Eindexamen scheikunde havo 2001 tijdvak 1 (nieuwe stijl)

opgave 1Nieuw element

Onderzoekers in Rus

n ni e m en e a n e g b

onderstaand tekstfragment.

Een doelw t van lood wordt gebombardeerd met atomen v n

b jvoorbee d nikkel, ijzer en titaan.

Deze atomen zijn eerst ontdaan van een aantal elektronen Z

hebben daa door elektrische lading waardoor zorgvuldig afg

elektrische velden voor een versnelling kunnen zorgen. B

bepaalde snelheid kan een botsing een heel enkele keer leide

kernfusie. Hierb

n eme. B

neutron uitgezond

naar: Natuur en Techniek

12p

Zijn de nikkeldeeltjes

ge V r

wo d

w ord een egev i

bovenstaand tekstfragment.

Bij het samensmelten van de kern van en loodatoom met massa

figuur 1

23p

Wat is het aa

Noteer je antw

aantal proto

opgave 2Ontzwaveling

$De allereerste bewerking die ruwe aardolie in een raffinaderij ondergaat, is destillatie. Hierbij wordt de ruwe olie gescheiden in fracties. De fracties die bestaan uit stoffen met lage kookpunten worden gebruikt als brandstof of als grondstof voor de chemische industrie. Een deel van de…$

De allereerste bewerking die ruwe aardolie in een raffinaderij ondergaat, is destillatie. Hierbij wordt de ruwe olie gescheiden in fracties. De fracties die bestaan uit stoffen met lage kookpunten worden gebruikt als brandstof of als grondstof voor de chemische industrie. Een deel van de hoogkokende fracties wordt gekraakt, waardoor stoffen met lagere kookpunten verkregen worden.

$Een stof die zich in zo’n hoogkokende fractie kan bevinden, is eicosaan. Eicosaan is een onvertakt alkaan, waarvan de moleculen 20 koolstofatomen bevatten. Door kraken kunnen eicosaanmoleculen worden omgezet in kleinere moleculen. Bij het kraken kan één eicosaanmolecuul zich splitsen in drie…$

Een stof die zich in zo’n hoogkokende fractie kan bevinden, is eicosaan. Eicosaan is een onvertakt alkaan, waarvan de moleculen 20 koolstofatomen bevatten. Door kraken kunnen eicosaanmoleculen worden omgezet in kleinere moleculen. Bij het kraken kan één eicosaanmolecuul zich splitsen in drie kleinere koolwaterstofmoleculen.

Geef de vergelijking van een reactie waarbij één eicosaanmolecuul zich splitst in drie kleinere koolwaterstofmoleculen. Geef de koolwaterstoffen hierbij weer met molecuulformules. Aardolieproducten die gebruikt worden als brandstof dienen uit milieuoverwegingen te worden ontzwaveld. Dit ontzwavelen kan gebeuren door een reactie met waterstof. Bij deze reactie ontstaat het gas waterstofsulfide (H 2 S). Een voorbeeld van een zwavelverbinding is thiofeen.Als thiofeen met waterstof reageert, ontstaan waterstofsulfide en stof Y.Van thiofeen is hieronder een vereenvoudigde structuurformule weergegeven. De symbolen C en H en de bindingen tussen C en H zijn hierin weggelaten.Van stof Y is een meer gebruikelijke structuurformule gegeven. thiofeen stof Y

Geef de vergelijking van de reactie van thiofeen met waterstof. Geef de stoffen hierbij weer met molecuulformules.

Geef de systematische naam van stof Y. Door het ontzwavelen bevatten de afvalgassen van een raffinaderij H 2 S. Dit is een stinkend en giftig gas en moet dus worden verwijderd. Een geschikte methode hiervoor is het zogenoemde Claus-proces. Deze methode is alleen geschikt voor gasstromen die meer dan 20 volumeprocent H 2 S bevatten. In afvalgassen van raffinaderijen is het gehalte H 2 S lager dan 20 volumeprocent. De concentratie van H 2 S moet dus worden verhoogd. Hiertoe leidt men de H 2 S-houdende gasstroom door een organisch oplosmiddel. H 2 S lost hierin uitstekend op, de rest van de gassen niet.

