Eindexamen scheikunde vwo 2024, tijdvak 1

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de totaalvergelijking van de vorming van DME uit CO₂ en H₂.

− Bereken de reactiewarmte van deze vorming van DME per mol DME.

Op de uitwerkbijlage bij vraag 4 staat een onvolledig blokschema van de

productie van DME volgens het ontwerp van de onderzoekers.

In reactor 1 (R1) treedt reactie 1 op. In scheidingsruimte 1 (S1) wordt de

stofstroom gescheiden die afkomstig is uit R1. Water met de bijproducten

verlaat S1 aan de onderzijde.

Het methanol dat in R1 is gevormd, wordt doorgevoerd naar reactor 2

(R2). In R2 treedt reactie 2 op.

Zowel in R1 als in R2 heerst een hoge temperatuur. Hierdoor is in beide

reactoren de reactiesnelheid hoog. Ook zijn hierdoor de insteltijden van

de evenwichten kort.

De druk in beide reactoren is niet gelijk. In R1 moet de druk hoog worden

gehouden voor een zo hoog mogelijk rendement.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de evenwichtsvoorwaarde van reactie 1.

− Leg uit dat in R1 de druk hoog moet worden gehouden voor een zo

hoog mogelijk rendement.

Het mengsel dat afkomstig is uit R2 wordt in scheidingsruimte 2 (S2)

gedestilleerd om het DME te scheiden van de rest van het mengsel.

Het mengsel wordt in S2 gescheiden in drie fracties: DME, methanol en

water.

Leg uit dat DME het laagste kookpunt heeft van deze drie stoffen.

Gebruik hierbij begrippen op microniveau.

Maak het blokschema op de uitwerkbijlage compleet.

− Teken ontbrekende pijlen en noteer ontbrekende stoffen bij alle pijlen.

Houd hierbij rekening met hergebruik van stoffen.

− Neem aan dat in R2 geen bijproducten ontstaan.

− Stoffen met een laag kookpunt komen in S2 hoger uit de

destillatiekolom dan stoffen met een hoog kookpunt.

Gebruik Binas-tabel 42 of ScienceData-tabel 8.3.

In een ander onderzoek is DME bereid volgens reactie 3.

De beginstoffen worden gemengd volgens de verhoudingen die zijn

weergegeven in reactie 3. In verschillende experimenten tijdens dit

onderzoek lag het rendement tussen 51% en 63%.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Bereken de E-factor van reactie 3 bij een rendement van 63%.

Beschouw water hierbij als afval.

− Leg uit of deze E-factor de minimale of de maximale waarde was in dit

onderzoek.

Geef de vergelijkingen van de halfreacties die verlopen tijdens het

opladen en geef de totaalvergelijking.

Leg uit in welke richting de hydroxide-ionen het membraan passeren

tijdens het opladen.

In een volledig opgeladen prototype van de battolyser werd 1,4 kg water

gedurende 18 maanden geëlektrolyseerd.

Per molecuul water dat wordt omgezet, worden twee elektronen

getransporteerd. Neem aan dat tijdens dit proces alle toegevoerde lading

is gebruikt voor de elektrolyse van water.

Bereken de lading in coulomb die in die periode gemiddeld per seconde is

getransporteerd.

Gebruik onder andere de volgende gegevens:

− Een mol elektronen heeft een lading van 9,65·10⁴ C.

− Een maand heeft gemiddeld 30 dagen.

De reactiesnelheid van deze elektrolyse van water bleek vooral te worden

bepaald door de halfreactie die aan de rechter elektrode verloopt.

Het bleek dat de reactiesnelheid veranderde als in het NiO(OH)-laagje op

de rechter elektrode ook FeO(OH) aanwezig was. In het onderzoek is de

activeringsenergie van de reactie bepaald, afhankelijk van het

massapercentage FeO(OH) in het laagje.

In figuur 2 zijn de resultaten te zien van enkele experimenten.

Leg uit bij welke waarde van het massapercentage FeO(OH) de

reactiesnelheid het hoogst is.

Er zijn momenteel auto’s verkrijgbaar die waterstof gebruiken als

energiebron. Een van deze auto’s heeft een tank met daarin maximaal

6,33 kg waterstof onder hoge druk. Onderzocht wordt of het mogelijk is

om de risico’s van het gebruik van waterstof te verminderen door de

waterstof eerst om te zetten tot methaanzuur. Methaanzuur is een

vloeistof die eenvoudig kan worden getankt en vervoerd.

