bronnen

Eindexamen scheikunde havo 2002, tijdvak 1 (oude stijl)

opgave 1Rood kwik

tekst- Er verschenen de afgelopen jaren fragment 1 met enige regelmaat artikelen over ’ rood kwik ’ in de pers , zonder dat bewijzen boven tafel kwamen over het bestaan ervan , of over de vermeende chemische eigenschappen. Rood kwik is een chemische verbinding met de formule Hg 2 Sb 2 O 7 . Er zou…

tekst- Er verschenen de afgelopen jaren fragment 1 met enige regelmaat artikelen over ’ rood kwik ’ in de pers , zonder dat bewijzen boven tafel kwamen over het bestaan ervan , of over de vermeende chemische eigenschappen. Rood kwik is een chemische verbinding met de formule Hg 2 Sb 2 O 7 . Er zou een kleine kernfusiebom mee gemaakt kunnen worden , een soort atoombom in broekzakformaat , luidt een van de claims. Dr. D. IJdo , werkzaam aan de Rijksuniversiteit Leiden , lacht naar: de Volkskrant Rood kwik kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit drie ionsoorten: O 2 – ionen, Hg 2 + ionen en antimoonionen.

→ Leid uit de formule van rood kwik de lading van deze antimoonionen af. Het is echter waarschijnlijker dat rood kwik bestaat uit Hg 2 + ionen en samengestelde ionen met de formule Sb 2 O 7 4 – .
→ Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een ion Sb 2 O 7 4 – ? Noteer je antwoord als volgt: aantal protonen: ... aantal elektronen: ...
→ Geef de reactievergelijking voor de vorming van rood kwik volgens de beschreven bereidingswijze.
→ Bereken hoeveel gram kwikoxide minimaal nodig is om 1,0 gram rood kwik op de beschreven wijze te bereiden.

opgave 2Wegwerpluiers

Sommige polymeren hebben de eigenschap dat ze water absorberen. Een polymeer met deze eigenschap
kan door additiepolymerisatie gevormd worden uit het monomeer met de volgende structuurformule:
H C OH O H H C C
53p
Geef de systematische naam van dit monomeer.
63p
Teken een stukje uit het midden van de structuurformule van het polymeer dat uit dit monomeer
gevormd wordt. In het getekende stukje moeten drie monomeer-eenheden zijn verwerkt.
Het vochtabsorberende vermogen wordt sterk vergroot als men dit polymeer laat reageren met
natronloog. Het ontstane polymeer, dat kan worden weergegeven met de formule
(-C2H3COONa-)n, kan per monomeer-eenheid 300 watermoleculen opnemen!
Dit polymeer wordt gebruikt als vochtabsorberend materiaal in wegwerpluiers. In een bepaalde
wegwerpluier is 25,0 gram van dit polymeer (-C2H3COONa-)n verwerkt.
73p
Bereken hoeveel gram water door het polymeer van deze wegwerpluier kan worden opgenomen.

opgave 3Magnesium(oxide)

