bronnen

Eindexamen scheikunde havo 2022, tijdvak 2

opgave 1Houtspons

Bij scheepsongelukken kan olie lekken naar het water. Om milieuschade te voorkomen hebben onderzoekers een materiaal op basis van hout ontwikkeld, waarmee olie uit water kan worden opgenomen. De werking van dit materiaal lijkt op die van een spons. Daarom heeft het de naam ‘houtspons’ gekregen.…

Bij scheepsongelukken kan olie lekken naar het water. Om milieuschade te voorkomen hebben onderzoekers een materiaal op basis van hout ontwikkeld, waarmee olie uit water kan worden opgenomen. De werking van dit materiaal lijkt op die van een spons. Daarom heeft het de naam ‘houtspons’ gekregen. Hout bestaat uit cellulose, lignine en hemicellulose. Bij het maken van een houtspons moet het hout als volgt worden behandeld: stap 1: Lignine wordt verwijderd. stap 2: Hemicellulose wordt verwijderd. stap 3: De overgebleven cellulose wordt gedroogd. stap 4: De gedroogde cellulose wordt hydrofoob gemaakt. stap 1 Voor het verwijderen van lignine wordt een oplossing van natriumchloriet gebruikt met een pH van 4,7. Deze oplossing bevat onder andere chlorietionen ( ClO 2 – ). Uit deze chlorietionen wordt chloordioxide ( ClO 2 ) gevormd volgens reactie 1. 5 ClO 2 – + 4 H + → 4 ClO 2 + Cl – + 2 H 2 O Chloordioxide ( ClO 2 ) reageert vervolgens met lignine. Bij deze redoxreactie wordt ClO 2 omgezet tot ClO 2 – volgens onderstaande halfreactie a . Deze vergelijking is onvolledig: er ontbreekt een elektron. ClO 2 → ClO 2 –

Bereken de [ H + ] in mol L –1 van een oplossing met een pH van 4,7. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Leg uit of ClO 2 in halfreactie a reageert als oxidator of als reductor. ClO 2 – wordt in reactie 1 omgezet en tijdens de reactie van ClO 2 met lignine weer gevormd. Toch is ClO 2 – geen katalysator.
Leg uit met behulp van reactie 1 en halfreactie a dat ClO 2 – geen katalysator is.
De reactie met ClO 2 veroorzaakt veranderingen in de structuur van lignine. In figuur 1 is zo’n verandering schematisch weergegeven. figuur 1 CH 3 fragment van een ligninemolecuul fragment van een ligninemolecuul voor reactie met ClO 2 Door deze veranderingen wordt lignine beter oplosbaar in water…

De reactie met ClO 2 veroorzaakt veranderingen in de structuur van lignine. In figuur 1 is zo’n verandering schematisch weergegeven. figuur 1 CH 3 fragment van een ligninemolecuul fragment van een ligninemolecuul voor reactie met ClO 2 Door deze veranderingen wordt lignine beter oplosbaar in water en kan lignine uit het hout verwijderd worden. De verbeterde oplosbaarheid is onder andere te danken aan de vorming van waterstofbruggen met de ontstane zuurgroep en door hydratatie van de geladen groep.

Voer de volgende opdrachten uit op de uitwerkbijlage: − Teken twee watermoleculen die de geladen groep hydrateren. − Teken nog eens twee watermoleculen die elk met een waterstofbrug zijn verbonden met de ontstane zuurgroep. Geef de waterstofbruggen weer met stippellijntjes (• • •). − Geef de…

Voer de volgende opdrachten uit op de uitwerkbijlage: − Teken twee watermoleculen die de geladen groep hydrateren. − Teken nog eens twee watermoleculen die elk met een waterstofbrug zijn verbonden met de ontstane zuurgroep. Geef de waterstofbruggen weer met stippellijntjes (• • •). − Geef de watermoleculen weer met stap 2 en 3 Na het verwijderen van de lignine wordt de hemicellulose uit het hout verwijderd met natronloog. Van het hout blijft dan alleen de cellulose over, die nog een kleine hoeveelheid water bevat. Dit water moet ook nog worden verwijderd. Hiertoe wordt de cellulose sterk afgekoeld, zodat het aanwezige water bevriest. Door de luchtdruk steeds laag te houden, verdampt het bevroren water en wordt dit vervolgens afgevoerd. Deze scheidingsmethode heet ‘vriesdrogen’ en heeft overeenkomsten met het indampen van een oplossing. Zo zijn bijvoorbeeld de fasen van het water en van het residu, direct na uitvoering van het vriesdrogen, gelijk aan de fasen direct na uitvoering van het indampen van een oplossing.

