opgave 1Opgave 1
4 OH-
(aq) (reactie 1)
(aq) (reactie 2)
4 OH-
(aq) (reactie 1)
(aq) (reactie 2)

Eén van de bekendste kunststoffen is PET (polyethyleentereftalaat).Dit polymeer wordt onder andere toegepast bij het vervaardigen van frisdrankflessen en het vervaardigen van kleding. Eén van de grondstoffen die gebruikt worden bij de bereiding van PET is 1,4-benzeendicarbonzuur.Deze stof wordt in de industrie bereid uit 1,4-dimethylbenzeen en zuurstof. Onder invloed van een katalysator vindt hierbij in een reactor de volgende reactie plaats: H (g) Van al het 1,4-dimethylbenzeen dat in de reactor wordt geleid,wordt 95,0% volgens reactie 1 omgezet;3,00% wordt volledig verbrand en 2,00% reageert niet.Omdat in de reactor warmte wordt ontwikkeld moet de reactor voortdurend gekoeld worden. Men kan met behulp van verbrandingsenthalpieën uitrekenen hoeveel joule vrijkomt per kg ingeleid 1,4-dimethylbenzeen.Onder de verbrandingsenthalpie van een stof verstaat men de enthalpieverandering die optreedt bij verbranding (met O 2 ) van 1 mol van die stof ( p = p o en T = 298 K) onder vorming van CO 2 (g) en H 2 O(l). De verbrandingsenthalpie van 1,4-dimethylbenzeen bedraagt –4,56·10 6 J mol - 1 ( p = p o en T = 298 K);de verbrandingsenthalpie van 1,4-benzeendicarbonzuur bedraagt –3,19·10 6 J mol - 1 ( p = p en T = 298 K).


Om PET te maken laat men het 1,4-benzeendicarbonzuur reageren met 1,2-ethaandiol (HO – CH 2 – CH 2 – OH).Daarbij worden de moleculen 1,4-benzeendicarbonzuur en 1,2-ethaandiol uitsluitend om en om aan elkaar gekoppeld.Hieronder volgt een gedeelte uit het midden van een molecuul PET: De uiteinden van een PET molecuul kunnen een C 2 H 4 OH groep of een COOH groep zijn. In de industrie wordt PET bereid via een continu proces met twee reactoren (reactor 1 en reactor 2).In reactor 1 worden 1,4-benzeendicarbonzuur en 1,2-ethaandiol ingeleid. Bij het reageren van deze twee verbindingen in reactor 1 ontstaat onder andere een verbinding met de molecuulformule C 12 H 14 O 6 .Deze verbinding heeft de volgende structuurformule: Behalve deze verbinding ontstaat in reactor 1 ook onder andere een kleine hoeveelheid van een verbinding met de molecuulformule C 20 H 18 O 9 .

Geef de structuurformule van de verbinding met de molecuulformule C 20 H 18 O 9 die in reactor 1 ontstaat. Hieronder is de continue bereiding van PET via het proces met de twee reactoren schematisch weergegeven. In reactor 2 treedt hoofzakelijk een reactie op waarbij uit de genoemde verbinding C 12 H 14 O 6 het polymeer PET en een verbinding X ontstaat.

Geef de naam van verbinding X. PET dat in frisdrankflessen zit,wordt wel ’flessen-PET’ genoemd en PET dat in kleding is verwerkt,noemt men wel ’kleding-PET’.In beide soorten PET zijn bij de bereiding de moleculen 1,4-benzeendicarbonzuur en 1,2-ethaandiol om en om aan elkaar gekoppeld.In beide soorten PET moleculen komen zo weinig COOH (eind)groepen voor dat hun aantal verwaarloosd mag worden ten opzichte van het aantal C 2 H 4 OH (eind)groepen.De moleculen van ’flessen-PET’ zijn gemiddeld aanzienlijk langer dan de moleculen van ’kleding-PET’.

Leg aan de hand van bovenstaande gegevens uit of het aantal mol 1,2-ethaandiol dat per mol 1,4-benzeendicarbonzuur verbruikt wordt bij de bereiding van ’flessen-PET’ groter is dan,kleiner is dan of gelijk is aan het aantal mol 1,2-ethaandiol dat per mol 1,4-benzeendicarbonzuur verbruikt wordt bij de bereiding van ’kleding-PET’.




