve ionen of juist alleen negatieve
ionen doorlaat.
Een belangrijk voordeel van elektrodialyse is het lage energieverbruik.
Met 2,3 kWh aan energie kan 1,0 m3 zout grondwater worden gezuiverd.
De benodigde energie kan bovendien met zonlicht worden opgewekt. Bij
het destilleren van zout grondwater ligt het energieverbruik veel hoger,
doordat veel energie nodig is om water te laten verdampen.
Met behulp van onderstaande gegevens kan worden berekend dat met
2,3 kWh aan energie via destillatie veel minder dan 1,0 m3 zout
grondwater gezuiverd kan worden.
Gegevens:
− 1,0 kWh komt overeen met 3,6∙106 J.
− De verdampingsenergie van zout grondwater is 2,26∙106 J per kg.
− De dichtheid van zout grondwater is 1,02∙103 kg m–3.
274pBereken met behulp van deze gegevens het volume zout grondwater
in m3 dat met 2,3 kWh aan energie gezuiverd kan worden via destillatie.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Ga verder op de volgende pagina.
opgave 5Kringloop
Planten maken de zwavelbevattende aminozuren cysteïne en methionine
uit sulfaationen. Deze ionen worden opgenomen uit de bodem. Door het
eten van planten krijgen mensen deze aminozuren binnen. In het
menselijk lichaam worden vrijwel alle zwavelbevattende stoffen gemaakt
uit de aminozuren cysteïne of methionine. Zo wordt de stof
diwaterstofsulfide, die helpt de bloeddruk te reguleren, gemaakt uit
cysteïne. Deze omzetting is hieronder schematisch weergegeven.
cysteïne + H2O → aminozuur X + H2S
281pGeef de naam van aminozuur X. Gebruik Binas-tabel 67H1 of
ScienceData-tabel 13.7c.
Het lichaam bewaart cysteïne door het om te zetten tot glutathion en dit
vervolgens op te slaan. Glutathion is een verbinding van de aminozuren
glutaminezuur, cysteïne en glycine. Glutathion kan worden weergegeven
als:
Glu*-Cys-Gly
Hierbij is het aminozuur glutaminezuur weergegeven als Glu*, omdat dit
aminozuur op een opmerkelijke manier aan cysteïne is gebonden. De
carboxylgroep van de restgroep van glutaminezuur is gebonden aan de
aminogroep van cysteïne. Cysteïne en glycine zijn wel op de gebruikelijke
manier aan elkaar gebonden.
294pGeef de structuurformule van glutathion.
Het overschot aan zwavelbevattende aminozuren wordt in het lichaam van
mensen en dieren omgezet tot sulfaationen die via de urine worden
uitgescheiden. Deze ionen kunnen via het grondwater door planten
worden opgenomen, maar kunnen ook via het oppervlaktewater in zee
belanden. In zee kunnen de sulfaationen worden omgezet tot organische
verbindingen. Bij de afbraak van deze verbindingen ontstaan vluchtige
zwavelbevattende stoffen, zoals carbonylsulfide. De molecuulformule van
carbonylsulfide is COS.
302pGeef de structuurformule van COS.
De vluchtige zwavelbevattende stoffen komen vrij uit de oceaan en
worden in de atmosfeer omgezet tot zwaveldioxide. Vervolgens worden de
zwaveldioxidemoleculen in een reactie met andere moleculen omgezet tot
sulfaationen. De sulfaationen komen, met bijvoorbeeld regen, in de
bodem terecht.
312pLeg uit aan de hand van de lading van de genoemde deeltjes of
sulfaationen de enige deeltjes zijn die ontstaan bij deze omzetting van
zwaveldioxide.
Het gedeelte van de kringloop dat in deze opgave wordt beschreven, is op
de uitwerkbijlage vereenvoudigd en onvolledig weergegeven. De
verschillende zwavelbevattende stoffen ontbreken en de richting van vier
stofstromen is niet aangegeven.
323puitwerkbijlageVul het schema op de uitwerkbijlage aan.
− Maak pijlen van alle lijnen, zodat die de juiste richting van de
stofstromen aangeven.
− Noteer op elke stippellijn het nummer van de juiste stof, stofgroep of
ionsoort. Houd er rekening mee dat er één nummer is dat vaker dan
één keer moet worden gebruikt.
1 vluchtige zwavelbevattende stoffen
2 sulfaationen
3 zwavelbevattende aminozuren
4 zwaveldioxide
332pLeg uit of de kringloop die in deze opgave is beschreven, een
stofkringloop of een elementkringloop is. Geef ook aan op welke stof of
element de kringloop betrekking heeft.
Noteer je antwoord als volgt:
Dit is een … kringloop van …, omdat …
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 [H + ] in mol L –1 in deze jam met pH = 3,2. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers. De structuurformule van het zuur in citroensap is te omschrijven als propaan met op het eerste, tweede en derde koolstofatoom een carboxylgroep in plaats van een H -atoom. Ook bevindt…](fx/veilig-o1-p04-88-8c8c2a0b.webp)
