Eindexamen scheikunde havo 2023, tijdvak 2

Leg uit of het verdampen van water een exotherm of een endotherm

proces is.

Zweet bevat behalve water en opgeloste zouten ook andere stoffen, zoals

vetten en peptiden. Vers zweet heeft geen geur. Maar bacteriën op onze

huid breken vetten uit zweet af. Coryne-bacteriën vormen bij afbraak van

deze vetten uit zweet carbonzuren, zoals boterzuur. Deze zuren geven

een onplezierige geur aan zweet: okselgeur.

Geef de structuurformule van boterzuur. Gebruik Binas-tabel 66A of

ScienceData-tabel 10.2a.

Coryne-bacteriën zijn ook betrokken bij de vorming van een

veelvoorkomende geurstof in de okselgeur van mannen:

3-methylhex-2-eenzuur (3M2H). 3M2H wordt gevormd uit een stof die in

zweet voorkomt: stof A. Beide structuurformules zijn weergegeven in

figuur 1.

3M2H ontstaat wanneer de peptidegroep in stof A gehydrolyseerd wordt

onder invloed van het enzym aminoacylase (ACY). Op de uitwerkbijlage is

deze reactie onvolledig weergegeven.

Maak de reactievergelijking op de uitwerkbijlage af. Geef de

koolstofverbindingen met structuurformules weer.

Een deodorant bevat stoffen die de vorming van okselgeur tegengaan

door de pH te verlagen. Bij een lagere pH produceert het enzym ACY in

Coryne-bacteriën namelijk een kleinere hoeveelheid 3M2H.

Geef een mogelijke verklaring voor het gegeven dat ACY bij een lagere

pH een kleinere hoeveelheid 3M2H produceert.

Zwitserse wetenschappers onderzochten de werking van het enzym ACY

voor een nieuw type deodorant. De werking van dit type deodorant is

gebaseerd op een stof die door het enzym ACY kan worden omgezet tot

parfum. Stof B is een voorbeeld van zo’n stof (figuur 2).

Stoffen A en B worden dus allebei omgezet door het enzym ACY. In de

structuurformule van zowel stof A als stof B is dezelfde

aminozuur-eenheid gebonden. Via deze eenheid worden beide stoffen

herkend door het enzym.

Op de uitwerkbijlage zijn de stoffen A en B nogmaals weergegeven.

Voer de volgende opdrachten uit. Gebruik hierbij Binas-tabel 67H1 of

ScienceData-tabel 13.7c.

− Omcirkel in de figuur op de uitwerkbijlage de aminozuur-eenheid die

wordt herkend door het enzym ACY.

− Geef het 3-lettersymbool van deze aminozuureenheid.

Geef de structuurformule van dit andere monomeer.

PET-flessen worden gemaakt door middel van een proces waarbij

PET-korrels worden geëxtrudeerd. Daarna worden er PET-flessen van

geblazen. Gebruikte PET-flessen kunnen worden fijngemalen tot korrels

die opnieuw kunnen worden geëxtrudeerd.

Leg uit dat PET geschikt is om in een extruder te worden verwerkt.

Gebruik in je uitleg figuur 1. De dubbele bindingen in de ring zijn niet

reactief.

Door extruderen veranderen de stofeigenschappen van PET.

Onderzoekers hebben het effect van herhaaldelijk extruderen op de

molaire massa onderzocht. De resultaten zijn in figuur 2 weergegeven.

Leg uit of de aantrekkingskracht tussen de polymeermoleculen toeneemt

of afneemt door herhaaldelijk extruderen. Gebruik hierbij figuur 2 en

benoem het type binding dat hierbij een rol speelt.

Een andere manier om gebruikte PET-flessen te verwerken is ‘chemisch

recyclen’. Bij dit proces wordt PET in aanwezigheid van een katalysator

omgezet tot de stof BHET. BHET is een grondstof voor de productie van

nieuw PET. De katalysator bindt ook kleurstoffen uit gekleurde

PET-flessen. In figuur 3 is een chemisch recycleproces met een

vereenvoudigd blokschema weergegeven. De gebonden kleurstof wordt

hierin weergegeven als: katalysator-kleurstof.

