opgave 1Kernfusie
In een krantenartikel over een experimentele kernfusiereactor in Frankrijk wordt
het kernfusieproces schematisch weergegeven (zie figuur 1). Alle protonen en
neutronen in de getekende kernen zijn zichtbaar. Het weergegeven proces wordt
in het krantenartikel ook beschreven (zie tekstfragment 1). In de toekomst
moeten kernfusiereactoren energie leveren aan het elektriciteitsnet.
figuur 1
tekstfragment 1
Een zon op aarde De grondstoffen voor de kernfusie deuteriumkernen, waarbij zijn lithium en deuterium. Het lithium heliumkernen en neutronen wordt eerst bestraald met ontstaan. De heliumkernen worden neutronen, waardoor elke kern afgezogen. De energie die ontstaat, uiteenvalt in drie tritiumkernen. Het wordt omgezet in elektriciteit. De tritium wordt vervolgens met neutronen worden opgevangen en deuterium gemengd en in de reactor weer gebruikt om lithium te gespoten. Die is zo heet dat bestralen. Per saldo ontstaan er atoomkernen en elektronen van geen neutronen. elkaar worden gescheiden. De tritiumkernen smelten samen met naar: de Volkskrant
Tritiumkernen en deuteriumkernen zijn kernen van atomen die tot hetzelfde
element behoren.
12pWat is de naam van dat element? Geef een verklaring voor je antwoord met
behulp van informatie uit figuur 1 en het periodiek systeem.
In de natuur komen lithiumatomen met massagetal 6 (Li-6) en massagetal 7
(Li-7) voor. Uit figuur 1 kan worden afgeleid of in het beschreven proces Li-6
dan wel Li-7 wordt gebruikt.
22pLeg aan de hand van figuur 1 uit of in het beschreven proces Li-6 dan wel Li-7
wordt gebruikt.
32pHoeveel neutronen zijn nodig om één lithiumkern om te zetten tot tritiumkernen?
Geef een verklaring voor je antwoord met behulp van gegevens uit figuur 1 en/of
tekstfragment 1.
41pIs kernfusie een endotherm of een exotherm proces? Geef een verklaring voor je
antwoord.
opgave 2Papier en (afval)water
Papier bestaat grotendeels uit vezels (cellulose). De binding tussen de
papiervezels wordt verkregen door waterstofbruggen tussen de hydroxylgroepen
die in cellulose aanwezig zijn. Hieronder staat zo'n cellulosemolecuul
schematisch weergegeven:
52puitwerkbijlageOp de uitwerkbijlage staan twee cellulosemoleculen schematisch weergegeven.
Teken tussen deze moleculen twee waterstofbruggen.
Teken de waterstofbruggen als •••.
Om de kwaliteit van het papier te verbeteren, worden doorgaans vulstoffen en
hulpstoffen toegevoegd. Zo kan titaanwit (titaan(IV)oxide) worden toegevoegd
om het papier minder doorzichtig te maken. Voor het verhogen van de
beschrijfbaarheid van het papier wordt vaak calciumcarbonaat toegevoegd.
61pGeef de formule van titaanwit.
Ongeveer vijfenzeventig procent van het papier dat in Nederland wordt
geproduceerd, wordt gemaakt uit oud papier. Oud papier wordt in draaiende
trommels gemengd met water en vermalen tot pulp. Het gebruikte water wordt
tijdens het proces verontreinigd. De verontreiniging wordt voor een groot deel
veroorzaakt door het vrijkomen van zetmeel, dat als bindmiddel aan het papier
werd toegevoegd. In het water wordt zetmeel gehydrolyseerd tot glucose.
73pGeef de reactievergelijking van de volledige hydrolyse van zetmeel tot glucose
in molecuulformules. Gebruik als formule voor een molecuul zetmeel (C6H10O5)n.