Eén van de soorten Cola die verkrijgbaar zijn,noemt men Coke.Coke is een oplossing die onder andere fosforzuur bevat.In Coke hebben zich onder andere de volgende evenwichten ingesteld: H PO + H O ‹ fi H O + + H PO - (evenwicht 1) 3 4 2 3 2 4 H PO - + H O ‹ fi H O + + HPO 2 - (evenwicht 2) 2 4 2 3 4 HPO 2 - + H O ‹ fi H O + + PO 3 - (evenwicht 3) 4 2 3 4 De hoeveelheid H 3 O + die in de Coke door het optreden van de evenwichten 2 en 3 is ontstaan,is verwaarloosbaar klein ten opzichte van de hoeveelheid H 3 O + die door evenwicht 1 is ontstaan.De [H 3 O + ] in Coke wordt vrijwel geheel door evenwicht 1 bepaald. Bij een meting bleek de pH van een bepaald merk Coke 2,41 te zijn (298 K). Met behulp van deze pH waarde kan men berekenen hoeveel gram fosforzuur men moet toevoegen om 1,0 liter van deze Coke te maken.
![Bereken hoeveel gram fosforzuur men moet toevoegen om 1,0 liter Coke met een pH = 2,41 te maken. De [PO 3 - ] in Coke is zeer klein.Men kan [PO 3 - ] in Coke berekenen als de pH van de 4 4 + Coke bekend is.Als aangenomen wordt dat [H 3 O ] in de Coke alleen door evenwicht 1 wordt bepaald,kan men…](fx/veilig-o5-p08-243-9b5e8596.webp)
Bereken hoeveel gram fosforzuur men moet toevoegen om 1,0 liter Coke met een pH = 2,41 te maken. De [PO 3 - ] in Coke is zeer klein.Men kan [PO 3 - ] in Coke berekenen als de pH van de 4 4 + Coke bekend is.Als aangenomen wordt dat [H 3 O ] in de Coke alleen door evenwicht 1 wordt bepaald,kan men namelijk afleiden dat in de Coke de volgende betrekking geldt: [PO 3 - ] = ( K z van H 2 PO 4 -) · ( K z van HPO 4 2 -) 4 [H 3 O + ]
![Leid deze betrekking af,onder andere met behulp van de evenwichtsvoorwaarden van de evenwichten 2 en 3. Ondanks de zeer kleine [PO 3 - ] kunnen fosfaationen uit Coke toch met bepaalde 4 metaalionen worden neergeslagen.Zo ontstaat bij toevoeging van een oplossing van lanthaan(III)nitraat (La(NO 3 )…](fx/veilig-o5-p08-361-233629d8.webp)
Leid deze betrekking af,onder andere met behulp van de evenwichtsvoorwaarden van de evenwichten 2 en 3. Ondanks de zeer kleine [PO 3 - ] kunnen fosfaationen uit Coke toch met bepaalde 4 metaalionen worden neergeslagen.Zo ontstaat bij toevoeging van een oplossing van lanthaan(III)nitraat (La(NO 3 ) 3 ) aan Coke een neerslag van het zeer slecht oplosbare lanthaan(III)fosfaat (LaPO 4 ). In een verzadigde oplossing van LaPO 4 geldt bij 298 K: [La 3+ ][PO 3 - ] = 4,0·10 - 23 4

Laat met een berekening zien dat bij menging van 50 ml Coke en 50 ml 0,10 M lanthaan(III)nitraatoplossing bij 298 K een neerslag van LaPO 4 zal ontstaan.Ga er daarbij vanuit dat de pH van de oplossing,op het moment dat het neerslag begint te ontstaan,2,64 bedraagt. Van de slechte oplosbaarheid van LaPO 4 wordt gebruik gemaakt bij één van de manieren om door titratie met natronloog de hoeveelheid fosforzuur in een frisdrank te bepalen. Nadat men eerst door koken het opgeloste koolstofdioxide uit een hoeveelheid frisdrank heeft verwijderd,voegt men een overmaat opgelost La(NO 3 ) 3 toe.Door het ontstaan van LaPO 4 lopen de evenwichten 3,2 en 1 volledig naar rechts af.Vervolgens bepaalt men door titratie met natronloog de dan aanwezige hoeveelheid H 3 O + . Men heeft de bovenbeschreven bepaling uitgevoerd met een Cola-soort die werd bereid met een andere hoeveelheid fosforzuur dan bij Coke. Aan 50,0 ml van deze andere Cola-soort werd,na enige tijd koken,50,0 ml van een 0,10 M La(NO 3 ) 3 oplossing toegevoegd. Het mengsel werd met 0,100 M natronloog getitreerd.Het eindpunt van de titratie was bereikt toen men 7,80 ml natronloog had toegevoegd.

Bij dit examen hoort geen uitwerkbijlage.






















