opgave 1Munt
Een bepaalde munt heeft een massa van 7,50 gram. De munt bestaat uit nikkel en messing.
Messing is een legering van koper en zink.
Peter heeft van zijn docent scheikunde de opdracht gekregen om het massapercentage
nikkel en koper van zo’n munt te bepalen. Daartoe moet de munt eerst volledig worden
omgezet tot een oplossing van zouten van deze metalen. Peter gebruikt daar een oplossing
van salpeterzuur voor. De reactie van een metaal met een salpeterzuuroplossing is een
redoxreactie.
12p
Leg aan de hand van getalwaarden uit Binas uit dat verwacht mag worden dat koper, nikkel
en zink reageren met een oplossing van salpeterzuur.
Peter heeft in zijn werkplan een methode opgenomen die veel wordt gebruikt om
nikkelgehaltes te bepalen. Hierbij wordt aan een oplossing die nikkelionen bevat een
overmaat ammonia toegevoegd. Vervolgens wordt een kleurloze oplossing van
dimethylglyoxim toegevoegd. Hierbij ontstaat een neerslag. Na weging van het neerslag kan
het nikkelgehalte worden berekend.
Dimethylglyoxim heeft de molecuulformule C4H8N2O2 en is een éénwaardig zwak zuur.
Het wordt in het vervolg van deze opgave weergegeven als HDim.
In onderstaande tabel zijn enkele gegevens te vinden die voor het onderzoek van belang
zijn.
Ionsoort Cu 2+ Ni 2+ Zn 2+ Reactieproduct na toevoeging van ammonia complex ion: Cu(NH ) 2+ 3 4 opgelost, blauw complex ion: Ni(NH ) 2+ 3 6 opgelost, kleurloos complex ion: Zn(NH ) 2+ 3 4 opgelost, kleurloos Reactieproduct na toevoeging van ammonia en vervolgens een oplossing van dimethylglyoxim complex ion: Cu(HDim) 2+ opgelost, bruin Ni(Dim) 2 neerslag geen reactie
Nadat het werkplan is goedgekeurd, is Peter met de bepaling van het nikkelgehalte
begonnen. Hij heeft de munt volledig opgelost en de oplossing vervolgens met water
aangevuld tot een volume van 100,0 mL. Deze oplossing noemt hij voortaan oplossing A.
Aan 10,0 mL van oplossing A voegt hij een overmaat ammonia toe. Vervolgens druppelt hij
zoveel van een oplossing van dimethylglyoxim toe, dat alle nikkelbevattende ionen zijn
neergeslagen als Ni(Dim)2. Daarna filtreert hij de suspensie en spoelt het residu na met
gedestilleerd water. Hij voegt het spoelwater volledig toe aan het filtraat. Hij droogt het
residu en weegt het. De massa blijkt 258 mg te zijn.
23p
Bereken uit bovenstaande gegevens het aantal gram nikkel in de munt. De massa van een
mol Ni(Dim)2 is 289 g.
Peter wil het kopergehalte van de munt colorimetrisch bepalen en gebruikt daarvoor het
filtraat dat hij bij de nikkelbepaling heeft overgehouden. In het filtraat is Cu(HDim)2+ de
enige koperbevattende ionsoort. De lichtbruine kleur van het filtraat wordt uitsluitend
veroorzaakt door Cu(HDim)2+ ionen.
Hij vult het filtraat aan met water tot een volume van 250,0 mL. Deze oplossing noemt hij
oplossing B.
Vervolgens maakt hij een ijkreeks met vijf standaardoplossingen. Elk van deze vijf
oplossingen is gemaakt door ammonia, een oplossing van kopersulfaat en een oplossing van
HDim samen te voegen en het mengsel vervolgens met water aan te vullen tot 250,0 mL.
De oplossingen verschillen alleen in de hoeveelheid van de toegevoegde oplossing van
kopersulfaat. Ook in deze oplossingen is Cu(HDim)2+ de enige koperbevattende ionsoort.
Peter maakt ook een blanco-oplossing door ammonia en een oplossing van HDim samen te
voegen en het mengsel vervolgens met water aan te vullen tot 250,0 mL.
Van elk van de vijf standaardoplossingen meet hij de extinctie, waarbij hij de extinctie van
de blanco-oplossing op 0,00 instelt. Hij verwerkt de resultaten van de metingen in een
diagram. Dit diagram is weergegeven op de bijlage bij deze opgave.