In de reactor (R) vinden een scheiding en de omzetting van PET tot BHET

plaats. In S1 wordt de katalysator met de daaraan gehechte kleurstof

verwijderd. In S2 verdampen water en ethaan-1,2-diol. Deze stoffen

worden als twee afzonderlijke fracties opgevangen. BHET wordt als residu

afgescheiden.

Geef de naam van de scheidingsmethode die plaatsvindt in de

reactor (R).

Geef de naam van de scheidingsmethode die plaatsvindt in S2.

De katalysator met de daaraan gehechte kleurstof wordt naar S3 geleid.

Hier wordt een oplosmiddel toegevoegd waarin hydrofobe kleurstoffen

oplossen, waardoor ze loslaten van de katalysator. Bij dit proces is

dichloormethaan als oplosmiddel gebruikt. Methanol (CH₃OH) is hiervoor

minder geschikt.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de structuurformule van dichloormethaan.

− Leg uit waarom dichloormethaan meer geschikt is om hydrofobe

kleurstoffen in op te lossen. Doe dit aan de hand van een verschil in

de structuurformules van dichloormethaan en methanol.

De katalysator wordt in dit proces gerecirculeerd.

Geef aan welke twee andere stoffen in dit proces direct kunnen worden

gerecirculeerd. Gebruik figuur 3.

Leg uit bij welke van de drie genoemde voedingsstoffen dit het meest

waarschijnlijk is. Gebruik in je uitleg de elementsamenstelling.

Een andere maatregel is het verwijderen van ammoniakgas uit stallucht

met een zogenaamde luchtwasser. In een luchtwasser stroomt water

binnen dat aangezuurd is met een overmaat geconcentreerd zwavelzuur.

Wanneer stallucht door de luchtwasser geleid wordt, treedt reactie 1 op.

Het water dat uit de luchtwasser stroomt, bevat behalve zwavelzuur ook

opgelost ammoniumsulfaat. In figuur 1 is de werking van een luchtwasser

met een vereenvoudigd blokschema weergegeven.

In een folder met informatie over dit type luchtwassers staat dat 1,5 L

zwavelzuur (H₂SO₄) nodig is om 1,0 kg ammoniak te verwijderen.

Laat met een berekening zien dat dit bij benadering klopt.

− Gebruik hierbij de dichtheid van zwavelzuur: 1,84·10³ g dm^–3.

− Neem aan dat H₂SO₄ en NH₃ reageren in de molverhouding 1: 2.

Bij het gebruik van dit type luchtwasser moet de boer niet alleen

zwavelzuur aanvullen. De boer moet ook water aanvullen omdat:

1 er een deel van het water verdampt;

2 er een deel van de uitstromende oplossing wordt afgevoerd.

Bereken hoeveel L water per varken per jaar moet worden aangevuld in

de luchtwasser. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante

cijfers. Gebruik de volgende gegevens:

− Een varken produceert gemiddeld 3,0 kg ammoniak per jaar.

− Per kg ammoniak moet 30,0 L waswater worden afgevoerd.

− Per uur wordt 35 m³ stallucht per varken geventileerd.

− Gemiddeld verdampt 1,3 mL water per uur per m³ geventileerde

stallucht.

Leg uit dat de verbranding sneller verloopt als de steenkool eerst tot

poeder vermalen wordt. Gebruik in je uitleg het botsende-deeltjesmodel.

Boven in de ovenbuis ontleedt calciumcarbonaat bij een temperatuur van

700-900 °C tot calciumoxide (CaO) en CO₂.

Onder in de ovenbuis reageert calciumoxide met siliciumdioxide (SiO₂) bij

een temperatuur van 1450 °C. Wanneer deze reactie plaatsvindt in de

molverhouding 3: 1 ontstaat uitsluitend de stof aliet.