In een auto wordt het methaanzuur dan in een reactor omgezet tot

waterstof volgens reactie 1.

De ontstane waterstof wordt vervolgens in een brandstofcel geleid om

elektrische energie op te wekken.

Reactie 1 heeft een rendement van 90,0%. De dichtheid van methaanzuur

is 1,22⋅10³ kg m^–3.

Bereken het volume in liter methaanzuur dat nodig is om 6,33 kg waterstof

te produceren.

Maak op de uitwerkbijlage de vergelijking van de volledige hydrolyse van

PLGA compleet met de ontbrekende stoffen en coëfficiënten.

Gebruik structuurformules voor de koolstofverbindingen.

Een gangbare methode om een geneesmiddel op te sluiten in PLGA

verloopt in twee stappen:

stap 1 Het PLGA en het geneesmiddel worden samen opgelost in een

geschikt organisch oplosmiddel.

stap 2 Onder hevig roeren wordt de oplossing geïnjecteerd in warm

water.

In stap 2 ontstaat een suspensie van PLGA met daarin ingekapseld het

geneesmiddel (PLGA-geneesmiddel). Het organisch oplosmiddel lost

hierbij eerst in het water op, waarna het oplosmiddel snel verdampt en

kan worden hergebruikt. Het gehele proces is schematisch weergegeven

in figuur 3.

In stap 2 wordt het PLGA-geneesmiddel gescheiden van het organisch

oplosmiddel en het oplosmiddel wordt gescheiden van water.

Deze processen kunnen worden opgevat als scheidingsmethoden.

Geef de namen van deze twee scheidingsmethoden.

De ‘encapsulation efficiency’ (EE) is een belangrijk criterium voor de

bruikbaarheid van deze methode om een geneesmiddel in PLGA in te

kapselen. De EE wordt uitgedrukt als het percentage van het gebruikte

geneesmiddel dat uiteindelijk in het PLGA-geneesmiddel aanwezig is.

De EE hangt af van de oplosbaarheid in water van zowel het

geneesmiddel als het organisch oplosmiddel in stap 2.

Leg uit of de EE relatief hoog of relatief laag is als een geneesmiddel

wordt gebruikt met een hoge wateroplosbaarheid.

Neem aan dat het gebruikte oplosmiddel niet verandert.

Als oplosmiddel zijn dichloormethaan en tetrachloormethaan met elkaar

vergeleken. De oplosbaarheid van deze stoffen in water verschilt.

Dit heeft onder andere te maken met het gegeven dat de

C–Cl-binding een polaire atoombinding is.

Leg uit, aan de hand van de microstructuur van beide oplosmiddelen, welk

van de twee oplosmiddelen het best in water kan oplossen. Gebruik

hierbij begrippen op microniveau.

In 2005 heeft een onderzoeksgroep een verbeterde methode gevonden

voor het inkapselen van hydrofiele geneesmiddelen in microbolletjes. Bij

deze methode wordt ammoniak aan de waterfase toegevoegd. Als

organisch oplosmiddel wordt DCEM (zie figuur 4) gebruikt.

DCEM is niet goed oplosbaar in water. In contact met een verdunde

ammoniak-oplossing ondergaat DCEM echter een zogenaamde

ammonolyse. Ammonolyse is vergelijkbaar met hydrolyse.

Het mechanisme van deze ammonolyse is in figuur 5 onvolledig

weergegeven. In de eerste stap van het mechanisme wordt uitsluitend

deeltje X gevormd, dat daarna snel uiteenvalt.

Teken de lewisstructuur van deeltje X. Geef hierbij (de) formele lading(en)

aan.

Veel geneesmiddelen zijn zwakke basen figuur 6

Leg uit of bij lagere pH de oplosbaarheid in water van deze stof hoger of

lager is.

Teken de structuurformule van ornithine.

De glycocyamine wordt vervolgens omgezet tot creatine (zie figuur 2)

onder invloed van het enzym GAMT.

Op de uitwerkbijlage is weergegeven hoe een glycocyamine-deeltje in het

actieve centrum van GAMT is gebonden. Bij de heersende pH hebben alle

aanwezige carboxylgroepen een H⁺ afgestaan.

Tussen dit glycocyamine-deeltje en GAMT bestaan elektrostatische

interacties. Door deze interacties (bindingstypen) heeft het glycocyamine-

deeltje een bepaalde ruimtelijke oriëntatie, waardoor de omzetting tot

creatine mogelijk wordt.

