Eindexamen scheikunde vwo 2002, tijdvak 2 (scheikunde 1,2)

Leg met behulp van een evenwichtsbeschouwing uit of de [O₂] in de weefsels groter of

kleiner is dan in de rode bloedcellen.

Ook koolstofmono-oxide bindt zich, en zelfs beter dan zuurstof, aan hemoglobine. Het

vermindert daardoor onder meer het zuurstoftransport. Blootstelling aan koolstofmono-

oxide kan, afhankelijk van de concentratie in de ingeademde lucht en de duur van het

contact, leiden tot suffigheid, hoofdpijn, bewusteloosheid en zelfs tot de dood.

De competitie tussen koolstofmono-oxide en zuurstof om zich te binden aan hemoglobine

kan worden weergegeven met de volgende betrekking:

M

aantalmolHbO 2 pO₂

In deze betrekking

– is HbCO hemoglobine dat koolstofmono-oxide gebonden heeft;

– stellen p_CO en p_O2 de partiële drukken voor van koolstofmono-oxide en zuurstof in de

ingeademde lucht;

– is M de zogenoemde relatieve bindingsaffiniteit voor koolstofmono-oxide; voor de mens

ligt M tussen 210 en 245.

Met behulp van deze betrekking kan worden berekend bij welk volumepercentage van

koolstofmono-oxide in lucht evenveel hemoglobine is bezet met koolstofmono-oxide als

met zuurstof.

Bereken dit volumepercentage koolstofmono-oxide in lucht.

Gebruik bij deze berekening de volgende gegevens:

– het zuurstofgehalte van lucht is 21 volumeprocent;

– M = 220;

– de partiële druk van een gas in een gasmengsel is recht evenredig met het

volumepercentage van dat gas.

Doordat koolstofmono-oxide reuk-, kleur- en smaakloos is, is het moeilijk waarneembaar.

Daarom zijn er koolstofmono-oxide detectoren ontwikkeld.

Het artikel dat is afgedrukt op het informatieblad dat bij dit examen is verstrekt, gaat over

een detector die bijvoorbeeld gebruikt kan worden in de buurt van een keukengeiser.

Leg uit onder welke omstandigheden in een keukengeiser koolstofmono-oxide kan ontstaan.

In regel 14 van het artikel wordt de term katalysatorsysteem gebruikt voor de functie die de

combinatie van palladium(II)chloridedihydraat met koper(II)chloridedihydraat heeft.

Leg uit dat de aanduiding katalysator voor de combinatie palladium(II)chloridedihydraat en

koper(II)chloridedihydraat juist is.

Geef de vergelijking van de reactie die door toedoen van dit katalysatorsysteem wordt

versneld.

In het ontwerp van de detector is rekening gehouden met een (licht) verlies van water,

bijvoorbeeld door verdamping, en van waterstofchloride doordat het als gas ontwijkt. Door

een bepaalde voorziening worden deze mogelijke verliezen gecompenseerd.

Geef de eerste twee en de laatste twee woorden van de zin waarin deze voorziening in het

artikel staat genoemd.

Geef de namen van de twee stoffen op de badge waaruit waterstofchloride gevormd kan

worden.

In het artikel wordt niet gesproken over de snelheden van de drie reacties. Bij het

ontwerpen van deze detector zullen deze reactiesnelheden zeker een rol hebben gespeeld.

Eén van de reacties dient langzaam te verlopen.

Leg uit welke reactie dat is.

Geef aan welke handelingen men achtereenvolgens met bovenstaande meetopstelling moet

verrichten om de draaiingshoek α van een sacharose-oplossing vast te stellen.

Uit de gemeten draaiingshoek α kan de concentratie van de sacharose worden berekend met

behulp van de formule:

α = [α] × l × c

Hierin is α de gemeten draaiingshoek, [α] de specifieke draaiing van sacharose bij de

gebruikte golflengte, l de weglengte van het licht door de cuvet in dm en c de concentratie

van de sacharose in gram per mL.

Bij een bepaling van de concentratie van sacharose in diksap werd 100 mL van de oplossing

eerst verdund tot 500 mL. Van deze verdunde oplossing (T = 293 K) werd vervolgens de

draaiingshoek α gemeten in een cuvet waarin het licht een weglengte heeft van 1,00 dm. De

draaiingshoek α van de oplossing bleek 10,2° te zijn. De specifieke draaiing [α] van sacharose

(T = 293 K) voor licht met de gebruikte golflengte van 589 nm is 66,4° mL dm^–1 g^–1.