Geef de vergelijking van de reactie waarbij uitsluitend aliet ontstaat. De

formule voor aliet moet je zelf afleiden.

Er zijn verschillende oorzaken van het ontstaan van CO₂ tijdens de

traditionele productie van cement. Een voorbeeld van zo’n oorzaak is

reactie 1.

Geef één andere oorzaak van het ontstaan van CO₂ tijdens de traditionele

productie van cement.

In 2018 veroorzaakte de traditionele productie van cement 8% van de

wereldwijde uitstoot aan CO₂. Omdat dit CO₂ is verontreinigd met

stikstofoxiden (NO_x) en koolstofmono-oxide, is het ongeschikt als

grondstof in andere processen.

Geef aan welke vergelijking dat is en geef aan welk deeltje als zuur en

welk deeltje als base reageert.

De onderzoekers hebben gemeten dat de gassen zuurstof, koolstofdioxide

en waterstof in de molverhouding 1: 2: 2 uit de reactor vrijkomen. Deze

verhouding is ook af te leiden door alle vergelijkingen in tabel 1 in de

juiste verhouding bij elkaar op te tellen.

Geef deze afleiding.

De gassen die in de reactor ontstaan, kunnen worden gebruikt voor het

opwekken van elektrische stroom in een brandstofcel (figuur 3). De

elektrische stroom kan weer gebruikt worden om de reactor aan te drijven.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de halfreactie die optreedt aan elektrode A. Gebruik

Binas-tabel 48 of ScienceData-tabel 9.1f.

− Leg uit of elektrode A de positieve of de negatieve elektrode is.

Het nieuwe proces voor de productie van cement verloopt in twee

stappen:

stap 1: Calciumcarbonaat (CaCO₃) wordt in de reactor (figuur 2 en 3)

omgezet tot calciumhydroxide (Ca(OH)₂).

stap 2: De calciumhydroxide wordt in de juiste verhouding gemengd

met siliciumdioxide en binnen twee uur bij 1500 °C omgezet tot

aliet.

Op basis van de uitgangspunten 3 en 6 van de groene chemie kunnen

voordelen van dit nieuwe productieproces benoemd worden ten opzichte

van de traditionele productie van cement (figuur 1).

Licht voor beide uitgangspunten een voordeel toe.

− Noteer je antwoord als volgt:

toelichting uitgangspunt 3: …

toelichting uitgangspunt 6: …

− Gebruik Binas-tabel 97F of ScienceData-tabel 38.6.

Geef de naam van het bindingstype dat aanwezig is in de ijzeren

kerndraad en de naam van het soort deeltjes dat voor de elektrische

stroomgeleiding in deze kerndraad zorgt.

Noteer je antwoord als volgt:

− bindingstype: …

− soort deeltjes: …

Leid de temperatuur in °C af die de lasboog minimaal moet hebben.

Gebruik Binas-tabel 40A of ScienceData-tabel 8.1.

Om de ijzeren kerndraad in de laselektrode zit bekleding. Tijdens het

booglassen worden de stoffen in de bekleding van de kerndraad omgezet

tot zogeheten beschermende gassen en een laag van slak (figuur 2).

Slak is een bros, glasachtig materiaal dat de las afdekt. De

beschermende gassen en de slak-laag voorkomen dat het hete ijzer in de

las reageert met stikstof uit de lucht. Bij deze reactie kunnen namelijk

dunne ‘naaldjes’ ijzernitride (Fe₄N) ontstaan, die de las breekbaarder

maken.

Geef de vergelijking van de reactie waarbij ijzernitride ontstaat.

Een bepaald type bekleding van een elektrode reageert tot de

beschermende gassen koolstofmono-oxide en waterstof.

Pien weet dat dit gevaarlijke stoffen zijn en ze vraagt zich af of er geen

risico’s voor de lasser zijn. Haar docent legt uit dat deze gassen in dit

geval met de omringende lucht reageren en dus geen gevaar vormen.