Geef de toestandsaanduidingen van het residu en van het water direct na het vriesdrogen van cellulose. Noteer je antwoord als volgt: toestandsaanduiding residu: … toestandsaanduiding water: …
stap 4 Om olie te kunnen opnemen, moet het oppervlak van de cellulose hydrofoob worden gemaakt. Dit gebeurt door een behandeling waardoor op de cellulose een laagje van het polymeer polysiloxaan wordt gevormd. Daarna is de houtspons klaar. In figuur 2 is de reactie tussen drie monomeereenheden van…

stap 4 Om olie te kunnen opnemen, moet het oppervlak van de cellulose hydrofoob worden gemaakt. Dit gebeurt door een behandeling waardoor op de cellulose een laagje van het polymeer polysiloxaan wordt gevormd. Daarna is de houtspons klaar. In figuur 2 is de reactie tussen drie monomeereenheden van polysiloxaan en drie monomeereenheden van cellulose schematisch weergegeven. figuur 2

Geef aan welke stof (X) bij deze reactie wordt afgesplitst. Olie is een mengsel van koolwaterstoffen.
Leg uit waardoor olie beter aan houtspons bindt dan aan cellulose. Gebruik de structuurformules die zijn weergegeven in figuur 2. Geabsorbeerde olie kan uit houtspons worden verwijderd door deze eenvoudigweg eruit te persen. De houtspons veert daarna terug tot zijn oude vorm en kan opnieuw worden…

Leg uit waardoor olie beter aan houtspons bindt dan aan cellulose. Gebruik de structuurformules die zijn weergegeven in figuur 2. Geabsorbeerde olie kan uit houtspons worden verwijderd door deze eenvoudigweg eruit te persen. De houtspons veert daarna terug tot zijn oude vorm en kan opnieuw worden gebruikt. Onderzoekers hebben de opname van olie door de houtspons gemeten tijdens een aantal cycli van opname en uitpersen. De resultaten zijn in figuur 3 weergegeven. De opname van olie is uitgedrukt in het aantal gram olie dat per gram houtspons is opgenomen.

figuur 3
Geef aan hoe uit figuur 3 blijkt dat de olie niet volledig uit de houtspons geperst kan worden. In 2018 botste in de Rotterdamse haven een Noorse olietanker op een steiger, waardoor de tanker 200 ton olie verloor.
Bereken aan de hand van figuur 3 hoeveel cycli van opname en uitpersen minimaal nodig zijn om 200 ton olie uit het water van de haven te verwijderen met behulp van 100 kg houtspons. Lees de opgenomen olie af in één decimaal. Neem aan dat: − de gemiddelde opname per cyclus overeenkomt met die van…

Bereken aan de hand van figuur 3 hoeveel cycli van opname en uitpersen minimaal nodig zijn om 200 ton olie uit het water van de haven te verwijderen met behulp van 100 kg houtspons. Lees de opgenomen olie af in één decimaal. Neem aan dat: − de gemiddelde opname per cyclus overeenkomt met die van cyclus 8. − 1 ton = 10 3 kg