Neem aan dat vanderwaalsbindingen geen rol spelen in de oriëntatie van

het glycocyamine-deeltje.

Geef op de uitwerkbijlage met stippellijntjes twee

interacties/bindingstypen aan tussen het glycocyamine-deeltje en GAMT.

− Nummer beide interacties.

− Noteer in de tabel de naam van elke interactie.

Bij de omzetting van glycocyamine tot creatine wordt een methylgroep

overgedragen van een deeltje SAM naar het deeltje glycocyamine.

Op de uitwerkbijlage is het mechanisme van de omzetting van

glycocyamine tot creatine onvolledig weergegeven. Het deeltje SAM is

hierbij vereenvoudigd weergegeven.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Teken in het omkaderde gedeelte de niet-bindende elektronenparen,

waarbij alle atomen voldoen aan de oktetregel.

− Geef met pijlen weer hoe elektronenparen worden verplaatst tijdens

deze omzetting.

Creatine bevindt zich in spieren en de hersenen, om deze snel van

energie te kunnen voorzien. Een gezonde man heeft in zijn lichaam

gemiddeld een voorraad van 1,7 g creatine per kg lichaamsgewicht.

Van deze voorraad wordt gemiddeld 1,9 massaprocent per dag

uitgescheiden. Uit metingen is gebleken dat per dag 20 massaprocent van

de uitgescheiden creatine rechtstreeks wordt opgenomen uit voeding.

De rest wordt door het lichaam aangemaakt uit glycine en arginine (zie

ook figuur 4).

Bereken de massa in gram glycine die een gezonde man van 70 kg

dagelijks moet omzetten om de hoeveelheid creatine op peil te houden.

De aanmaak van creatine kan verstoord zijn doordat het enzym AGAT of

het enzym GAMT niet functioneert of zelfs niet aanwezig is in het lichaam.

Deze zeldzame erfelijke stofwisselingsziektes zijn bekend als AGAT-

deficiëntie en GAMT-deficiëntie.

Een bepaalde GAMT-deficiëntie wordt veroorzaakt doordat het enzym een

afwijkende vorm heeft. In de peptideketen van deze GAMT* is op

positie 44 een leucine-eenheid aanwezig waar in gezonde GAMT een

arginine-eenheid aanwezig is. Op het afwijkend DNA wijkt hierbij maar

één basenpaar af van gezond DNA.

De code voor de eerste aminozuur-eenheid van GAMT begint bij het

basenpaar met nummer 1.

Geef op de uitwerkbijlage de symbolen van het basenpaar waarin de

genetische code voor gezonde GAMT verschilt van de code voor GAMT*

en geef het nummer van het afwijkende basenpaar.

Gebruik Binas-tabel 71G of ScienceData-tabel 16.9.

Door de gehaltes van glycocyamine en creatine te onderzoeken, kan

worden onderzocht of er sprake is van een van beide ziektes.

Bij de bepaling van het gehalte creatine wordt soms gebruikgemaakt van

chromatografie. In een onderzoek is van een mengsel van bekende

stoffen een chromatogram gemaakt. De stationaire fase was hierbij

apolair. Dit chromatogram is in figuur 3 weergegeven.

In figuur 3 zijn met pijlen twee pieken aangegeven. Een van beide pieken

is afkomstig van creatine en de andere van asparaginezuur.

Van deze stoffen is in een ander experiment de verdelingscoëfficiënt

bepaald in een tweelagen-systeem van water en de hydrofobe vloeistof

octaan-1-ol. De is een maat voor de polariteit van een stof. Deze

verdelingscoëfficiënt kan worden berekend met formule 1:

De waarde van de van creatine is 6,3∙10^–1 en die van asparaginezuur

is 1,3∙10^–4.

Leg uit welke van de twee aangegeven pieken uit figuur 3 hoort bij

creatine. Gebruik in je uitleg formule 1.

In figuur 4 is de aanmaak van creatine vereenvoudigd samengevat.

Op de uitwerkbijlage staan twee zinnen over de gehaltes van

glycocyamine en creatine bij AGAT-deficiëntie en bij GAMT-deficiëntie.

Omcirkel in de zinnen op de uitwerkbijlage steeds de juiste

mogelijkheden. Neem hierbij aan dat er geen andere processen invloed

hebben op deze gehaltes.