Eindexamen scheikunde vwo 2026, tijdvak 2

Geef de reactievergelijking voor de vorming van een alkaan via de

Fischer-Tropsch-reactie. Gebruik C_nH_2n+2 als algemene formule van een

alkaan.

De benodigde koolstofmono-oxide en waterstof kunnen uit allerlei

grondstoffen worden bereid, zoals kolen, aardgas of biomassa.

Biomassa moet worden voorbewerkt, bijvoorbeeld door het te verhitten,

waardoor het gehalte koolstof stijgt. In figuur 1 is een schema gegeven

van de energiestromen tijdens het verhitten van biomassa.

Bereken het energierendement van deze omzetting van biomassa tot

bewerkte biomassa.

De bewerkte biomassa wordt vervolgens met lucht omgezet tot een

gasmengsel dat onder andere koolstofmono-oxide en waterstof bevat.

In figuur 2 is een onvolledig blokschema weergegeven van een fabriek die

met behulp van de Fischer-Tropsch-reactie stoffen zoals nafta en diesel

produceert.

In reactor 1 (R1) treden de Fischer-Tropsch-reactie en evenwicht 1 op.

Van evenwicht 1 is de reactiewarmte van de reactie naar rechts

– 4,1·10⁴ J per mol CO. De verhouding tussen de stoffen CO en H₂ in de

stofstroom die R1 verlaat, kan worden geoptimaliseerd door de

omstandigheden in de reactor te variëren. Door de temperatuur te

veranderen, kan via evenwicht 1 meer of juist minder H₂ gevormd worden.

Leg uit of de temperatuur verhoogd of verlaagd moet worden om

evenwicht 1 meer naar rechts te laten verschuiven.

De reacties in R1 verlopen niet volledig. Een nadeel van de Fischer-

Tropsch-reactie is dat in R1 een mengsel ontstaat waarin zich alkanen

bevinden met één tot zeer veel koolstofatomen per molecuul. Dit mengsel

wordt met C₁₊ aangeduid.

In scheidingsruimte 2 (S2) wordt de fractie alkanen met vijf of meer dan

vijf koolstofatomen per molecuul (C₅₊) afgescheiden van de rest van het

reactiemengsel. De rest van het mengsel, waarin zich onder andere de

alkanen bevinden met 1 tot en met 4 C-atomen per molecuul (C₁-C₄),

wordt doorgevoerd naar scheidingsruimte 4 (S4). In S4 wordt het mengsel

afkomstig uit S2 gescheiden met behulp van extractie. Dit wordt gedaan

omdat een scheiding van de stoffen door afkoeling van het mengsel niet

het gewenste resultaat geeft. Het extractiemiddel dat wordt gebruikt, is

niet opgenomen in het blokschema.

Leg uit, met behulp van de kookpunten van de betrokken stoffen, dat deze

scheiding in S4 inderdaad niet kan worden uitgevoerd door afkoeling van

het mengsel.

− Gebruik informatie uit het blokschema;

− Neem hierbij aan dat het kookpunt van CO₂ 195 K is;

− Gebruik je informatieboek.

De fractie C₁-C₄ afkomstig uit S4 wordt in reactor 3 (R3) met behulp van

zuurstof geheel omgezet tot waterstof en koolstofmono-oxide. R3 is niet in

het blokschema opgenomen. De fractie C₅₊ afkomstig uit S2 ondergaat in

reactor 2 (R2) een reactie die hydrocracking wordt genoemd. Tijdens

hydrocracking worden C–C-bindingen in de alkanen verbroken. Hierbij

ontstaan onder andere onverzadigde koolwaterstoffen. Vervolgens

worden in dezelfde reactor de ontstane onverzadigde koolwaterstoffen

met waterstof onder invloed van een katalysator omgezet tot alkanen. Op

de uitwerkbijlage is het energiediagram voor de vorming van propaan uit

propeen (R2) tweemaal onvolledig weergegeven: met en zonder

katalysator.

