opgave 1Amber
tekstfragment 1
‘Schat’ in buik van dode potvis Grote Pier In december 2012 is er op een zandplaat bij Texel een potvis aangespoeld. Medewerkers van Natuurcentrum Ecomare hebben deze potvis ontleed. Daarbij werden in de buik van de potvis vijf brokken ambergrijs ontdekt met een totale massa van ongeveer 83 kilogram. De geschatte waarde van de vondst is minimaal een half miljoen euro. Ambergrijs is zeldzaam en wordt gebruikt als grondstof in de parfumindustrie. naar: Algemeen Dagblad
De geur van ambergrijs ontstaat door een combinatie van verschillende
stoffen. Om deze geurstoffen te isoleren wordt in een laboratorium van
een parfumfabriek een stuk ruw ambergrijs in een mortier zo fijn mogelijk
gemaakt en in een geschikt oplosmiddel gebracht. Het verkregen mengsel
wordt gefiltreerd en het filtraat wordt verder opgewerkt.
12pLeg uit waardoor per seconde meer geurstof oplost wanneer het
ambergrijs wordt fijngemaakt, dan wanneer het niet zou worden
fijngemaakt. Gebruik in je antwoord minstens één begrip op microniveau.
Eén van de karakteristieke geurstoffen in ambergrijs is ambrox. De
structuurformule van ambrox is hieronder weergegeven:
De meeste geurstoffen zijn hydrofoob.
22pLeg uit, aan de hand van de bovenstaande structuurformule, of ambrox
een hydrofobe stof is.
Ambrox wordt ook verwerkt in sommige huisparfums (luchtverfrissers).
Mevrouw Steenkamp koopt een dergelijke huisparfum met verstuiver. Zij
spuit hiermee één keer in haar woonkamer. Na enige tijd heeft de damp
zich gelijkmatig over de woonkamer verspreid. Om ambrox te kunnen
ruiken moet de geurdrempel overschreden worden.
De geurdrempel is de laagste concentratie van een gasvormige stof in
lucht die waarneembaar is voor de mens.
Door één keer te spuiten met de huisparfum is 5,7·10–4 g ambrox in de
woonkamer aanwezig.
32pLaat dit zien met een berekening aan de hand van de volgende gegevens:
− Eén keer spuiten komt overeen met 0,085 mL vloeistof;
− de huisparfum bevat 0,72 volumeprocent ambrox;
− de dichtheid van ambrox is 0,939 g mL–1.
43pLaat met een berekening zien of na één keer spuiten in de woonkamer de
geurdrempel van ambrox (= 3·10–4 cm3 m–3) overschreden wordt.
Maak hierbij gebruik van de volgende gegevens:
− De molecuulformule van ambrox is C16H28O;
− 1,0 mol damp heeft een volume van 2,45·10–2 m3;
− het volume van de woonkamer is 140 m3;
− alle ambrox is verdampt.
opgave 2‘Groene’ airbag
Een airbag in een auto is een
veiligheidsvoorziening die inzittenden
bij een botsing moet beschermen.
De airbag wordt dan in zeer korte tijd
gevuld met een gas.
In tekstfragment 1 wordt een nieuw
ontwerp beschreven dat in vergelijking
met de huidige airbags een verbetering
betekent op milieugebied.
tekstfragment 1
Een fabrikant van airbags voor de auto-industrie heeft een nieuw milieuvriendelijk concept ontwikkeld. Het systeem maakt gebruik van de gassen waterstof en zuurstof in combinatie met argon om de airbag op te blazen wanneer een botsing plaatsvindt. Door middel van een ontstekingsmechanisme vindt er een chemische reactie plaats. Na de reactie is de airbag gevuld met een mengsel van waterdamp en argon. Het nieuwe systeem is in 2012 in productie gegaan voor een Europese autofabrikant. naar: www.autoliv.com
Argon staat in groep 18 van het periodiek systeem.
51pGeef de algemene naam van de elementen die in groep 18 van het
periodiek systeem staan.
62pGeef de vergelijking van de reactie die in tekstfragment 1 wordt
beschreven.
Bij de optredende reactie komt warmte vrij. Samen met het argon dat in
de airbag wordt geblazen, zorgt de reactie ervoor dat de airbag bij een
botsing tot het gewenste volume wordt opgeblazen.