Bereken uit bovenstaande gegevens het massapercentage sacharose in het onderzochte

diksap. De dichtheid van diksap is 1,20 g mL^–1.

Bij de winning van sacharose is niet alleen het massapercentage sacharose van de oplossing

van belang, maar ook de mate van verontreiniging. Daarom gebruikt men wel het begrip

reinheidsquotiënt. Het reinheidsquotiënt (RQ) is gedefinieerd als:

De kristallisatie van sacharose in een suikerfabriek is een continu proces en kan als volgt

schematisch worden weergegeven:

Diksap heeft een RQ = 92%, dat wil zeggen dat van de 100 gram opgeloste vaste stof

92 gram sacharose is en dat de resterende 8 gram andere vaste stoffen zijn.

Bereken hoeveel massaprocent van de in diksap opgeloste sacharose tijdens de kristallisatie

wordt afgescheiden als zuivere sacharose.

Bij de kristallisatie maakt men gebruik van een aantal kenmerken van mengsels van

sacharose en water:

– de oplosbaarheid van sacharose in water neemt af bij dalende temperatuur;

– het is mogelijk een 110% verzadigde oplossing van sacharose in water te maken; in zo'n

oplossing is de oplosbaarheid van sacharose met 10% overschreden zonder dat vaste stof

ontstaat;

– als in een 110% verzadigde oplossing van sacharose wat sacharosekristallen worden

gebracht, kristalliseert zoveel sacharose uit dat een 100% verzadigde oplossing ontstaat.

Er zijn verschillende mogelijkheden om uit diksap door kristallisatie sacharose te winnen.

Eén van die mogelijkheden omvat de volgende stappen.

Stap 1: Uit de nog niet verzadigde oplossing wordt bij een constante temperatuur van 70 °C

net zo lang water verdampt tot een 110% verzadigde oplossing ontstaat.

Stap 2: In de 110% verzadigde oplossing worden sacharosekristallen gebracht; bij een

constante temperatuur van 70 °C kristalliseert zuivere sacharose uit. Deze vaste

sacharose wordt volledig verwijderd.

Stap 3: De ontstane 100% verzadigde oplossing wordt afgekoeld tot een 110% verzadigde

oplossing ontstaat.

Stap 4: In de dan verkregen 110% verzadigde oplossing worden sacharosekristallen

gebracht; bij een constante temperatuur kristalliseert zuivere sacharose uit. Deze

vaste sacharose wordt volledig verwijderd.

Met behulp van zogenoemde verzadigingscurven kan men afleiden wat de concentraties van

de sacharose in de oplossingen na de stappen 1 tot en met 4 zullen zijn.

In onderstaand diagram zijn twee verzadigingscurven van sacharose in water getekend: die

van 100% en die van 110%.

In het diagram is met een punt P de toestand, dat wil zeggen de temperatuur en het

aantal g sacharose per 100 g oplossing, aangegeven van het diksap dat de

kristallisatieruimte ingaat.

Op de bijlage is dit diagram op millimeterpapier weergegeven.

Geef op de bijlage de toestand aan van de sacharose-oplossing na ieder van de vier

verschillende stappen:

– met een punt A de toestand na stap 1

– met een punt B de toestand na stap 2

– met een punt C de toestand na stap 3

– met een punt D de toestand na stap 4.

Geef de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van Fe(OH)₂ tot Fe(OH)₃ (zie stap 3).

Neem hierbij aan dat het milieu (zwak) basisch is.

Geef de reactievergelijking voor de omzetting van Fe(OH)₃ tot Fe₂O₃. nH₂O (zie stap 4).

Roestvast staal is een legering van ijzer met vooral chroom en heeft als eigenschap dat het

bestand is tegen roesten door de vorming van een beschermend laagje chroom(IV)oxide.