Geef de naam van de scheidingsmethode die hier wordt toegepast. Daarna wordt stoom door de oplossing geblazen, waarbij een gasmengsel ontstaat dat meer dan 20 volumeprocent H 2 S bevat. Dit gasmengsel is geschikt voor het Claus-proces. Dit proces bestaat uit twee stappen. Bij de eerste stap wordt een deel van het H 2 S verbrand: stap 1: 2 H 2 S + 3 O 2 → 2 SO 2 + 2 H 2 O Het ontstane SO 2 reageert daarna met de rest van het H 2 S: stap 2: 2 H 2 S + SO 2 → 3 S + 2 H 2 O In stap 1 reageert een deel van het H 2 S met zuurstof. De hoeveelheid zuurstof die in stap 1 wordt toegevoegd, wordt zo gekozen dat precies die hoeveelheid SO 2 ontstaat die nodig is om in stap 2 met de rest van het H 2 S te reageren. Op deze wijze blijft er na stap 2 geen H 2 S en geen SO 2 over.

Hoeveel mol O 2 is nodig om 1,0 mol H 2 S volledig om te zetten in S en H 2 O? Geef een verklaring voor je antwoord.

opgave 3Evenwicht

Wanneer een ijzer(III)nitraatoplossing wordt toegevoegd aan een oplossing van kaliumthiocyanaat (KSCN) stelt zich het volgende evenwicht in: Fe 3+ + SCN - ←/→ FeSCN 2+ (evenwicht 1) De FeSCN 2+ ionen geven aan de oplossing een rode kleur. Bas wil de evenwichtsconstante van dit evenwicht bepalen. De evenwichtsconstante kan berekend worden met behulp van de evenwichtsvoorwaarde: [FeSCN 3+ 2+ ] - = K [Fe ] [SCN ] Bas lost 0,200 mmol ijzer(III)nitraat en 0,200 mmol kaliumthiocyanaat op in 20,0 mL water. Na het instellen van het evenwicht blijkt 0,146 mmol FeSCN 2+ gevormd te zijn.

Bereken de evenwichtsconstante K van dit evenwicht. Wanneer aan de rode oplossing overmaat ijzerpoeder wordt toegevoegd, treedt een redoxreactie op waarbij alleen ijzerpoeder (Fe) met Fe 3+ reageert.

Geef de vergelijkingen van de beide halfreacties en de vergelijking van de totale redoxreactie van Fe met Fe 3+ . Na goed schudden verdwijnt de rode kleur.

opgave 4Waterstofperoxide

De concentratie van waterstofperoxide (H 2 O 2 ) in een oplossing van waterstofperoxide wordt langzaam lager. Dit wordt veroorzaakt door het optreden van de volgende ontledingsreactie: 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 Deze ontledingsreactie kan worden opgevat als een redoxreactie, waarbij sommige waterstofperoxidemoleculen reageren als reductor en andere waterstofperoxidemoleculen als oxidator.

Geef de vergelijkingen van de beide halfreacties van de ontleding van waterstofperoxide in neutraal milieu.

Joske krijgt de opdracht om de ontleding van waterstofperoxide te onderzoeken. Zij doet een hoeveelheid van een waterstofperoxide-oplossing in een erlenmeyer die verbonden is met een gasmeetspuit.Vervolgens voegt ze een katalysator toe om de ontleding te versnellen. Met behulp van een computerprogramma wordt op het beeldscherm weergegeven hoeveel mmol zuurstof tijdens de ontleding is gevormd. Na afloop van de ontleding heeft Joske op het beeldscherm een diagram dat het verband aangeeft tussen de tijd (horizontaal) en de hoeveelheid zuurstof die ontstaan is (verticaal). diagram

Geef aan hoe uit het diagram blijkt dat de reactiesnelheid tussen t = 50 s en t = 100 s groter is dan tussen t = 100 s en t = 150 s. In het diagram is af te lezen dat na een bepaald tijdstip de hoeveelheid zuurstof niet meer toeneemt. Op dit tijdstip is alle waterstofperoxide ontleed.

opgave 5Zeep

Vetvlekken in textiel kunnen niet verw jderd worden door het textiel te spoelen m

water.

to di geb

C H

152p

water.

163p

Dierlijke vetten zijn grondstoffen voor d

stof A

173p

Geef de systematische naam van stof A.

Grondstoffen zijn te verdelen in de volgende twee c

h w a

e e ken n et a v a te

niet-hernieuwbare grondstoffen; hiervoor geldt „op is op”.

182p

opgave 6Hard water

Hard water bevat opgeloste calcium- en magnesiumzouten. Naast de ionsoorten Ca 2+ en Mg 2+ bevat hard water als negatieve ionsoort hoofdzakelijk HCO 3 - .