Uit de warmte die bij de reactie vrijkomt, kan worden berekend hoeveel
gram waterdamp wordt gevormd.
73pGeef deze berekening.
Maak hierbij gebruik van:
− een gegeven uit Binas-tabel 57A;
− het gegeven dat bij de reactie 9,5·103 J aan warmte vrijkomt
(omgerekend naar T = 298 K, p = p0).
De vrijgekomen warmte wordt opgenomen door het airbagkussen dat
gemaakt is van de kunststof nylon-6,6 HT. De aanduiding HT staat voor
High Tenacity (= hoge sterkte).
Hieronder is een fragment van de structuurformule van nylon-6,6
weergegeven:
82pGeef de structuurformules van de twee monomeren waaruit nylon-6,6 is
gevormd.
Uit de toevoeging HT bij nylon-6,6 blijkt dat er verschillende kunststoffen
op basis van nylon-6,6 bestaan. De overeenkomst tussen deze
kunststoffen is dat ze nylon-6,6 bevatten.
92pNoem twee mogelijke verschillen tussen verschillende kunststoffen op
basis van nylon-6,6.
102pNoem twee stofeigenschappen die gewenst/noodzakelijk zijn voor de
kunststof op basis van nylon-6,6 die voor airbags wordt gebruikt en leg uit
waarom deze stofeigenschappen voor airbags van belang zijn.
Noteer je antwoord als volgt:
uitleg
opgave 3De fotonenboer
Een type batterij dat tegenwoordig weer in de belangstelling staat, is de
zogenoemde flow-batterij.
Een voorbeeld hiervan is de vanadium-redox-flow-batterij. Deze
oplaadbare batterij wordt afgekort als VRFB (V is het symbool van het
element vanadium).
In figuur 1 is deze batterij schematisch weergegeven. Met de formules bij
de elektroden zijn de omzettingen zowel bij het opladen als bij de
stroomlevering weergegeven.
figuur 1
In de VRFB kan elektrische energie worden opgeslagen die wordt
geproduceerd door bijvoorbeeld zonnecellen. De twee halfcellen in de
VRFB zijn verbonden met relatief grote opslagtanks die zijn gevuld met
een zwavelzuuroplossing waarin ook vanadiumverbindingen zijn opgelost.
De elektrolyt wordt rondgepompt (‘flow’) langs de elektroden. De
elektroden reageren zelf niet mee in de redoxreacties.
Beide halfcellen zijn van elkaar gescheiden door een membraan dat
alleen H+ ionen kan doorlaten.
Wanneer de batterij nog niet is opgeladen, bevatten de linker-halfcel en
de daarop aangesloten tank een oplossing waarin vanadylionen (VO2+)
als enige vanadium bevattende deeltjes voorkomen. De rechter-halfcel en
de daarop aangesloten tank bevatten een oplossing waarin
vanadium(III)sulfaat als enige vanadium bevattende stof is opgelost.
112pGeef de formule van vanadium(III)sulfaat.
Tijdens het opladen van de batterij vinden aan de elektroden de volgende
halfreacties plaats:
elektrode A: VO2+ + H2O → VO2+ + 2 H+ + e–
elektrode B: V3+ + e– → V2+
Zowel tijdens het opladen als tijdens de stroomlevering bewegen H+ ionen
in de VRFB van de ene naar de andere halfcel.
122pBewegen de H+ ionen tijdens de stroomlevering van elektrode A naar
elektrode B of omgekeerd? Licht je antwoord toe.
Onderstaand tekstfragment gaat over de toepassing van een VRFB in de
praktijk van een boerenbedrijf.
tekstfragment 1
Welkom bij de fotonenboer Een boerenbedrijf oogst doorgaans graan en gras en produceert melk. Op melkveehouderij ’t Spieker in Vierakker (Gelderland) gaan we echter een flinke stap verder. We oogsten lichtdeeltjes (fotonen) van de zon met een grote hoeveelheid zonnepanelen op het dak van onze stal. Deze lichtdeeltjes worden omgezet in elektrische energie. En daar is veel van nodig op een boerenbedrijf, bijvoorbeeld voor onze twee melkrobots. Het eventuele overschot aan energie slaan we op in een grote batterij (VRFB) op ons erf voor gebruik op een ander moment. naar: www.fotonenboer.nl
De opslagtanks bevatten elk 3,0 m3 elektrolytoplossing. Een belangrijke
eigenschap van flow-batterijen is de zogenoemde energiedichtheid van de
elektrolytoplossing. Dit is de hoeveelheid energie die per kg
elektrolytoplossing kan worden geleverd. De energiedichtheid wordt
uitgedrukt in Wh kg–1 (wattuur per kg).