Noem twee risico’s van koolstofmono-oxide en/of waterstof en vermeld bij

elk risico door welk gas het wordt veroorzaakt. Gebruik eventueel je

informatieboek. Noteer je antwoord als volgt:

− risico 1: … veroorzaakt door …

− risico 2: … veroorzaakt door …

1,0 cm in figuur 3 komt overeen met 73 nanometer. Een jzeratoom

heeft een diameter van 252∙10⁻¹² m.

Bepaal de diameter van onderdeel A en leg uit of onderdeel A een

ijzeratoom kan zijn. Gebruik eventueel Binas-tabel 2 of

ScienceData-tabel 1.2a.

In de rook is een stof aangetoond met de formule MnFe₂O₄. Deze stof

bestaat uit Mn²⁺-ionen, ijzerionen en oxide-ionen.

Leg uit welke lading de ijzerionen in MnFe₂O₄ hebben.

Geef de namen van de twee typen bindingen die worden verbroken

wanneer methanol (CH₃OH) verdampt.

De verklaring voor de cyclus van gloeien en exploderen blijkt anders dan

tot nu toe werd gedacht. Een groep tweedejaarsstudenten van de

Universiteit Leiden heeft het experiment onderzocht.

Volgens student Rick Spierenburg was de gangbare verklaring dat de

methanol met het platina reageert en zo formaldehyde (CH₂O) en

waterstof vormt. “Maar wij ontdekten dat het eigenlijk anders zit.” (…) “Er

komt geen energie vrij als je formaldehyde vormt. Dat kan nooit explosies

veroorzaken.” Spierenburg en zijn medestudenten ontdekten dat tijdens

de reactie waterstofgas, koolstofmono-oxide en koolstofdioxide

ontstonden. “Je vormt wel formaldehyde, maar dat reageert direct weer

door tot onder andere het waterstofgas”, verklaart Spierenburg. “Bij die

reactie komt wel genoeg energie vrij en de waterstof zorgt voor de

explosies.”

Platina reageert als katalysator in dit experiment.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef een karakteristieke eigenschap van een katalysator.

− Licht toe hoe uit de samenstelling van de ontstane stoffen in regel 6

van het tekstfragment is af te leiden dat platina een katalysator is.

Formaldehyde is een gas met een sterke geur en een geurdrempel van

0,83 cm³ m^–3. Dit betekent dat de geur van formaldehyde te ruiken is

wanneer minimaal 0,83 cm³ formaldehyde aanwezig is per m³.

Bereken de massa in gram formaldehyde die minimaal in een klaslokaal

aanwezig is op het moment dat er formaldehyde geroken kan worden.

Gebruik de volgende informatie:

− De formaldehyde (CH₂O) is gelijkmatig verdeeld over het lokaal.

− Het volume van het lokaal is 156 m³.

− 1,00 mol formaldehydegas heeft een volume van 2,40∙10⁴ cm³.

De reactie die in regel 2-3 van het tekstfragment wordt beschreven, is

hieronder weergegeven.

Geef de vergelijking van reactie 1 in structuurformules.

In regel 3-4 wordt de volgende bewering gedaan: “Er komt geen energie

vrij als je formaldehyde vormt.”

Leg uit of deze bewering juist is. Doe dit aan de hand van een berekening

van de reactiewarmte van reactie 1.

− Gebruik Binas-tabel 57B of ScienceData-tabel 9.2b.

− Gebruik de systematische naam van formaldehyde: methanal.

De demonstratieproef kan worden uitgebreid. Hierbij worden de gassen

door een oplossing van calciumhydroxide (Ca(OH)₂) geleid, waardoor de

oplossing waarneembaar verandert. Deze verandering wordt veroorzaakt

doordat het ontstane gas koolstofdioxide reageert met de

calciumhydroxide-oplossing. Hierbij ontstaat de stof calciumcarbonaat.

Deze reactie is een zuur-basereactie.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef aan welke waarneming wordt gedaan aan de

calciumhydroxide-oplossing.

− Verklaar deze waarneming aan de hand van Binas-tabel 45A of

ScienceData-tabel 8.4d.