Magnesium is een onedel metaal. Wanneer het in contact met de lucht wordt bewaard, wordt het al snel
bedekt met een laagje magnesiumoxide (MgO).
82p
Geef de vergelijking van de reactie van magnesium tot magnesiumoxide.
Magnesium reageert ook snel met oplossingen van sterke zuren. Bij de redoxreactie die dan optreedt,
ontstaat waterstofgas en er komt een aanzienlijke hoeveelheid warmte vrij.
93p
Geef de vergelijking van de reactie van magnesium met een oplossing van een sterk zuur.
102p
Teken een energiediagram van de reactie van magnesium met een oplossing van een sterk zuur.
Vermeld de termen beginstoffen en reactieproducten bij de juiste energieniveau’s.
Om te bepalen hoeveel warmte er vrijkomt als magnesium met zoutzuur reageert, voeren Ludo en
Janine de volgende proef uit:
Zij doen 50 mL zoutzuur in een goed geïsoleerd bekerglas. De temperatuur van het zoutzuur is 18,0 oC.
In dit zoutzuur wordt 0,15 gram zuiver magnesiumlint gebracht. Bijna onmiddellijk zien ze belletjes
ontstaan. Als al het magnesium gereageerd heeft, meten ze de temperatuur van de ontstane oplossing;
deze blijkt 31,2 oC te zijn.
112p
Bereken de energie in J die door deze oplossing is opgenomen. Neem bij de berekening aan dat de
dichtheid van het zuur en van de oplossing 1,0 g mL–1 is, dat de soortelijke warmte van de oplossing
4,2 J g–1 K–1 is en dat er geen warmte-uitwisseling met het bekerglas plaatsvindt.
123p
Bereken met behulp van de uitkomst van vraag 11 de reactiewarmte van de reactie van magnesium met
zoutzuur in J per mol magnesium. Geef daarbij ook het teken aan.
De TOA (amanuensis) vindt in een oud doosje een hoeveelheid magnesium dat er niet best uitziet: het
is duidelijk dat het voor een aanzienlijk deel is omgezet in magnesiumoxide. Omdat deze TOA zuinig
is, wil hij het materiaal nog wel gebruiken. Hij wil weten hoeveel magnesium het materiaal nog bevat.
Hij vraagt aan Ludo en Janine om het massapercentage magnesium in dit materiaal te bepalen.
Ludo en Janine bouwen een opstelling waarmee het gas dat ontstaat bij de reactie van magnesium met
zoutzuur, kan worden opgevangen. Dan laten ze een stukje van 0,15 gram van het magnesium dat met
magnesiumoxide bedekt is, reageren met een overmaat zoutzuur. Na het uitvoeren van de proef hebben
Ludo en Janine gemeten dat er 89 cm3 waterstofgas is ontstaan.
Met het gegeven dat uit 1 mol magnesium 1 mol waterstof ontstaat, kan het massapercentage
magnesium berekend worden.
133p
Bereken het massapercentage magnesium in het onderzochte stukje materiaal. Neem hierbij aan dat
Vm = 24,0 dm3 mol–1.
Bij de proef van Ludo en Janine reageert het aanwezige magnesiumoxide ook met het zoutzuur. Deze
reactie heeft bij deze proef echter geen invloed op de bepaling van de hoeveelheid magnesium in het
materiaal.
141p
Geef aan waarom deze reactie geen invloed heeft op de bepaling.

opgave 4Hoogoven

tekstfrag- 1 Het hoogovenproces vereist een aantal grote gescheiden fabrieken onder meer voor de ment 2 2 productie van cokes en de voorbehandeling van ijzererts. Cokes wordt gemaakt door 3 steenkool te verhitten, waarbij vluchtige componenten zoals teer en benzeen eruit 4 worden gehaald. Van het…

tekstfrag- 1 Het hoogovenproces vereist een aantal grote gescheiden fabrieken onder meer voor de ment 2 2 productie van cokes en de voorbehandeling van ijzererts. Cokes wordt gemaakt door 3 steenkool te verhitten, waarbij vluchtige componenten zoals teer en benzeen eruit 4 worden gehaald. Van het ijzererts worden bolletjes -pellets- gemaakt, die een 5 warmtebehandeling krijgen om ze compacter te maken. 6 Daarna gaan de cokes en de ijzerertspellets netjes gestapeld de oven in. Onder in de 7 oven wordt lucht geblazen waarmee de cokes wordt verbrand. Het koolstofmono- 8 oxidegas dat daarbij wordt gevormd, kan gemakkelijk door het poreuze cokes omhoog 9 en reageert met het ijzererts (Fe 2 O 3 ) tot koolstofdioxide en ijzer. Het ijzer kan in 10 vloeibare vorm beneden worden afgetapt. naar: de Volkskrant In tekstfragment 2 wordt het productieproces van ijzer in een hoogoven beschreven. Hieronder is het blokschema van dit productieproces weergegeven. In het schema zijn de namen van blok- een deel van de stoffen weergegeven met de letters A, B, C, D, E en F. schema 1

→ Welke stoffen worden aangeduid met de letters A, B, C, D, E en F? Noteer je antwoord als volgt: A: ... B: ... C: ... D: ... E: ... F: ... In de regels 2, 3 en 4 van tekstfragment 2 staat op welke wijze cokes uit steenkool wordt gemaakt. Bij dit proces mag geen lucht aanwezig zijn.
→ Leg uit waarom bij de productie van cokes geen lucht aanwezig mag zijn. In de hoogoven wordt de cokes omgezet in koolstofmono-oxide. Bij bepaalde temperaturen kan het volgende evenwicht ontstaan: 2 CO ←/→ C + CO 2
→ Geef de evenwichtsvoorwaarde van dit evenwicht.
In diagram 1 is aangegeven hoe de samenstelling van het evenwichtsmengsel afhangt van de temperatuur. diagram1 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 ˚C Uit het feit dat ijzer in vloeibare vorm ontstaat én de gegevens uit diagram 1 kan worden afgeleid hoeveel volumeprocent van het ontstane CO in…

In diagram 1 is aangegeven hoe de samenstelling van het evenwichtsmengsel afhangt van de temperatuur. diagram1 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 ˚C Uit het feit dat ijzer in vloeibare vorm ontstaat én de gegevens uit diagram 1 kan worden afgeleid hoeveel volumeprocent van het ontstane CO in de hoogoven kan worden omgezet in CO 2 door het verlopen van de bovenstaande evenwichtsreactie.