134pBereken de energiedichtheid van de elektrolytoplossing van de VRFB.
Gebruik de volgende gegevens:
− De VRFB is volledig opgeladen, waarbij [V2+] = 1,6 mol L–1 en
[VO2+] = 1,6 mol L–1;
− V2+ en VO2+ worden volledig omgezet bij stroomlevering;
− de dichtheid van beide oplossingen bedraagt 1,2 kg L–1;
− 1 mol elektronen komt overeen met 38 Wh.
De fotonenboer gebruikt de opgeslagen energie nu nog in zijn eigen
bedrijf. In de toekomst zou de energie die is opgeslagen in de
elektrolytoplossingen, kunnen worden toegepast in elektrische auto’s die
zijn uitgerust met een VRFB. In een publicatie over die toepassing is
figuur 2 opgenomen.
figuur 2
In deze tekening wordt het tanken van elektrolyt bij de fotonenboer
voorgesteld als het tanken van benzine bij auto’s met een benzinemotor.
Bij een auto met een VRFB zal het tanken echter anders moeten worden
uitgevoerd.
143pBeschrijf globaal hoe het tanken bij zo’n auto zal moeten worden
uitgevoerd.
opgave 4Loodaccu’s recyclen
Volgens een studie van de United Nations Environment Programme
worden wereldwijd ieder jaar 325 miljoen loodaccu’s geproduceerd met
een gemiddelde massa van 17,2 kg.
De samenstelling van deze accu’s is hieronder weergegeven.
ngen
Helaas hebben loodaccu’s een beperkte levensduur. Kapotte accu’s
worden op grote schaal gerecycled. Het metaal lood dat uit de accu’s
wordt teruggewonnen, is niet alleen afkomstig uit het lood maar ook uit de
loodverbindingen. Het terugwinnen van lood uit accu’s levert geld op,
want lood is een waardevol metaal.
152pGeef twee andere redenen om het lood terug te winnen uit accu’s.
163pBereken het totale aantal kg Pb (zowel in het metaal lood als in
loodverbindingen) dat een loodaccu van 17,2 kg bevat.
Gebruik hierbij de volgende gegevens:
− De gemiddelde molaire massa van de loodverbindingen is 293 g mol–1;
− één mol loodverbindingen bevat één mol Pb.
Hieronder is het blokschema weergegeven van het recycleproces.
blokschema
In ruimte I worden de accu’s in kleine stukjes gemalen en wordt de
zwavelzuuroplossing verwijderd. Ruimte II is een grote bak met water.
Het polypropeen drijft op het water en wordt van het oppervlak
afgeschoven. De andere materialen (lood, loodverbindingen en
polychlooretheen) zakken naar de bodem. Deze materialen worden naar
een oven (ruimte III) overgebracht en daar samen met koolstof verhit tot
1400 °C. In deze oven smelt het lood en treden verschillende reacties op.
Bij deze reacties ontstaan zogenoemde ovengassen. Koolstofdioxide,
zwaveldioxide en waterstofchloride vormen de hoofdbestanddelen van
deze ovengassen. In ruimte III ontstaat ook vloeibaar lood uit de
loodverbindingen.
172pWat is de naam van de scheidingsmethode die wordt toegepast in
ruimte II? Geef ook aan op het verschil in welke stofeigenschap deze
methode berust.
Noteer je antwoord als volgt:
De scheidingsmethode is …………. en deze methode berust op het
verschil in …………..
De vergelijking van één van de reacties die optreedt in ruimte III is
hieronder weergegeven.
PbO2 (s) + C (s) → Pb (s) + CO2 (g) reactie 1
182pBereken de reactiewarmte van reactie 1 in J per mol Pb
(bij T = 298 K en p = p0). Maak hierbij gebruik van Binas-tabel 57A.