Voer op de uitwerkbijlage de volgende opdrachten uit:

− Leg uit of deze vorming van propaan uit propeen een exotherme of

een endotherme reactie is. Gebruik Binas-tabel 57 of

ScienceData-tabel 9.2.

− Teken de ontbrekende energieniveaus met bijbehorende bijschriften

zodat duidelijk wordt wat de invloed van de katalysator is.

Door de reacties in R2 ontstaat uiteindelijk een mengsel dat weer kan

worden aangeduid met C₁₊. In S3 wordt het mengsel afkomstig uit R2

gescheiden in vier fracties. De fractie C₁-C₄ wordt teruggevoerd in het

proces. De fracties C₅-C₁₁ en C₁₂-C₂₀ worden verkocht als nafta en

diesel. Van de fractie C₂₁₊ wordt een deel verkocht en de rest wordt

teruggevoerd in het proces. In het blokschema ontbreekt een aantal

stofstromen. Ook ontbreekt R3.

Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet.

− Teken R3.

− Teken de ontbrekende pijlen en noteer de ontbrekende stofnamen die

daarbij horen. Houd daarbij rekening met terugvoer van stoffen.

Noem de twee soorten bindingen die hierbij tussen de DNA-strengen

worden verbroken.

In figuur 1 is weergegeven hoe men bij zo’n DNA-analyse te werk gaat.

De stappen van de DNA-analyse in figuur 1 zijn hieronder beschreven:

1 Het DNA van het te onderzoeken monster wordt vermenigvuldigd tot

miljoenen kopieën DNA.

2 Deze kopieën DNA worden verdeeld over vier verschillende

reageerbuisjes en door behandeling met hitte enkelstrengs gemaakt.

3 In deze reageerbuisjes zitten ook de basen A, C, T en G. Behalve

deze basen bevatten de buisjes ook één speciaal soort base: een

dideoxy-base (dd). Elk buisje bevat een andere dd-base: ddA, ddT,

ddC of ddG. In elk buisje wordt de matrijsstreng gebruikt om een

nieuwe coderende streng te maken.

4 Zodra een dd-base wordt gekoppeld aan een groeiende coderende

streng, stopt de groei van deze streng. De coderende strengen die zo

ontstaan, hebben alle mogelijke lengtes.

5 Van elk buisje wordt het ontstane dubbelstrengs-DNA weer omgezet

tot enkelstrengs-DNA. Dit enkelstrengs-DNA wordt op lengte

gescheiden. Uit het resultaat van de scheiding is de DNA-volgorde af

te lezen van de coderende streng.

De concentratie van een dd-base moet bij deze methode ongeveer 100x

zo groot zijn als de concentratie gewone basen (A, C, T en G). Bij veel

lagere of veel hogere concentraties dd-base leidt de analyse van een

DNA-monster niet tot het gewenste resultaat.

Leg uit dat bij de beschreven methode een veel hogere concentratie

dd-base niet leidt tot het gewenste resultaat.

De fragmenten coderend DNA die worden gebruikt in stap 5 zijn negatief

geladen. Onder invloed van elektrische spanning worden de fragmenten

op lengte gescheiden in een polyacrylamide-gel. Deze gel bevat een

netwerkpolymeer van methyleen-bis-acrylamide (BIS) en acrylamide. Zie

figuur 2. Het monomeer BIS zorgt voor de vorming van crosslinks.

Teken de structuurformule van een gedeelte van de polyacrylamide-gel.

− Dit gedeelte moet komen uit het midden van het polymeer en moet zijn

gevormd uit één eenheid BIS en twee eenheden acrylamide.

− In de structuurformule moet duidelijk worden hoe twee ketens door

middel van een crosslink zijn verbonden.

In de gel zijn ruimtes tussen de ketens van het netwerkpolymeer. De

DNA-fragmenten bewegen hier doorheen. Het percentage BIS in het

netwerkpolymeer bepaalt hoe groot deze ruimtes zijn. De

DNA-fragmenten die gescheiden moeten worden kunnen lang of kort zijn.