Glucose wordt onder invloed van bacteriën omgezet tot organische zuren. Een
van deze zuren is butaanzuur, een stof met een onaangename geur. De in het
proceswater gevormde zuren reageren langzaam met calciumcarbonaat, dat in
de pulp aanwezig is.
82pGeef de structuurformule van butaanzuur.
93pGeef de reactievergelijking van de reactie van calciumcarbonaat met een zuur.
Gebruik voor het zuur de notatie H+. Neem aan dat het zuur in overmaat
aanwezig is.
Het verontreinigde afvalwater wordt gereinigd en opnieuw in het productieproces
gebruikt.
In een papierfabriek is men gestart met een nieuw, verbeterd proces om het
afvalwater te reinigen. In tabel 1 staat weergegeven hoe de gemiddelde
samenstelling van het gereinigde afvalwater door het verbeterde
reinigingsproces is veranderd.
tabel 1
Gemiddelde samenstelling van het gereinigde afvalwater
Om de kwaliteit van het gereinigde afvalwater te bepalen, wordt onder andere
het elektrisch geleidingsvermogen gemeten. Dit geleidingsvermogen blijkt door
de invoering van het nieuwe reinigingsproces sterk te zijn afgenomen.
101pLeg uit, aan de hand van tabel 1, dat het elektrisch geleidingsvermogen van het
gereinigde afvalwater is afgenomen door het in gebruik nemen van het nieuwe
proces. Neem hierbij aan dat de ‘overige verontreinigingen’ geen bijdrage
leveren aan het elektrisch geleidingsvermogen.
Bij het nieuwe proces wordt meer butaanzuur verwijderd dan bij het oude
proces. Bij beide processen wordt 50 m3 water per uur gereinigd.
112pBereken hoeveel gram butaanzuur, per uur, extra wordt verwijderd bij het
nieuwe proces.
opgave 3Zwavelzuur uit zinkerts
Het bedrijf Nyrstar Budel in Noord-Brabant is een belangrijke producent van het
metaal zink. De grondstof voor zink is zinkerts, dat vooral uit zinksulfide (ZnS)
bestaat. Eén van de eerste stappen in de productie van zink is het verhitten van
zinkerts met zuurstof. Hierbij ontstaan zinkoxide en zwaveldioxide.
122pGeef de vergelijking van deze reactie van zinksulfide met zuurstof.
Het ontstane zwaveldioxide mag niet in de lucht terecht komen, omdat het zure
regen veroorzaakt. Daarom zet het bedrijf het zwaveldioxide om tot zwavelzuur.
De omzetting van zwaveldioxide tot zwavelzuur verloopt in een aantal stappen.
De eerste stap is de reactie van zwaveldioxide met zuurstof. Hierbij ontstaat het
gas zwaveltrioxide (SO3). Deze reactie is een evenwichtsreactie, waarbij het
evenwicht zich normaal gesproken erg langzaam instelt.
132pGeef de vergelijking van het evenwicht tussen zwaveldioxide, zuurstof en
zwaveltrioxide.
141pLeg uit of dit een homogeen evenwicht, een heterogeen evenwicht of een
verdelingsevenwicht is.
In de buitenlucht wordt de reactie van zwaveldioxide met zuurstof gekatalyseerd
door metaalionen die in de muren van gebouwen aanwezig zijn. In de reactor
van de zwavelzuurfabriek wordt een vaste katalysator gebruikt. Over deze
katalysator wordt, bij 280 ºC, een mengsel van zwaveldioxide en zuurstof geleid.
152pNoem twee oorzaken waardoor het evenwicht zich in de reactor sneller instelt
dan in de buitenlucht.
Doordat er een evenwicht ontstaat, wordt niet al het zwaveldioxide en alle
zuurstof in de reactor omgezet. Hierdoor ontstaat een mengsel van
zwaveldioxide, zuurstof en zwaveltrioxide. Dit mengsel wordt gekoeld tot 100 ºC.