Geef de naam van de ionsoort HCO - . 3 Eén van de hinderlijke gevolgen van de aanwezigheid van bovengenoemde ionsoorten is dat ze bij verhitting van het water met elkaar kunnen reageren onder vorming van CaCO 3 en MgCO 3 . Deze vaste stoffen vormen een hechte aanslag (kalkaanslag) op de wanden van fluitketels en van verwarmingsapparaten, op douchekoppen en kranen. Deze aanslag is te verwijderen met een zure oplossing. Bij de reactie van CaCO 3 met een zure oplossing verdwijnt de vaste stof en ontstaat onder andere een gas.

Geef de vergelijking van de reactie van CaCO 3 met een zure oplossing, waarbij onder andere een gas ontstaat. Dirk wil de kalkaanslag in een fluitketel verwijderen met behulp van een oplossing van azijnzuur.Volgens Eva is de kalkaanslag veel eerder verdwenen als je zoutzuur gebruikt van dezelfde molariteit als de oplossing van azijnzuur.

Leg uit dat een bepaalde hoeveelheid kalkaanslag sneller verdwenen is met zoutzuur dan met een azijnzuuroplossing van dezelfde molariteit. Het gebruik van zure oplossingen zoals zoutzuur en azijn wordt afgeraden bij het verwijderen van kalkaanslag op aluminium oppervlakken, bijvoorbeeld aan de binnenkant van een aluminium fluitketel. Je loopt dan namelijk kans dat ook het aluminium met de zure oplossing gaat reageren. De reactie van aluminium met een zure oplossing is een redoxreactie.

Geef de formule van de oxidator en de formule van de reductor bij de reactie van aluminium met zoutzuur. Noteer je antwoord als volgt: oxidator: … reductor: …

Een ander nadeel van hard water is dat het met zeep kan reageren. Hierbij slaan de zeepdeeltjes met de Ca 2+ en/of Mg 2+ ionen neer. Deze zeepdeeltjes kunnen daardoor niet aan het wasproces deelnemen. Daarom worden wasmiddelen meestal gemengd met onthardingsmiddelen. Deze onthardingsmiddelen reageren dan eerst met de Ca 2+ en Mg 2+ ionen, zodat alle zeep voor het wasproces beschikbaar blijft. Sinds enige jaren is een zogenoemde „Antikalk Magneet” in de handel waarvan men beweert dat die er voor zorgt dat de ongemakken van het gebruik van hard water worden voorkomen. Zo’n magneet wordt om de waterleidingbuis aangebracht. De ouders van Dirk hebben zo’n magneet gemonteerd, en Dirk vraagt zich af of ze nu thuis wasmiddel zonder onthardingsmiddel kunnen gaan gebruiken. Hij wil een reageerbuisproefje uitvoeren om dat te onderzoeken. Hij kan over de volgende vier oplossingen beschikken: een oplossing van een wasmiddel zonder onthardingsmiddel een oplossing van een wasmiddel met onthardingsmiddel hard water (leidingwater) leidingwater dat langs de Antikalk Magneet is gestroomd. Dirk kiest voor dit onderzoek twee van deze oplossingen en voegt deze bij elkaar in een reageerbuis.

Geef aan welke twee oplossingen hij moet gebruiken en waar hij op moet letten. In een folder die de Antikalk Magneet aanprijst, staat onder het kopje „Hoe vormt de kalklaag zich?” het volgende (de zinnen zijn in dit stukje genummerd):

opgave 7tekstfragment 2 Hoe vormt de kalklaag zich?

(1) De verhardingszouten calcium en magnesium die bij het verwarmen van water vrijkomen, binden zich met elkaar waardoor ze kalkaanslag vormen. (2) Deze aanslag vormt een hechte laag op leidingwanden, boilerwand, bodem van de ketel, verwarmingselement etc. (3) Logisch dat het energieverbruik toeneemt. (4) Evenals de kans op storingen. (5) Een verkalkte geiser of verwarmingselement geeft z’n warmte niet snel genoeg aan het water af omdat de kalklaag ertussen zit. (6) De doorstroombuisjes in de combiketel slibben dicht door kalk. (7) Het te verwarmen water bereikt daardoor niet de gewenste temperatuur. (8) Terwijl het energieverbruik aanzienlijk stijgt, daalt de effectiviteit en neemt de storingskans toe. In dit fragment staan onjuistheden. Ook staan er zinnen in die niet thuishoren onder het kopje „Hoe vormt de kalklaag zich?”

Geef een passend kopje voor het deel van de tekst dat niet thuishoort onder het kopje „Hoe vormt de kalklaag zich?” In zin 1 staan enkele onjuistheden.