Tenslotte meet Peter de extinctie van oplossing B. Ook bij deze meting stelt hij de extinctie
van de blanco-oplossing in op 0,00. De extinctie van oplossing B blijkt 0,65 te zijn.
33p
Bepaal de [Cu(HDim)
2+] (in mol L
–1) in oplossing B. Geef daarbij op de bijlage aan hoe
deze concentratie uit het diagram is afgeleid.
42p
Bereken het massapercentage koper in de munt.
opgave 2Diamant
Koolstofatomen uit verschillende moleculen kunnen aan elkaar worden gekoppeld.
Wanneer men bijvoorbeeld 1-chloorpropaan, in ether als oplosmiddel, laat reageren met
natrium, vindt de volgende koppelingsreactie plaats
Op soortgelijke wijze kan ook 2,3-dimethylpentaan bereid worden. Hiertoe laat men een
mengsel van twee verschillende monochlooralkanen met een onvertakte koolstofketen
reageren met natrium. Behalve 2,3-dimethylpentaan ontstaan hierbij nog twee alkanen.
Deze twee alkanen zijn geen isomeren van 2,3-dimethylpentaan.
52p
Geef de structuurformules van de twee
onvertakte monochlooralkanen die voor deze
koppelingsreactie nodig zijn.
62p
Geef de structuurformules van de twee alkanen die naast 2,3-dimethylpentaan zullen
ontstaan.
De reactie waarbij koolstofatomen uit verschillende moleculen aan elkaar worden
gekoppeld, is onlangs door onderzoekers gebruikt om diamant te maken. Zij gingen uit van
tetrachloormethaan (’tetra’, CCl4) als halogeenalkaan en lieten dat in een afgesloten
reactievat met een grote overmaat natrium reageren in aanwezigheid van stukjes kobalt als
katalysator. Na geruime tijd verwarmen bleek het reactievat een mengsel te bevatten van de
katalysator kobalt, het overgebleven natrium en de reactieproducten grafiet, fijnverdeeld
diamantpoeder en natriumchloride. De vergelijking van de opgetreden reactie is:
CCl4 + 4 Na → C (diamant en grafiet) + 4 NaCl
Grafiet en diamant zijn verschillende verschijningsvormen van het element koolstof.
De vorming van grafiet uit tetra en natrium is exotherm.
73p
Bereken voor de reactie CCl
4(l)+ 4 Na(s)
→ C(s, grafiet) + 4 NaCl(s) de reactiewarmte in
joule per mol grafiet (T = 298 K, p = p0).
opgave 3Fles wijn
Wijn bevat behalve alcohol ook een aantal opgeloste zuren. Eén van die zuren heeft de
volgende structuurformule:
83p
Geef de systematische naam van dit zuur.
Door de aanwezigheid van opgeloste zuren heeft wijn een pH die tussen 2,9 en 3,9 ligt.
Ondanks deze lage pH vinden veel mensen de smaak van wijn niet onaangenaam. In een
aangebroken fles wijn wordt dikwijls in de loop van enkele dagen een deel van de alcohol
door reactie met zuurstof omgezet tot azijnzuur. De aanwezigheid van azijnzuur in wijn
zorgt voor een onaangename smaak. De vorming van azijnzuur in wijn zorgt nauwelijks
voor een verlaging van de pH. Dit komt doordat wijn een bufferende werking heeft.
De bufferende werking van wijn wordt voor een groot deel veroorzaakt door een zuur HZ
met Kz = 1,0·10–3. In wijn is van dit zuur een groot deel omgezet tot de geconjugeerde base.
94p
Bereken hoeveel procent van dit zuur is omgezet tot de geconjugeerde base als de wijn een
pH waarde van 3,2 heeft.
Bij een geopende fles wijn duurt het enkele uren voordat de zuurstof die in de wijn oplost en
de zuurstof in de lucht boven de wijn met elkaar in evenwicht zijn. Vanaf dat moment geldt:
O
2 (wijn)
O
2 (lucht)
met:
![([O2(lucht)])/([O (wijn)])2](fx/p04-299-354-347-62b5cdf1.webp)
=
KBij 20 °C geldt voor de waarde van de evenwichtsconstante K = 29.
Een fles wijn met een inhoud van 720 mL wordt ontkurkt. Op dat moment bevat de wijn
nog geen opgeloste zuurstof. Er wordt wijn uitgeschonken, in de fles blijft 360 mL wijn
achter. De fles wordt niet afgesloten.