Daarna komt het in een tweede reactor. In deze tweede reactor wordt
voortdurend zwavelzuur geleid. Het zwaveltrioxide reageert dan met het
zwavelzuur tot oleum (H2S2O7). De vergelijking van deze reactie is:
SO3 + H2SO4 → H2S2O7
Behalve deze reactie vindt ook een scheiding plaats: het zwaveldioxide en de
zuurstof worden vanuit de tweede reactor teruggeleid naar de eerste reactor, het
oleum gaat naar een derde reactor. In de derde reactor reageert het oleum met
water, waarbij zwavelzuur ontstaat.
Een vereenvoudigd blokschema voor de productie van zwavelzuur staat
hieronder weergegeven.
blokschema
162pGeef de vergelijking van de reactie in de derde reactor.
173pGeef de namen of formules van de stoffen die bij de nummers 1, 2 en 3 in het
blokschema moeten worden vermeld.
Noteer je antwoord als volgt:
stof 1 is …
stof 2 is …
stof 3 is …
opgave 4Aspergegeur
In een aspergeplant komen asparagusinezuur en de ethylester van
asparagusinezuur voor. Van deze stoffen is maar weinig in de plant aanwezig.
Toch zorgen ze voor de speciale smaak van asperges. De structuurformule van
asparagusinezuur (C4H6O2S2) wordt vaak als volgt schematisch weergegeven:
In deze structuurformule is een aantal van de symbolen C en H weggelaten.
182pGeef de complete structuurformule van asparagusinezuur.
De ethylester van asparagusinezuur is de ester die ontstaat bij de reactie van
asparagusinezuur met ethanol.
192pGeef de structuurformule van de ethylester van asparagusinezuur. Gebruik
hiervoor bovenstaande schematische structuurformule.
Asparagusinezuur wordt in het lichaam door enzymen afgebroken. Hierbij
ontstaat methaanthiol (CH3SH). Methaanthiol kan vervolgens worden omgezet
tot andere zwavelhoudende verbindingen, zoals dimethyldisulfide. Zowel
methaanthiol als dimethyldisulfide dragen bij tot de karakteristieke
‘aspergegeur’ van urine. Reeds een half uur na het eten van een portie
asperges, waarin ongeveer 1 mg asparagusinezuur zit, kan deze geur worden
waargenomen.
203pBereken hoeveel mg methaanthiol maximaal kan ontstaan met de hoeveelheid
zwavel die aanwezig is in 1,0 mg asparagusinezuur.
Gebruik hierbij onder andere het gegeven dat de massa van een mol
asparagusinezuur 150,2 g is.
De omzetting van methaanthiol tot dimethyldisulfide is een redoxreactie. De
vergelijking van de halfreactie waarin het dimethyldisulfide ontstaat, is hieronder
onvolledig weergegeven. De elektronen (e–) en de coëfficiënten zijn weggelaten.
CH3 − SH → CH3 − S − S − CH3 + H+
213pNeem deze vergelijking over. Zet aan de juiste kant van de pijl e– en maak de
vergelijking kloppend.
222pIs voor de omzetting van methaanthiol tot dimethyldisulfide een oxidator of een
reductor nodig? Geef een verklaring voor je antwoord.
Het blijkt dat niet bij iedereen, na het eten van asperges, de urine de
‘aspergegeur’ heeft, terwijl het asparagusinezuur wel is afgebroken. Over de
oorzaak daarvan bestaan verschillende hypotheses. Eén daarvan is dat een
aantal mensen een enzym mist dat bij de beschreven afbraak van
asparagusinezuur is betrokken.
231pLeg uit hoe het missen van een enzym kan leiden tot het ontbreken van de
‘aspergegeur’ van de urine.
opgave 5Jozo
In de winkel is het zogenoemde ‘Jozo’-zout verkrijgbaar. Hieronder staat de
samenstelling van Jozo, zoals weergegeven op de verpakking, vermeld.