Schrijf een zin die zin 1 in het tekstfragment kan vervangen en waar geen onjuistheden meer in voorkomen. Maak hierbij gebruik van gegevens die in de tekst van deze opgave zijn vermeld.

opgave 8tekstfragment 3 Scheutje kunstmest maakt diesel schoner

Dieselmotoren stoten veel verzurende stoffen uit doordat ze het zonder katalysator moeten stellen. In Delft is een techniek ontwikkeld om in dit manco te voorzien. Vrachtauto’s moeten dan wel met een kunstmesttank worden uitgerust. 1 De NO x -uitstoot door het verkeer daalt gestaag 26 ontwijken naar de atmosfeer. 2 sinds de invoering van de katalysator voor 3 benzinemotoren. Daarmee worden koolstof- 4 mono-oxide, stikstofoxiden en onverbrande 5 koolwaterstoffen effectief te grazen genomen. 30 Elke vrachtwagen uitrusten met een 6 In chemische termen: een deel van het 7 koolstofmono-oxide en de onverbrande 8 koolwaterstoffen worden verbrand tot 9 koolstofdioxidegas en water, de rest reageert 10 met NO x onder andere tot onschuldig 11 stikstofgas. 12 Katalysatoren voor benzinemotoren kunnen 13 niet gebruikt worden om NO x uit de uit- 14 laatgassen van dieselmotoren te halen, 15 doordat de dieselmotor met een grote 16 overmaat aan lucht werkt. De stikstofoxiden 17 komen daardoor niet aan bod en worden 18 ongemoeid gelaten. 19 De uit Japan afkomstige promovendus E. Ito 20 ontwikkelde aan de Technische Universiteit 21 Delft een nieuwe katalysator die de 22 stikstofoxiden uit de uitlaatgassen van diesel- 47 hebben, want de katalysator blijkt ook in staat 23 motoren in contact weet te brengen met 24 ammoniak. Het resultaat is dat de schadelijke 25 stikstofoxiden als onschuldig stikstofgas naar: de Volkskrant In regel 3 tot en met 5 van dit tekstfragment wordt een aantal stoffen genoemd. Enige van deze stoffen werken verzurend.

Geef de naam van een zuur dat uit een van deze verzurende stoffen kan ontstaan. In regel 6 tot en met 11 worden de reacties beschreven die optreden in de katalysator voor benzinemotoren.

Geef de vergelijking van de beschreven reactie van koolstofmono-oxide met stikstofdioxide (NO 2 ). Bij dieselmotoren reageren koolstofmono-oxide en de onverbrande koolwaterstoffen niet met stikstofoxiden, maar met een andere stof (regel 12 tot en met 18).

Geef de naam van de stof waarmee koolstofmono-oxide en de onverbrande koolwaterstoffen, bij gebruik van een dergelijke katalysator bij dieselmotoren, zouden reageren.

Het door de Delftse onderzoekers ontwikkelde proces kan schematisch als volgt worden weergegeven: blokschema In dit blokschema ontbreken de namen van een aantal stoffen die wel in het artikel worden genoemd. Een aantal van deze stoffen moet in het blokschema bij A en B vermeld worden.

Neem de onderstaande tabel over en geef bij de genoemde stoffen met ja of nee aan of de stof bij A en of de stof bij B in het blokschema vermeld moet worden. Als voorbeeld is dit voor koolstofmono-oxide en voor stikstof al ingevuld. bij A bij B koolstofmono-oxide: ja nee stikstof ja ja ammoniak .. .. koolstofdioxide .. .. stikstofoxiden .. .. ureum .. .. In kranten en tijdschriften worden de namen van chemische processen nogal eens op een onjuiste manier gebruikt. In regel 36 tot en met 39 staat dat ureum ontleedt. Dit is onjuist, deze reactie is geen ontledingsreactie.

Geef aan waarom deze reactie geen ontledingsreactie genoemd mag worden. Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.

Zure regen Met 1 miljard ton verstookte steenkool per jaar is China de belangrijkste producent van koolstofdioxide en zwaveldioxide ter wereld. De zure regen die het resultaat is van de verbranding van zwavelhoudende steenkool, bevat opgelost zwavelzuur. Dit opgeloste zwavelzuur ontstaat in de lucht in twee stappen uit zwaveldioxide. Eerst wordt het zwaveldioxide omgezet tot zwaveltrioxide. Dit zwaveltrioxide reageert vervolgens met (regen)water tot een oplossing van zwavelzuur.