Zwaveldioxide en waterstofchloride die in ruimte III ontstaan, mogen niet
in de lucht worden geloosd.
192pNoem twee ongewenste effecten van zwaveldioxide en/of
waterstofchloride op de kwaliteit van lucht en/of water en/of bodem.
Vermeld bij elk effect door welk gas (zwaveldioxide of waterstofchloride)
het wordt veroorzaakt.
Noteer je antwoord als volgt:
ongewenst effect 1: ………………...... veroorzaakt door …………..
ongewenst effect 2: ………………….. veroorzaakt door …………..
Zwaveldioxide en waterstofchloride worden uit de ovengassen verwijderd.
Op de uitwerkbijlage is het blokschema uitgebreid met de ruimtes IV tot
en met VII. Met behulp van dat uitgebreide blokschema kan de
verwijdering van zwaveldioxide en waterstofchloride uit de ovengassen
worden weergegeven.
De verwijdering van zwaveldioxide en waterstofchloride verloopt als volgt:
− In ruimte IV worden de ovengassen in contact gebracht met een
overmaat natronloog. Hierbij ontstaan opgelost natriumsulfiet,
opgelost natriumchloride en opgelost natriumcarbonaat.
− In ruimte V worden de sulfietionen met behulp van zuurstofmoleculen
omgezet tot sulfaationen.
− In ruimte VI wordt zoveel zwavelzuuroplossing toegevoegd dat alle
hydroxide-ionen worden omgezet tot watermoleculen en alle
carbonaationen worden omgezet tot koolstofdioxidemoleculen.
− In ruimte VII wordt de oplossing gedeeltelijk ingedampt. Het
natriumsulfaat dat daarbij uitkristalliseert, kan worden gebruikt bij het
maken van glas of wasmiddel.
204puitwerkbijlageNoteer in het blokschema op de uitwerkbijlage letters van de
onderstaande stoffen bij de juiste pijlen. Houd er rekening mee dat
sommige letters bij meer dan één pijl kunnen voorkomen.
A koolstofdioxide
B natronloog
C opgelost natriumcarbonaat
D opgelost natriumchloride
E opgelost natriumsulfaat
F opgelost natriumsulfiet
G waterstofchloride
H zuurstof
I zwaveldioxide
212pGeef de vergelijking van de reactie die optreedt in ruimte V.
222puitwerkbijlageGeef twee redenen waarom in ruimte VI een zwavelzuuroplossing wordt
toegevoegd en niet een oplossing van salpeterzuur. Maak hierbij onder
andere gebruik van het blokschema op de uitwerkbijlage.
opgave 5Zuurstofmakende methaangoochelaar
tekstfragment 1
“Elke reactie waaruit energie vrijkomt, wordt wel ergens door een bacterie benut”, stelt de Nijmeegse wetenschapper prof. Mike Jetten. Hij ontdekte een bacteriesoort die zuurstof vrijmaakt uit stikstofoxiden, om daar vervolgens methaan mee te verbranden. Deze soort heeft de naam 5 Methylomirabilis oxyfera (‘zuurstofmakende methaangoochelaar’) gekregen. Volgens Jetten vind je deze bacterie in de zuurstofarme modder van bijna elke boerensloot. Zeker als daar een stevig met nitraat bemeste akker naast ligt. De bacterie blijkt enzymen te bezitten voor de stapsgewijze omzetting van 10 NO – via NO – tot NO. Volgens Jetten moet de bacterie een nog 3 2 onbekend enzym bevatten dat NO omzet tot N en O . Dit blijkt uit 2 2 experimenten waarbij de bacteriën verschillende stoffen toegediend kregen die gemerkt waren met 15N atomen. Er komt geen zuurstof vrij want dit wordt meteen gebruikt voor de reactie met methaan, dat ook 15 voorkomt in zuurstofarme modder. naar: C2W Life Sciences
Bij de reactie van methaan met zuurstof (regels 13-15) ontstaan dezelfde
reactieproducten als bij de volledige verbranding van methaan.
De ontleding van NO (regel 11) en de daaropvolgende reactie van
methaan met zuurstof kunnen in één reactievergelijking worden
weergegeven.
233pGeef deze reactievergelijking.