→ Geef deze afleiding. Neem hierbij aan dat overal in de hoogoven dezelfde temperatuur heerst. In de regels 7, 8 en 9 van tekstfragment 2 staat beschreven hoe het ijzererts (Fe 2 O 3 ) wordt omgezet in ijzer (Fe).
→ Leg uit aan de hand van de gegeven formules of bij de omzetting van ijzererts in ijzer een redoxreactie optreedt. In een hoogoven wordt per jaar 2,0·10 6 ton Fe 2 O 3 verwerkt.
→ Bereken het aantal ton Fe dat maximaal kan worden gemaakt uit 2,0·10 6 ton Fe 2 O 3 (1,0 ton = 1,0·10 3 kg).

opgave 5Rookgasreiniging

Bij industriële processen kunnen gasvormige verbrandingsproducten ontstaan die belastend zijn voor het milieu. Deze verbrandingsproducten, meestal rookgassen genoemd, moeten worden behandeld alvorens ze de schoorsteen uit mogen. Hieronder is een deel van een artikel weergegeven waarin een mogelijke…

Bij industriële processen kunnen gasvormige verbrandingsproducten ontstaan die belastend zijn voor het milieu. Deze verbrandingsproducten, meestal rookgassen genoemd, moeten worden behandeld alvorens ze de schoorsteen uit mogen. Hieronder is een deel van een artikel weergegeven waarin een mogelijke methode is beschreven. Biologische rookgasontzwaveling vindt plaats in een aantal gescheiden stappen. In de gaswasser komt de De sulfide-oplossing gaat daarna naar de aërobe reac- rook op een aantal contactplaten intensief in contact tor . Met behulp van lucht wordt het sulfide hier door met natronloog. Het zwaveldioxide lost daarin op als bacteriën omgezet in zwavel, dat daarna afgescheiden sulfiet. Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig en verkocht kan worden. Hierbij ontstaat bovendien HCl lossen op. natronloog, dat teruggevoerd wordt naar de gaswasser. De vloeistof gaat dan naar de anaërobe reactor . Daar Het enige verlies aan natronloog ontstaat in de gas- wordt het sulfiet door bacteriën omgezet in sulfide. wasser door de reactie met HCl tot keukenzout. Als elektronendonor wordt waterstofgas in de reactor Als de concentratie NaCl te hoog wordt, wordt het na- geblazen. In deze reactor wordt tegelijkertijd NO X om- tronloog volledig vervangen. gezet naar stikstofgas. naar: Chemisch Weekblad In de gaswasser wordt sulfiet (SO 3 2 – ) gevormd. Bij deze reactie ontstaat ook water.

→ Geef de vorming van sulfiet in de gaswasser in een reactievergelijking weer. Bij de beschrijving van het proces in de gaswasser staat: „Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig HCl lossen op.” Het is niet juist dat HCl oplost.
→ Geef een zin uit artikel 1 waaruit blijkt dat het niet juist is dat HCl oplost. Een proces dat plaatsvindt in de anaërobe reactor is de omzetting van NO 2 tot N 2 . Dit is een redoxreactie. De vergelijking van de halfreactie van de oxidator is hieronder gedeeltelijk weergegeven. Enige…

→ Geef een zin uit artikel 1 waaruit blijkt dat het niet juist is dat HCl oplost. Een proces dat plaatsvindt in de anaërobe reactor is de omzetting van NO 2 tot N 2 . Dit is een redoxreactie. De vergelijking van de halfreactie van de oxidator is hieronder gedeeltelijk weergegeven. Enige coëfficiënten en e – zijn weggelaten. NO 2 + H 2 O → N 2 + 8 OH –

→ Neem deze vergelijking over, voeg aan de juiste kant van de pijl e – toe en maak de vergelijking kloppend door de juiste coëfficiënten in te vullen. In de aërobe reactor treedt ook een redoxreactie op. Daarbij is het sulfide de reductor.
→ Geef de formule van de stof die in de aërobe reactor als oxidator optreedt. Uit de tekst en de bijbehorende tekening in artikel 1 kun je opmaken dat keukenzout niet op dezelfde manier van het natronloog kan worden afgescheiden als zwavel. Dit wordt veroorzaakt doordat keukenzout en zwavel…

→ Geef de formule van de stof die in de aërobe reactor als oxidator optreedt. Uit de tekst en de bijbehorende tekening in artikel 1 kun je opmaken dat keukenzout niet op dezelfde manier van het natronloog kan worden afgescheiden als zwavel. Dit wordt veroorzaakt doordat keukenzout en zwavel verschillen in eigenschappen.