Roestvast staal wordt onder andere toegepast in de fabricage van tafelmessen. Van bepaalde

duurdere soorten messen bleek na jaren intensief gebruik dat er beschadigingen in het

lemmet (het deel waar je mee snijdt) ontstonden. De lemmeten van deze messen waren

vervaardigd van roestvast staal en de handvatten bestonden uit een legering met als

hoofdbestanddeel zilver. Om de schade aan de messen te verklaren, veronderstelt men dat

tijdens de dagelijkse afwas met zeepwater het ijzer van het lemmet zich als

opofferingsmetaal gedraagt om het zilver van het handvat te beschermen. Op plaatsen waar

het beschermende laagje chroom(IV)oxide is beschadigd, treedt aantasting van het staal op.

Daar gaan ijzerionen in oplossing. Men veronderstelt dat de elektronen die daarbij door het

ijzer worden afgestaan naar het handvat kunnen stromen, waar ze door zuurstof worden

opgenomen. Tijdens de afwas zouden de messen zich dus als elektrochemische cellen

gedragen, waarbij er een elektrische stroom door het mes gaat.

Een leerling krijgt als opdracht na te gaan of de veronderstelling dat de messen zich tijdens

de afwas als elektrochemische cellen gedragen, juist is. Daartoe scheidt hij van zo'n mes het

handvat van het lemmet en maakt, onder andere met behulp van deze twee onderdelen, een

elektrochemische cel. Het blijkt dat de cel stroom levert.

Maak een schets van de bedoelde elektrochemische cel. Benoem de onderdelen van de cel

en geef in je tekening ook aan welke de positieve elektrode en welke de negatieve elektrode

is van de cel.

De gemiddelde grootte van de stroom die tijdens een afwasbeurt door een mes loopt, is

0,3 µA (A is ampère; 1 ampère is 1 coulomb per seconde). Wanneer verder gegeven is dat

ijzer het enige metaal is dat reageert, dat het ijzer wordt omgezet tot Fe²⁺ en dat de messen

dagelijks tijdens de afwas 20 minuten in het zeepwater verblijven, dan kan worden

berekend hoeveel gram ijzer in 15 jaar wordt omgezet.

Geef deze berekening. Maak hierbij onder andere gebruik van Binas-tabel 7. Je hoeft bij

deze berekening geen rekening te houden met schrikkeljaren.

Verklaar door middel van een berekening dat tijdens het uitharden van het gips het verband

warm aanvoelt. Gebruik hierbij gegevens uit Binas-tabel 57A en het gegeven dat de

vormingswarmte van CaSO₄. 2H₂O(s) -20,21·10⁵ J mol^–1 bedraagt.

Tegenwoordig wordt voor dit soort verbanden bijna geen gips meer gebruikt, maar

voornamelijk zogenoemde polyurethanen.

Een polyurethaan kan worden gevormd uit twee verschillende stoffen. Een van de

beginstoffen die bij de vorming van zo'n polyurethaan gebruikt wordt, stof A, heeft de

volgende structuurformule:

stofA

Geef de systematische naam van stof A.

Een mogelijke andere beginstof voor de vorming van een polyurethaan, stof B, heeft de

volgende structuurformule:

stofB

De groep N = C = O heet isocyanaat.

In het vervolg van deze opgave wordt stof A aangeduid met HO - R₁ - OH en stof B met

O = C = N - R₂ - N = C = O.

De vorming van een polyurethaan berust op het feit dat OH groepen met isocyanaatgroepen

kunnen reageren. Bij de polymerisatie van stof A met stof B treedt de volgende reactie op:

+ + +

polymeer 1

Deze polymerisatie zou kunnen worden opgevat als additiepolymerisatie.

Geef twee argumenten die de opvatting ondersteunen dat deze polymerisatiereactie berust op

additie.

Isocyanaatgroepen kunnen met NH groepen op dezelfde manier reageren als met OH groepen.

Daarom kan er ook een reactie optreden tussen polymeer 1 en stof B. Bij die reactie ontstaat een

nieuw polymeer, polymeer 2. Polymeer 2 wordt vanwege zijn eigenschappen toegepast in

moderne verbanden om gebroken ledematen te stabiliseren. Bij het maken van zo'n verband legt

men rondom de breuk een verbandgaas aan, waarop een mengsel van polymeer 1 en stof B is

aangebracht, en laat de reactie tussen polymeer 1 en stof B optreden. Nadat de reactie heeft

plaatsgevonden, is een verband verkregen dat uitstekend geschikt is om een gebroken ledemaat te

stabiliseren.

Leg uit dat polymeer 2 gebruikt kan worden in een verband dat dient om een gebroken

ledemaat te stabiliseren.