242pHoeveel protonen en hoeveel neutronen bevat een 15N atoom?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal neutronen: …
Bij de experimenten met gemerkte verbindingen (regels 12 en 13) werd
gebruikgemaakt van nitrietionen waarvan de N atomen 15N atomen waren.
Ook nitrietionen met 14N atomen die in de natuur verreweg het meest
voorkomen, werden in hetzelfde experiment gebruikt.
De N2 moleculen die bij het experiment ontstonden, bleken drie
verschillende massa’s te hebben.
252pGeef de molecuulmassa’s in u van deze drie soorten N2 moleculen.
De omzetting van NO2– tot NO (regels 9 en 10) is een redoxreactie.
Daarbij is NO2– de oxidator. De vergelijking van de halfreactie van deze
omzetting is hieronder onvolledig weergegeven. De elektronen en de
coëfficiënten ontbreken.
NO2– + H+ → NO + H2O
262pNeem deze onvolledige vergelijking over, zet e– aan de juiste kant van de
pijl en maak de vergelijking kloppend.
De experimenten met de bacteriën werden uitgevoerd in een licht basisch
milieu met een pH van 7,3.
272pBereken de [OH–] in mol L–1 in een oplossing met pH = 7,3 (T = 298 K).
282pKan de uitspraak van Jetten in de regels 1 en 2 slaan op de ontleding van
NO? Motiveer je antwoord met behulp van Binas-tabel 57A.
opgave 6Traanfilm
Elke keer dat je met je ogen knippert, wordt traanvocht in een dun laagje
gelijkmatig verdeeld over het oog. Dit dunne laagje wordt de traanfilm
genoemd en dient om het oogoppervlak glad te houden en te beschermen
tegen de buitenlucht. De traanfilm bestaat uit drie lagen: een slijmlaagje,
een waterlaagje en een vetlaagje (zie figuur 1).
figuur 1
Het slijmlaagje, dat in direct contact staat met het oogoppervlak, zorgt
voor een gelijkmatige verdeling en hechting van het waterlaagje.
Het waterlaagje zorgt voor de afvoer van bacteriën, vuil en stof.
Het vetlaagje voorkomt verdamping van het water en bevat onder andere
fosfolipiden. Hieronder is een fosfolipidemolecuul schematisch
weergegeven:
Fosfolipiden maken het mogelijk dat het vetlaagje zich gelijkmatig verdeelt
over het waterlaagje.
Op de uitwerkbijlage bij dit examen is de doorsnede van de traanfilm
weergegeven.
292puitwerkbijlageTeken op de uitwerkbijlage twee fosfolipidemoleculen in de traanfilm. Uit
de tekening moet blijken dat door fosfolipidemoleculen het vetlaagje zich
verdeelt over het waterlaagje. Teken de fosfolipidemoleculen op
eenzelfde manier als hierboven.
Het slijmlaagje bevat mucines. Mucinemoleculen bestaan uit eiwitketens
waaraan polysacharideketens zijn gebonden. Deze polysacharideketens
geven mucinemoleculen een groot waterbindend vermogen. In figuur 2 is
een fragment van een mucinemolecuul schematisch weergegeven.
figuur 2
302pVerklaar met behulp van begrippen op microniveau waardoor de
polysacharideketens een groot waterbindend vermogen geven aan
mucinemoleculen.
De eiwitketens van mucinemoleculen bestaan uit delen waarin het
aminozuur cysteïne veel voorkomt en uit delen waar de aminozuren
serine, threonine en proline veel voorkomen.
Het fragment
komt regelmatig voor in mucinemoleculen.
314pGeef de structuurformule van dit fragment. Neem aan dat geen
polysacharideketens zijn gebonden aan dit fragment. Maak gebruik van
Binas-tabel 67H.
De cysteïnerijke delen van twee verschillende mucinemoleculen vormen
door reactie met zuurstof crosslinks met elkaar. Bij deze reactie ontstaat
ook water. Op de uitwerkbijlage is de vergelijking van deze reactie
onvolledig weergegeven.
323puitwerkbijlageMaak de vergelijking op de uitwerkbijlage compleet.
De polysacharideketens die in mucinemoleculen voorkomen, zorgen
ervoor dat mucine een groot waterbindend vermogen heeft. Toch lost
mucine niet op in water.
332pGeef hiervoor een mogelijke verklaring.
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.