104p
Bereken het aantal mg zuurstof dat na enkele uren, als het evenwicht zich heeft ingesteld,
aanwezig is in de 360 mL wijn in de fles. Het molair volume van een gas is bij de heersende
temperatuur (20 °C) en druk (1,0 bar) 24 dm3 mol–1. Lucht bevat 21 volumeprocent zuurstof.
Om de hoeveelheid zuurstof die in wijn oplost te verminderen en dus de vorming van
azijnzuur tegen te gaan, kan een aangebroken fles wijn worden afgesloten met een kurk.
Er zijn echter ook speciale luchtpompjes in de handel die meer effect hebben dan een kurk.
Op een geopende fles wijn die langere tijd bewaard moet worden, plaatst men een rubberen
dopje. In het dopje zit een opening die als ventiel werkt. Met het pompje wordt via dit
ventiel de druk in de fles verlaagd van 1,0 bar tot 0,25 bar. De zuurstofconcentratie in de
lucht boven de wijn wordt door de drukverlaging een kwart van de oorspronkelijke
zuurstofconcentratie. De hoeveelheid zuurstof die vervolgens in de wijn gaat oplossen
wordt hierdoor veel minder. De hoeveelheid opgeloste
zuurstof kan dan namelijk nooit groter zijn dan een kwart
van de hoeveelheid zuurstof die oplost zonder drukverlaging.
Een fles wijn van 720 mL wordt voor de helft uitgeschonken
(nog 360 mL wijn in de fles met 360 mL lucht daarboven,
zie de figuur hiernaast). Daarna wordt de druk in de fles
verlaagd van 1,0 bar tot 0,25 bar. Dan blijkt dat in de wijn
zelfs nog wat minder zuurstof oplost dan een kwart van de
bij vraag 10 berekende hoeveelheid. De temperatuur
verandert tijdens het wegpompen van de lucht niet.
113p
Leg uit dat de hoeveelheid zuurstof die in dit geval in de wijn zal oplossen minder is dan
een kwart van de bij vraag 10 berekende hoeveelheid.
opgave 4Heavy metal
Bij een bepaald industrieel proces ontstaat afvalwater dat Cu2+ ionen bevat. Voordat dit
afvalwater mag worden geloosd, moet de [Cu2+] verlaagd worden tot de toegestane waarde.
Men heeft een proces ontwikkeld waarbij Cu2+ uit het afvalwater wordt verwijderd met
behulp van elektrolyse. Deze elektrolyse is zo ontworpen dat al het Cu2+ bevattend
afvalwater door een sponsachtige koolstofelektrode S stroomt; hierin wordt het Cu2+
omgezet tot Cu. Er stroomt voortdurend Cu2+ bevattend afvalwater in deze sponsachtige
elektrode en gezuiverd afvalwater uit de sponsachtige elektrode. De andere elektrode P is
een koolstofplaat, waarlangs een oplossing van een elektrolyt wordt gepompt. Om menging
van de vloeistofstromen in het elektrolysevat te voorkomen, is een membraan aangebracht.
124p
Teken de hierboven beschreven elektrolyse-opstelling schematisch. Geef in deze tekening
de volgende onderdelen weer:
• het elektrolysevat;
• de spanningsbron en de verbindingskabels van de spanningsbron naar de elektroden;
• de sponsachtige koolstofelektrode S als een gearceerd deel van het elektrolysevat; geef ook
aan of deze elektrode verbonden is met de pluspool of met de minpool van de
spanningsbron;
• de koolstofelektrode P; geef ook aan of deze elektrode verbonden is met de pluspool of met
de minpool van de spanningsbron;
• het membraan als een stippellijn;
• de vloeistofstromen die het elektrolysevat in- en uitgaan als pijlen met de bijschriften:
- Cu2+ bevattend afvalwater
- gezuiverd afvalwater
- elektrolytoplossing in
- elektrolytoplossing uit.
Bij de uitvoering van zo’n zuiveringsproces wil men uit afvalwater 100 gram Cu2+ per m3
afvalwater verwijderen. Van de stroom die door de elektrolysecel gaat, wordt 45 A
(A betekent ampère; 1 ampère = 1 coulomb per seconde) gebruikt voor de omzetting van
Cu2+ tot Cu. Uitgaande van deze gegevens kan men berekenen hoeveel m3 afvalwater men
per uur door de reactor kan leiden om de gewenste zuivering te bereiken.
134p
Geef deze berekening. Gebruik hierbij onder andere tabel 7 van Binas.