opgave 2Metal fuels

De komende jaren zullen steenkolencentrales worden gesloten om de
elektriciteitsproductie duurzamer te maken. Een onderzoeksteam van de
TU Eindhoven onderzoekt of deze centrales toch nog langer te gebruiken
zijn wanneer steenkool wordt vervangen door een zogeheten ‘metal fuel’.
Een metal fuel is een metaalpoeder dat verbrand kan worden. Het
onderzoeksteam gebruikt hiervoor ijzerpoeder.
De verbrandingsreactie van ijzerpoeder verloopt als volgt:
4 Fe (s) + 3 O2 (g) → 2 Fe2O3 (s)
(reactie 1)
In deze opgave wordt de productie van elektrische stroom op basis van de
verbranding van ijzerpoeder beschreven. Op de uitwerkbijlage is hiervoor
een vereenvoudigd en nog onvolledig blokschema gegeven. Eerst wordt
ijzerpoeder dat in ruimte I is opgeslagen, gemengd met lucht. In een
verbrandingskamer (ruimte II) wordt dit lucht-ijzermengsel tot ontbranding
gebracht.
102p
Leg uit met behulp van het botsende-deeltjesmodel dat de
verbrandingssnelheid van ijzerpoeder hoger wordt, wanneer eenzelfde
massa ijzerpoeder met een kleinere deeltjesgrootte wordt gebruikt.
De verbranding van ijzerpoeder in
figuur 1
ruimte II verloopt specifiek:
de zuurstof reageert aan het
oppervlak van de ijzerpoederdeeltjes
en er vormt zich een korst van
ijzeroxide. Dit is weergegeven in
figuur 1. De korst wordt steeds dikker
en uiteindelijk blijft er een vast
deeltje over dat voornamelijk uit
poederdeeltje
Fe2O3 bestaat.
Wanneer ijzerpoederdeeltjes reageren in ruimte II nemen ze in massa
toe. Wanneer de poederdeeltjes na de verbranding groot en zwaar
genoeg zijn, zakken ze naar de onderkant van de verbrandingskamer en
komen ze in een opvangruimte terecht (ruimte III).
111p
Geef een verklaring voor het toenemen van de massa van de
poederdeeltjes.
De overgebleven gassen uit de lucht
worden in ruimte II verhit, door de warmte
figuur 2
die vrijkomt bij de verbranding van
ijzerpoeder (zie uitwerkbijlage). De hete
gassen worden boven uit ruimte II
afgetapt en gebruikt voor de productie van
hete stoom. Hiervoor moet de energie van
de hete gassen via een apparaat (IV)
worden overgedragen aan water. Het
symbool voor dit apparaat is in figuur 2
weergegeven. Met de gevormde hete
stoom wordt een stoomturbine (V) met
elektriciteitsgenerator (VI) aangedreven.
De stoom die uit de stoomturbine komt,
wordt afgekoeld in een koeler (VII) en het
figuur bij de opgave
gevormde afgekoelde water wordt weer
naar het apparaat (IV) teruggevoerd.
121p
Geef de naam van het apparaat (IV) dat is weergegeven in figuur 2.
132puitwerkbijlage
Vul het blokschema op de uitwerkbijlage aan:
− Teken het symbool voor het apparaat (IV) en verbind deze met de
stoomturbine (V) en met de koeler (VII).
− Geef aan welke waterstroom afgekoeld water en welke waterstroom
hete stoom bevat.
− Noteer de letters van onderstaande stofstromen op de juiste plek in
het blokschema:
A hete gassen
B afgekoelde gassen
Het ontstane ijzeroxide bestaat voornamelijk uit Fe2O3 en is opgevangen
in ruimte III. Dit Fe2O3 wordt vervolgens in een recyclingproces weer
omgezet tot ijzerpoeder. Deze terugwinning van ijzer is mogelijk door
Fe2O3 te laten reageren met waterstof. Hierbij ontstaan ijzer en water.
142p
Geef de vergelijking voor de reactie van Fe2O3 met waterstof.
In het eerder weergegeven blokschema op de uitwerkbijlage ontbreekt
een blok voor het recyclingproces.
152puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet.
− Teken een blok voor het recyclingproces.
− Teken de pijlen van de ontbrekende stofstromen.
− Noteer de nummers van de onderstaande stoffen bij de juiste pijlen.
1 ijzer
2 ijzeroxide
3 water
4 waterstof