Afhankelijk van de lengte van deze DNA-fragmenten is een ander

percentage BIS te adviseren.

Leg uit of voor een goede scheiding van lange DNA-fragmenten een

relatief hoog of een relatief laag percentage BIS moet worden gebruikt bij

het maken van het netwerkpolymeer.

Tijdens de analyse van een DNA-monster is na stap 2 het volgende

matrijs-DNA start AGCCTGGCGACCATCGAG

Aan dit monster is in stap 3 behalve A, C, T en G ook ddG toegevoegd.

Vanaf de ‘start’ wordt tegen de matrijs-streng een coderende streng

gevormd. In figuur 3 is het resultaat weergegeven van de scheiding van

deze coderende strengen (stap 5).

Geef de basevolgorde van de coderende streng van het fragment met

nummer 2 in figuur 3.

Door middel van DNA-analyse kan gemonitord worden of er bij een virus

mutaties optreden in het DNA. Met behulp van de 1-lettersymbolen van

aminozuren kan men dit soort mutaties vereenvoudigd weergeven. Zo

geeft bijvoorbeeld de notatie ‘V408M’ een mutatie weer waarbij op plaats

408 van een eiwit een valine-eenheid is vervangen door een methionine-

eenheid. Bij het monitoren van het Cowpox-virus werd een mutatie

gevonden die is weergegeven in figuur 4.

De code voor het aminozuur met nummer 1 begint bij het basenpaar met

nummer 1. Figuur 4 toont de coderende streng van het DNA.

Leid met behulp van het gegeven voorbeeld af wat de notatie is van de

mutatie in figuur 4.

Geef de molecuulformules van stof X en van stof Y.

Op de uitwerkbijlage zijn de structuurformules van enkele stoffen uit het

proces weergegeven.

Voer op de uitwerkbijlage de volgende opdrachten uit:

− Geef per stof aan of stereo-isomerie niet of wel mogelijk is. Doe dit

door steeds ‘niet’ of ‘wel’ te omcirkelen.

− Als stereo-isomerie wel mogelijk is, geef dan aan welke vorm van

stereo-isomerie dat is.

Ferulazuur bevindt zich in de afvalstromen van de verwerkingsprocessen

van rijst, tarwe en maïs. Ferulazuur reageert bij

met waterkoolstofdioxide De

vergelijking van deze reactie is onvolledig weergegeven op de

uitwerkbijlage.

Maak op de uitwerkbijlage deze vergelijking compleet. Gebruik

structuurformules.

De omzetting van ferulazuur (C₁₀H₁₀O₄) tot catechol (C₆H₆O₂) heeft een

E-factor van 2,0.

Bereken het rendement van deze reactie. Neem hierbij aan dat ferulazuur

en water in de molverhouding van de reactievergelijking uit vraag 15

aanwezig zijn.

Polydopamine kan op het oppervlak van een voorwerp worden

aangebracht, door het voorwerp in contact te brengen met een oplossing

van onder andere dopamine en de stof Tris. Tris is een zwakke base. In

deze oplossing treedt evenwicht 1 op.

De oplossing met Tris heeft een pH van 8,5. De waarde van de K_b van

Tris is .

Bereken hoeveel procent van de aanwezige deeltjes Tris en

Tris-H⁺ aanwezig is in de vorm van Tris.

Polydopamine heeft een complexe structuur die nog niet geheel is

opgehelderd. In figuur 3 zijn twee reacties in het vormingsproces van

polydopamine vereenvoudigd weergegeven: een redoxreactie en een

ringsluiting.

De vergelijking van de halfreactie waarbij stof P wordt omgezet tot stof Q

is hieronder weergegeven.

(C₈H₉O₂N)_n + 2n OH

Voor de omzetting van stof P tot stof Q is zuurstof nodig. Zuurstof wordt

hierbij omgezet tot waterstofperoxide (H₂O₂).