Nadat de elektrolyse in de reactor geruime tijd heeft plaatsgevonden, heeft zich in de
koolstofelektrode zoveel koper afgezet dat dit verwijderd moet worden. Daartoe wordt de
elektrolyse in de reactor enige tijd gestopt en wordt een aangezuurde oplossing van
waterstofperoxide door de sponsachtige koolstofelektrode geleid. Er treedt dan een
redoxreactie op waarbij een oplossing ontstaat die Cu2+ bevat. Deze oplossing kan weer
gebruikt worden als grondstof.
143p
Geef van de bedoelde redoxreactie de vergelijkingen van de beide halfreacties en leid
daaruit de vergelijking van de totale reactie af.
Om het koper van de koolstofelektrode in de reactor te verwijderen, kan ook gebruik
worden gemaakt van elektrolyse. Deze elektrolyse wordt dan op zo’n manier uitgevoerd dat
een oplossing wordt gevormd met een [Cu2+] die veel hoger is dan de [Cu2+] van het
oorspronkelijke afvalwater.
151p
Welke verandering moet men in de bovenbeschreven elektrolyseopstelling aanbrengen om
door elektrolyse het Cu om te zetten tot Cu2+?
161p
Welke verandering moet men bovendien aanbrengen, zodat een oplossing ontstaat die een
veel hogere [Cu2+] heeft dan het oorspronkelijke afvalwater?
opgave 6Strooizout
Deze opgave gaat over het artikel ’Vuilverbrander zet afval om in strooizout’ dat is
afgedrukt op het informatieblad dat bij dit examen is verstrekt. Lees dit artikel en maak
vervolgens de vragen van deze opgave.
In het artikel wordt gesteld dat het rookgas dat de schoorsteen van de AVI verlaat bijna
zuivere waterdamp is. In werkelijkheid ontstaat in de vuilverbrander ook koolstofdioxide.
Ook deze stof verlaat de AVI door de schoorsteen. Koolstofdioxide wordt in deze installatie
dus niet verwijderd. Koolstofdioxide wordt in verband gebracht met een milieuprobleem.
211p
Geef aan welk milieuprobleem dit is.
Niet overal in het artikel is duidelijk over welke stof het gaat. Zo kan met de aanduiding
’kalk’ de stof ’ongebluste kalk’, ’gebluste kalk’ of ’kalksteen’ bedoeld zijn. Voor het te
bereiken doel maakt dit in feite niet uit: alle drie de stoffen geven het gewenste effect.
224p
Leg dit uit. Vermeld in de uitleg de formule van elk van de drie stoffen.
In de nieuwe opzet van het zuiveringsproces wordt nagenoeg zuiver calciumchloride
verkregen. Door een combinatie van gegevens kan berekend worden hoeveel ton
calciumchloride maximaal per jaar in de Amsterdamse AVI kan ontstaan als al het chloor
uit het PVC volledig in dit zout wordt omgezet.
234p
Geef deze berekening. Gebruik daarbij onder andere de volgende gegevens:
• een ton is 103 kg;
• de molecuulformule van PVC is (C2H3Cl)n.
In de nieuwe opzet worden de rookgassen die
uit de oven komen nog steeds met kalk
behandeld. De zuiveringsprocessen die
daarna komen, wijken echter af van de
huidige situatie. Zo wordt in één van de
stappen geen natronloog gebruikt maar water.
De in het artikel beschreven nieuwe opzet van
het zuiveringsproces kan als volgt in een
compact blokschema worden worden
weergegeven (zie figuur hiernaast):
Op de bijlage bij dit examen is de nieuwe
opzet meer gedetailleerd in een blokschema
weergegeven. In dit blokschema ontbreken de
meeste namen van de stofstromen.
244p
Maak het blokschema op de bijlage verder af.
• Geef in de twee blanco gelaten blokken met een R aan of het een reactor betreft en met een
S of het een scheidingsruimte betreft.
• Zet bij de plaatsen 1 t/m 6 de stofstromen met de volgende aanduidingen: kalk en koolstof,
water, rookgasreinigingsresidu, filterkoek, schoon rookgas, oplossing van calciumchloride
met zware metalen.
In het artikel worden argumenten genoemd waarom PVC nadelig is. Behalve de genoemde,
zijn er nog andere argumenten aan te voeren waarom PVC nadelig is.
252p
Noem twee argumenten, al dan niet in het artikel genoemd, die milieugroepen naar voren
kunnen brengen om ondanks de nieuwe opzet van rookgasreiniging het gebruik van PVC
toch terug te dringen.