Ingrediënten: - Zout (NaCl) min. 99,7%
- Jodium (KI) 50 mg/kg
- Antiklontermiddel
Joeri onderzoekt het Jozo. Hij brengt 25 g Jozo in 100 mL water (van 298 K).
De ontstane ‘oplossing’ is enigszins troebel. Hij vraagt zich af of dit komt
doordat hij teveel Jozo heeft gebruikt.
241pBereken hoeveel gram NaCl kan oplossen in 100 mL water van 298 K. Gebruik
Binas-tabel 45B. Neem aan dat de dichtheid van water 1,00 kg L–1 is.
253pLeg voor elk van de gegeven ingrediënten uit of deze de troebeling kan
veroorzaken.
263pBereken de [I–] in de oplossing. Neem hierbij aan dat het totale volume, na het
oplossen van het Jozo, 109 mL is.
Joeri wil aantonen dat een Jozo-oplossing jodide-ionen bevat. Om jodide-ionen
in een oplossing aan te tonen kan men een scheutje zetmeeloplossing en een
aangezuurde waterstofperoxide-oplossing toevoegen. Als jodide-ionen aanwezig
zijn, vindt een redoxreactie plaats waarbij jood ontstaat. Wanneer zetmeel in
contact komt met jood, kleurt de oplossing blauw.
273pGeef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt wanneer een aangezuurde
waterstofperoxide-oplossing wordt toegevoegd aan een oplossing die jodide-
ionen bevat. Noteer beide halfreacties en de vergelijking van de totale
redoxreactie.
Joeri schenkt een scheutje zetmeeloplossing bij de Jozo-oplossing en voegt
vervolgens een overmaat van een aangezuurde waterstofperoxide-oplossing
toe. De oplossing kleurt blauw. Er is dus jood ontstaan.
Tot verbazing van Joeri verdwijnt de blauwe kleur na enige tijd.
Hij bedenkt twee hypotheses voor het verdwijnen van de blauwe kleur:
1 Het ontstane jood reageert met een stof in de Jozo-oplossing.
2 Het zetmeel reageert met een stof in de Jozo-oplossing.
Joeri besluit deze hypotheses te onderzoeken. Hij voert de proef opnieuw uit en
zodra de blauwe kleur verdwijnt, voegt hij direct wat extra Jozo toe. De
oplossing krijgt opnieuw een blauwe kleur, die daarna weer verdwijnt.
283pLeg uit, met behulp van Joeri's waarnemingen, welke van de genoemde
hypotheses, 1 of 2, in ieder geval onjuist is voor het verdwijnen van de blauwe
kleur.
292pBeschrijf hoe Joeri kan onderzoeken of het antiklontermiddel een rol speelt bij
het verdwijnen van de blauwe kleur.
opgave 6Bacteriële batterijen
tekstfragment 1
1 In het slib op de oceaanbodem bestaat een alternatieve wereld van micro- 2 organismen. Sommige van deze micro-organismen zijn bacteriën die kunnen 3 leven in slib of grondwater waarin geen zuurstof aanwezig of beschikbaar is. 4 Deze bacteriën, geobacters genaamd, ‘ademen’ ijzer en halen hun energie uit 5 koolstofverbindingen. De geobacters gaan bijvoorbeeld groeien wanneer ze een 6 0,0010 molair azijnzuuroplossing toegediend krijgen. 7 „De geobacters gebruiken ijzer (dat in slib voorkomt) zoals wij zuurstof 8 gebruiken”, zegt professor Lovley. „Zij leven van roest en azijn. Want azijnzuur 9 is een bruikbare energiebron. Azijn is vergelijkbaar met het voedsel dat wij eten 10 en ijzer is vergelijkbaar met zuurstof.” 11 Onderzoek heeft aangetoond dat met geobacters elektriciteit geproduceerd kan 12 worden. Lovley's medewerkers zetten experimenten op waarbij grafietelektroden 13 en vervuild slib uit de haven van Boston gebruikt werden. 14 In het slib, dat zij op de bodem van een aquariumbak hadden aangebracht, 15 staken zij een grafietelektrode; de andere grafietelektrode werd in het water 16 erboven gehouden. Zij slaagden erin een klein lampje te laten branden. Volgens 17 Lovley zet
302pBereken hoeveel gram azijnzuur nodig is om 5,0 L van de azijnzuuroplossing
(regel 6) te maken.