Geef de reactievergelijking van deze hydrolyse. Noteer daarin de organische deeltjes in

structuurformules.

Een bruistablet bevat, behalve acetylsalicylzuur, onder meer natriumwaterstofcarbonaat

(NaHCO₃). Als een bruistablet in water wordt gebracht, treedt een reactie op tussen het

acetylsalicylzuur en het waterstofcarbonaat. Hierbij ontstaan onder andere de zuurrest van

acetylsalicylzuur en koolstofdioxide. Het bruisen van het tablet wordt veroorzaakt doordat

koolstofdioxide als gas uit de oplossing ontwijkt.

Een voorbeeld van een bruistablet is Aspro-bruis. Wanneer een Aspro-bruistablet in water

wordt gebracht, is na afloop van de gasontwikkeling een oplossing ontstaan met pH = 5,00.

In deze oplossing zijn vrijwel alle acetylsalicylzuurmoleculen omgezet tot de zuurrestionen.

Bereken hoeveel procent van de acetylsalicylzuurmoleculen in deze oplossing is omgezet

tot zuurrestionen. Gebruik hierbij voor acetylsalicylzuur de notatie HAz en voor het

zuurrestion van acetylsalicylzuur de notatie Az^–. Gebruik voor K_z de waarde 3,0·10^–4.

Acetylsalicylzuur is niet het enige zuur dat in bruistabletten voorkomt. Behalve acetylsalicylzuur

bevatten Aspro-bruistabletten ook citroenzuur (C₆H₈O₇, molecuulmassa 192,1 u), dat met

waterstofcarbonaat reageert onder vorming van koolstofdioxide. Acetylsalicylzuur is een

éénwaardig zuur en citroenzuur is een driewaardig zuur. Wanneer de gasontwikkeling die optreedt

nadat een Aspro-bruistablet in water is gebracht, is afgelopen, hebben echter niet alle

citroenzuurmoleculen hun drie beschikbare H⁺ ionen afgestaan.

Een Aspro-bruistablet bevat 500 mg acetylsalicylzuur, 865 mg citroenzuur en

851 mg natriumwaterstofcarbonaat.

Bereken hoeveel H⁺ ionen een citroenzuurmolecuul gemiddeld heeft afgestaan als de

gasontwikkeling die optreedt nadat een Aspro-bruistablet in water is gebracht, is afgelopen.

Ga er bij de berekening van uit dat al het acetylsalicylzuur en al het waterstofcarbonaat

heeft gereageerd.

Op de bijsluiter van bruistabletten staat vaak niet vermeld hoeveel milligram NaHCO₃ een

tablet bevat. Ellen heeft als opdracht gekregen om te bepalen hoeveel NaHCO₃ zo'n Aspro-

bruistablet bevat. Bij haar onderzoek heeft ze, behalve van Aspro-bruistabletten, uitsluitend

gebruikgemaakt van een bekerglas, water en een balans. Ze heeft bij haar onderzoek in

eerste instantie onder andere aangenomen dat de hoeveelheid CO₂ die in oplossing blijft, te

verwaarlozen is. Verder is ze er van uitgegaan dat alle NaHCO₃ reageert en dat in een

bruistablet NaHCO₃ de enige stof is waaruit CO₂ kan ontstaan.

Bij haar onderzoek heeft Ellen eerst de bepaling van de hoeveelheid NaHCO₃ in een

bruistablet uitgevoerd (proef 1). Bij de bespreking van het resultaat van haar proef kreeg ze

van haar docent te horen dat ze ook moest onderzoeken of haar aanname dat een

verwaarloosbare hoeveelheid CO₂ in oplossing blijft, juist is.

Daarom heeft ze, eveneens gebruik makend van uitsluitend een bekerglas, water, Aspro-

bruistabletten en een balans, een controleproef (proef 2) gedaan om na te gaan of de

hoeveelheid CO₂ die oplost, inderdaad te verwaarlozen is. Daarbij bleek dat die aanname

onjuist was.

Geef aan hoe Ellen proef 1 heeft uitgevoerd en welke metingen ze daarbij heeft gedaan.

Beschrijf een manier waarop Ellen proef 2 kan hebben uitgevoerd; geef ook aan hoe bij de

door jou beschreven proefuitvoering blijkt dat de genoemde aanname onjuist is.