opgave 3BioGlue®

BioGlue® is een lijm die chirurgen gebruiken bij het repareren van de
wand van een bloedvat. BioGlue® bevat onder andere de stof
glutaaraldehyde. Glutaaraldehyde kan worden gemaakt door stof X te
laten reageren met zuurstof. De molecuulformule van stof X is C5H8. In
een molecuul van stof X zijn alle C-atomen gerangschikt in een ring.
162p
Geef de structuurformule van stof X.
De werking van BioGlue® is onder andere gebaseerd op de reactie van de
stof glutaaraldehyde met (vrije) NH2-groepen in de restgroepen van
eiwitten.
172p
Geef de 3-lettersymbolen van de vier aminozuren die een (vrije)
NH2-groep in de restgroep hebben.
In figuur 1 is de reactie van de C=O-groepen van glutaaraldehyde met
NH2-groepen weergegeven.
figuur 1
figuur 1
Wanneer glutaaraldehyde-moleculen reageren met NH2-groepen in de
restgroepen van een eiwit, ontstaan crosslinks. Op de uitwerkbijlage is de
reactievergelijking voor de vorming van een crosslink tussen twee
eiwitmoleculen met één glutaaraldehyde-molecuul schematisch en
onvolledig weergegeven.
183puitwerkbijlage
Maak de reactievergelijking op de uitwerkbijlage compleet.
BioGlue® wordt geleverd in een spuit met twee compartimenten met
verschillende oplossingen (figuur 2). Wanneer de spuit wordt ingedrukt,
komen een glutaaraldehyde-oplossing en een oplossing van het eiwit
albumine in de juiste verhouding gemengd bij elkaar in de tip. De druppels
BioGlue® die uit de tip komen, moeten vrijwel meteen op de wond worden
aangebracht.
figuur 2
figuur 2
De wand van een bloedvat bevat veel eiwitten. Om een gescheurd
bloedvat te repareren, brengt een chirurg BioGlue® aan op de wanden van
het bloedvat en drukt deze wanden samen. Door de reactie van
glutaaraldehyde met albumine én met de eiwitten in de wand van het
bloedvat ontstaat een netwerk dat de scheur afdicht (figuur 3). Hierbij
wordt BioGlue® hard. Dit wordt uitharden genoemd.
figuur 3
wand wand bloedvat bloedvat G G G = albumine-molecuul G G G = eiwitmolecuul in bloedvat G GG G = glutaaraldehyde-molecuul G G G bloedvat uitvergroting van de scheur
Het kan gebeuren dat de chirurg te lang wacht voor hij de lijm aanbrengt
nadat glutaaraldehyde en albumine zijn gemengd. In dat geval hardt de
lijm wel uit, maar wordt de scheur niet goed afgedicht.
192p
Geef een verklaring op microniveau waarom de scheur niet goed wordt
afgedicht wanneer de chirurg te lang wacht met het aanbrengen van de
lijm. Gebruik eventueel figuur 3.
Onderzoekers hebben de snelheid onderzocht waarmee de lijm uithardt.
Zij mengden gelijke hoeveelheden albumine met verschillende
hoeveelheden glutaaraldehyde. Vervolgens werd de uithardingstijd van de
lijm gemeten. In figuur 4 zijn de resultaten weergegeven.
figuur 4
200 (seconden) 150 100 50 0 0 5 10 15 20 α
α = (massaalbumine)/(massa)_g_l_u_t_a_a_r_a_l_d_e_h_y_d_e
203p
Leg uit aan de hand van figuur 4 of de reactiesnelheid van het uitharden
van de lijm toeneemt of afneemt, wanneer een grotere hoeveelheid
glutaaraldehyde wordt toegevoegd.
Om een optimale afstemming te krijgen tussen de uithardingstijd en het
dichten van de scheur, is het compartiment met albumine-oplossing vier
maal zo groot als het compartiment met glutaaraldehyde-oplossing.
213p
Bereken de massaverhouding waarin glutaaraldehyde en albumine
gemengd worden bij het gebruik van BioGlue®.
Noteer je antwoord als volgt:
massa glutaaraldehyde: massa albumine = 1,0: …
Neem aan dat:
− de albumine-oplossing 45 massaprocent albumine bevat en een
dichtheid heeft van 1,1 g mL–1;
− de glutaaraldehyde-oplossing 10 massaprocent glutaaraldehyde bevat
en een dichtheid heeft van 1,0 g mL–1.