De omzetting van azijnzuur (regels 7 tot en met 10), is een redoxreactie.
Azijnzuur is daarbij de reductor. De deeltjes die daarbij als oxidator optreden,
benoemt professor Lovley als “ijzer” en als “roest” (Fe2O3) (regels 7 en 8).
311pGeef de chemische naam van Fe2O3. Maak hierbij gebruik van een Romeins
cijfer.
322pWelke oxidator bedoelt professor Lovley: de ijzerdeeltjes uit roest of de
ijzerdeeltjes uit ijzer? Geef een verklaring voor je antwoord.
De geobacters zelf kunnen niet tegen zuurstof. In het slib komt geen zuurstof
voor. In de proefopstelling die wordt beschreven in de regels 14 tot en met 21
bevindt de ‘tweede elektrode’ zich wel in zuurstofhoudend water. Dit zuurstof
kan ook als oxidator reageren. De geobacters in het slib hebben geen last
hiervan.
333pGeef een schematische tekening van de proefopstelling die wordt beschreven in
de regels 14 tot en met 21. Benoem de onderdelen van de cel en geef aan wat
tijdens de stroomlevering de positieve elektrode en wat de negatieve elektrode
is.
342pWelk soort deeltjes verzorgen het ladingstransport door de verbindingsdraad
tussen de elektroden, en welk soort deeltjes verzorgen het ladingstransport door
de vloeistof tussen de elektroden?
Noteer je antwoord als volgt:
ladingstransport door verbindingsdraad: …
ladingstransport door de vloeistof: …
Let op: de laatste opgave van dit examen staat op de volgende pagina.
opgave 7Hortensia
tekstfragment 1
1 De kleuren van hortensia’s zijn over het algemeen rood, roze en wit. De kleur 2 van de bloemen hangt echter af van de bodem: de meeste roze soorten kunnen 3 onder invloed van een aantal factoren verkleuren. 4 In (zure) aluminiumhoudende grond zullen de bloemen van de hortensia blauw 5 kleuren. De pH van de grond moet hiervoor lager zijn dan 5,1. In zure grond 6 kan de hortensia wel aluminium opnemen, in basische grond lukt dat niet. 7 Men kan eventueel aluminium toevoegen aan de grond. Er is bijvoorbeeld 8 speciale ‘Hortensia mest voor blauwe hortensia's’ in de handel. Dit is een 9 meststof met aluminiumsulfaat of met aluin. Echter, wanneer hortensia’s in 10 kalkrijke grond staan, zullen zij ook met deze ‘speciale’ meststoffen niet of 11 nauwelijks blauw worden. naar: www.hovaria.com
352pGeef de formules van twee deeltjes die, naast water, in elk geval moeten
voorkomen in (zure) aluminiumhoudende grond (regels 4 tot en met 6).
361pBereken de [H+] die hoort bij een pH van 5,1.
De formule van aluin is KAl(SO4)2.12H2O.
372pGeef de vergelijking voor het oplossen van aluin in water.
383pBereken het massapercentage aluminium in aluin. Geef je antwoord in vier
significante cijfers.
Kalkrijke grond bevat CaCO3.
392pLeg uit waarom hortensia's in kalkrijke grond niet blauw zullen kleuren
(regels 9 tot en met 11).
Bronvermelding
Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen
behorende correctievoorschrift, dat na afloop van het examen wordt gepubliceerd.