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de vergelijking van de halfreactie van zuurstof tot

waterstofperoxide.

− Geef de totaalvergelijking van de redoxreactie.

De ringsluiting verloopt in een aantal stappen. In de eerste stap wordt de

vijfring gevormd. In deze stap speelt een grensstructuur van de

monomeereenheid in stof Q een belangrijke rol.

In deze grensstructuur heeft uitsluitend het koolstofatoom waaraan het

stikstofatoom gaat binden een formele lading van 1+. Hierdoor kan het

stikstofatoom optreden als nucleofiel deeltje. Deze grensstructuur is

onvolledig weergegeven op de uitwerkbijlage.

Maak op de uitwerkbijlage de lewisstructuur van deze grensstructuur

compleet:

− Geef ook formele ladingen aan.

− Alleen het koolstofatoom met de formele lading voldoet niet aan de

octetregel.

Polydopamine (stof R) hecht zowel aan hydrofiele als aan hydrofobe

oppervlakken.

Leg uit dat polydopamine aan hydrofiele oppervlakken hecht.

Voer de volgende opdrachten uit:

1 Bereken van ijzer de energie-inhoud in kWh kg^–1 en de

energiedichtheid in kWh dm^–3 (T = 293 K).

− Gebruik hierbij 1,0 Wh = 3,6·10³ J.

2 Teken op de uitwerkbijlage het punt van Fe in de grafiek.

Als een vrachtwagen rijdt op een alternatieve brandstof, moet worden

voldaan aan twee belangrijke eisen:

Eis 1 Het benodigde volume van de brandstoftank mag niet te groot zijn,

want dan blijft er te weinig ruimte voor een vracht over.

Eis 2 De benodigde massa brandstof mag niet te groot zijn, want dan

kost het vervoer van de brandstof zelf veel extra energie.

Leg uit aan de hand van de figuur op de uitwerkbijlage of volgens deze

eisen diesel of zink de beste brandstof is. Betrek beide eisen in je

antwoord.

Bij het gebruik van metalen als brandstof voor vrachtwagens bestaat de

mogelijkheid om het verbrandingsafval te recyclen, namelijk door het

metaaloxide met waterstof te laten reageren. De optimale temperatuur

voor de reactie van ijzer(III)oxide (Fe₂O₃) met waterstof ligt tussen 970 K

en 1120 K.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Geef de vergelijking van de reactie van ijzer(III)oxide met waterstof tot

ijzer en één andere stof.

− Bereken de reactiewarmte in joule per mol gevormd ijzer. Gebruik de

waardes van de vormingswarmtes uit je informatieboek.

Waterstof kan op industriële schaal worden geproduceerd door elektrolyse

van water. Een andere manier om waterstof te maken gaat via stoom-

reforming van methaan. Hierbij treden twee reacties op:

CH₄ + H₂O CO + 3 H₂ reactiewarmte: + 206 kJ per mol CH₄

CO + H₂O CO₂ + H₂ reactiewarmte: – 41 kJ per mol CO

Als eindproducten uit deze reactie worden uitsluitend CO₂ en H₂

verkregen. Bij stoom-reforming komt in totaal per kilogram waterstof

9,0 kg CO₂ vrij. Een gedeelte daarvan komt vrij als product van reactie 2.

Hoeveel dit is, kan worden afgeleid uit de reactieverhoudingen in reacties

1 en 2. Er wordt echter ook nog extra CO₂ uitgestoten. Deze extra uitstoot

van CO₂ wordt door andere processen veroorzaakt.

Bereken de massa in kilogram CO₂ die vrijkomt door andere processen bij

de productie van 1,0 kg waterstof. Noteer de uitkomst in het juiste

Een groot deel van de extra CO₂-uitstoot bij stoom-reforming kan worden

verklaard met behulp van de gegeven reactiewarmtes.

Leg uit hoe de extra CO₂-uitstoot bij stoom-reforming kan worden

verklaard. Dit kan eventueel aan de hand van een berekening.