opgave 4Alcohol in de auto

Een fabrikant heeft een elektrische auto ontwikkeld die rijdt op een
oplossing van ethanol (alcohol, C2H6O). Deze auto maakt in een
‘reformer’ waterstofgas uit de ethanoloplossing. Vervolgens produceert
een zogenoemde ‘solid oxide-brandstofcel’ (SOFC) elektrische stroom uit
waterstofgas. De elektrische energie wordt opgeslagen in een batterij en
kan worden gebruikt voor het aandrijven van de motor. In figuur 1 is deze
energievoorziening schematisch en vereenvoudigd weergegeven.
figuur 1
figuur 1
221p
Geef de structuurformule van ethanol.
In de reformer wordt de ethanoloplossing omgezet tot waterstofgas en
koolstofdioxide. Dit proces kan vereenvoudigd worden weergegeven met
onderstaande vergelijking.
C2H6O (l) +
3 H2O (l) → 6 H2 (g) + 2 CO2 (g)
(reactie 1)
233p
Bereken de reactiewarmte van reactie 1 in J per mol waterstof (bij
T = 298 K en p = p0). Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2.
242p
Bereken de atoomeconomie voor de vorming van waterstof volgens
reactie 1. Gebruik Binas-tabel 37H of ScienceData-tabel 1.7.7.
In figuur 2 is de SOFC schematisch weergegeven. De gevormde waterstof
reageert bij elektrode A van de SOFC. Bij elektrode B reageert zuurstof
uit de lucht. Hierbij treden de volgende halfreacties op:
elektrode A: H_2 + O^2^ − → H_2O + 2 e^̶
elektrode B: O_2 + 4 e^̶ → 2 O^2^ −
figuur 2
figuur 2
In figuur 2 ontbreken de stoffen die halfcel B verlaten.
251p
Geef de naam van een van deze stoffen. Neem aan dat O2 volledig
reageert.
262p
Geef met behulp van de vergelijkingen van bovenstaande halfreacties de
vergelijking van de totale reactie.
De elektrolyt in de SOFC is vast en kan bestaan uit zirkoniumoxide (ZrO2)
waaraan een kleine hoeveelheid yttriumoxide (Y2O3) is toegevoegd. In
figuur 3 zijn de roosters van zuiver ZrO2 en van het mengsel van ZrO2 en
Y2O3 schematisch weergegeven.
figuur 3
figuur 3
272p
Geef de naam van het type kristalrooster in figuur 3, en geef de naam van
het type binding tussen de samenstellende deeltjes.
Door de toevoeging van Y2O3 ontstaan lege plekken in het rooster van
ZrO2 die ‘gaten’ worden genoemd. De oorzaak hiervan is dat er per twee
Zr4+-ionen die worden vervangen door twee Y3+-ionen, één O2–-ion minder
nodig is in het rooster.
282p
Leg deze oorzaak uit aan de hand van de ionladingen van de betrokken
ionen.
De wijze waarop de elektrolyt elektrische stroom geleidt, is als volgt:
− De SOFC wordt verhit tot 600 °C.
− Bij deze temperatuur kunnen O2–-ionen naar een volgende lege plek
springen.
− Netto verplaatsen zich op deze manier O2–-ionen door de elektrolyt
heen, van de ene elektrode naar de andere elektrode.
292p
Leg uit met behulp van de gegeven halfreacties in welke richting de O2–
-ionen zich tijdens de stroomlevering verplaatsen, van elektrode A naar
elektrode B of van B naar A.
Tijdens het rijden wordt vanuit de reformer CO2 uitgestoten (reactie 1).
Toch is onder een bepaalde voorwaarde het rijden met deze auto
CO2-neutraal.
302p
Geef deze voorwaarde en licht toe waarom rijden met deze auto dan
CO2-neutraal is. Noteer je antwoord als volgt:
voorwaarde: …
toelichting: …
Er zijn ook auto’s die rijden op waterstofgas. Op grond van de
uitgangspunten van de groene chemie kunnen voordelen en nadelen van
een SOFC-auto ten opzichte van een waterstofauto worden gegeven.
312p
Geef een voordeel en een nadeel van een SOFC-auto ten opzichte van
een waterstofauto.
− Baseer je antwoord op twee van de volgende
uitgangspunten: 2, 8 of 12.
− Gebruik Binas-tabel 97F of ScienceData-tabel 38.6.
− Noteer je antwoord als volgt:
uitgangspunt: … voordeel: …
uitgangspunt: … nadeel: …