→ Geef aan hoe het komt dat keukenzout niet door filtratie van het natronloog gescheiden kan worden.
Voordat het rookgas gezuiverd wordt, kan eerst het gehalte zwaveldioxide in het rookgas worden bepaald. Men leidt daartoe een hoeveelheid rookgas door een wasfles met een jood-oplossing waaraan wat zetmeel is toegevoegd.
→ Welke kleur heeft een jood-oplossing waaraan zetmeel is toegevoegd? De reactie van zwaveldioxide met jood is een redoxreactie. Deze reactie kan met de volgende vergelijking worden weergegeven: SO 2 + I 2 + 2 H 2 O → SO 4 2 – + 2 I – + 4 H +
→ Geef de halfreacties van deze redoxreactie. Noteer je antwoord als volgt: halfreactie van de oxidator: ………… halfreactie van de reductor: ………… Bij een dergelijke bepaling werd het rookgas geleid door 50,0 mL 0,0102 M jood-oplossing. Na het doorleiden van 47,5 dm 3 rookgas was de oplossing…

→ Geef de halfreacties van deze redoxreactie. Noteer je antwoord als volgt: halfreactie van de oxidator: ………… halfreactie van de reductor: ………… Bij een dergelijke bepaling werd het rookgas geleid door 50,0 mL 0,0102 M jood-oplossing. Na het doorleiden van 47,5 dm 3 rookgas was de oplossing ontkleurd.

→ Bereken het gehalte zwaveldioxide (in volumeprocent) in het onderzochte rookgas. Gebruik hierbij het gegeven dat bij deze omstandigheden geldt dat V m = 24,5 dm 3 mol – 1 .

opgave 6Koelmiddel

In een koelinstallatie circuleert een koelmiddel in een gesloten kringloop zoals schematisch is
weergegeven in figuur 1.
1 verdamper gas 2 condensor koelruimte 1 2 vloeistof
figuur 1
In de verdamper verdampt het koelmiddel. Hierdoor daalt de temperatuur in de koelruimte.
292p
Leg uit dat door het verdampen van het koelmiddel de temperatuur in de koelruimte daalt.
Als koelmiddel werden in het verleden CFK’s gebruikt. CFK’s zijn verbindingen van chloor, fluor
en koolstof. Tegenwoordig mogen CFK’s niet meer worden gebruikt, omdat ze de ozonlaag
aantasten. Nu wordt in koelinstallaties vaak gebruik gemaakt van HFK’s, die de ozonlaag niet
aantasten. Dit zijn verbindingen van waterstof, fluor en koolstof. Een veel gebruikt koelmiddel is
HFK-134a.
HFK-134a (CH2F-CF3) is een verbinding met de volgende structuurformule:
F F H C C F H F
303p
Geef de systematische naam van HFK-134a.
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
Bij de productie van HFK-134a is etheen een beginstof. De productie gebeurt in drie stappen die
hieronder in een blokschema zijn weergegeven.
CCll 2 CCll 2 CCll 2 HHFF H 2 CCHH 2 CCHH 2 reactor 1 CCCCll 2 CCCCll 2 reactor 2 CCCCll 2 F CCFF 3 reactor 3 CCHH 2 F CCFF 3 ((HHFFKK--113344aa)) HHCCll HHCCll HHCCll
blok-
schema 2
312p
Is de reactie die plaatsvindt in reactor 1 een additiereactie of een substitutiereactie? Geef een verklaring
voor je antwoord.
322p
Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt in reactor 2. Gebruik hierbij de formules zoals ze in
blokschema 2 zijn weergegeven.
332p
Beredeneer aan de hand van blokschema 2 hoeveel mol HCl er in totaal ontstaat bij de productie van
1,0 mol HFK-134a uit etheen.
Er is een methode ontwikkeld voor de recycling van de grote hoeveelheid HCl die bij de productie van
HFK-134a ontstaat. Bij deze methode wordt door middel van elektrolyse het gas HCl omgezet in H2 en
Cl2. Bij de elektrolyse wordt aan de ene elektrode het gas HCl omgezet in Cl2 en H+. De vergelijking
van deze halfreactie is:
2 HCl → Cl2 + 2 H+ + 2 e–
Het H+ dat ontstaat, gaat naar de andere elektrode en wordt omgezet in H2.
342p
Vindt de omzetting van HCl in Cl2 en H+ plaats aan de positieve of aan de negatieve elektrode?
Geef een verklaring voor je antwoord.
√(Einde)
Lees verder