opgave 5Bijensteek

Een bij steekt de mens alleen uit verdediging. Tijdens een bijensteek
wordt gif in het lichaam gespoten. Het gif bestaat uit water en een aantal
vaste stoffen. Deze vaste stoffen vormen het ‘drooggewicht’. De meest
voorkomende vaste stoffen in bijengif staan in tabel 1.
tabel 1
stoffen in bijengif massapercentage van het drooggewicht mellitine 50% fosfolipase A2 12% histamine 9%
Tijdens de bijensteek wordt 50 µg gif in het lichaam gespoten.
324p
Bereken hoeveel mol mellitine door een bijensteek in het lichaam
terechtkomt. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Gebruik onder andere de volgende gegevens:
− Het gif bestaat voor 88 massaprocent uit water.
− De molaire massa van mellitine is 2847 g mol–1.
Op de plaats van de bijensteek veroorzaken de eiwitten mellitine en
fosfolipase A2 schade aan celmembranen. Een fragment van een
gedeelte van mellitine is: ~ Leu – Pro – Ala ~.
334p
Geef de structuurformule van dit fragment. Gebruik Binas-tabel 67H1 of
ScienceData-tabel 13.7c.
Celmembranen bestaan uit fosfolipidemoleculen. Een fosfolipidemolecuul
is opgebouwd uit een glycerolmolecuul dat is veresterd met twee
vetzuurmoleculen en een fosforzuurverbinding. Een voorbeeld van een
fosfolipidemolecuul dat in celmembranen voorkomt is in figuur 1
weergegeven.
figuur 1
figuur 1
342p
Geef de namen van de twee vetzuren die in het fosfolipidemolecuul van
figuur 1 zijn veresterd. Gebruik Binas-tabel 67G2 of
ScienceData-tabel 13.2g.
Het enzym fosfolipase A2 uit bijengif bevordert de hydrolyse van
fosfolipidemoleculen. Op de uitwerkbijlage is de vergelijking van deze
hydrolyse onvolledig weergegeven. Op de uitwerkbijlage zijn de
koolstofatomen van het fosfolipidemolecuul genummerd. De hydrolyse
vindt uitsluitend plaats bij de estergroep aan het C-atoom met nummer 2.
De andere estergroepen blijven ongewijzigd.
353puitwerkbijlage
Geef op de uitwerkbijlage, in structuurformules, de vergelijking van deze
hydrolyse. Geef het koolwaterstofgedeelte van het vetzuur op dezelfde
manier weer als in het fosfolipidemolecuul.
361p
Geef een verklaring voor het feit dat bij deze reactie uitsluitend de
estergroep aan het C-atoom met nummer 2 wordt gehydrolyseerd.
Op de plaats van de bijensteek geven bepaalde lichaamscellen histamine
af. Deze histamine én de histamine uit bijengif veroorzaken de zwelling,
roodheid en jeuk. De structuurformule van histamine is hieronder
weergegeven.
figuur bij de opgave
histamine
In het lichaam wordt histamine gemaakt uit het aminozuur histidine.
Hierbij ontstaat behalve histamine nog één ander deeltje.
371p
Geef de molecuulformule van het andere deeltje. Gebruik
Binas-tabel 67H1 of ScienceData-tabel 13.7c.
Op de internetsite www.bijenhouders.nl staat dat het innemen van een
antihistamine-tablet de gevolgen van een bijensteek kan beperken. Een
andere internetsite geeft het advies om de plaats van een bijensteek te
behandelen met zuiveringszout, omdat zuiveringszout reageert met gif.
Bijengif heeft namelijk een lage pH van 4,5 tot 5,5. Helaas is dit middel
niet effectief, omdat het zuiveringszout niet in de huid kan binnendringen
waardoor het niet in contact komt met het gif.
382p
Geef met behulp van Binas-tabel 66A of ScienceData-tabel 10.2a de
formule van zuiveringszout en licht toe waarom zuiveringszout met
bijengif met een lage pH reageert.
Noteer je antwoord als volgt:
formule zuiveringszout: …
toelichting: …
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.