opgave 1Ammoniet
Ammoniet is een verzamelnaam voor schelpvormige fossielen die soms
een goudachtige glans hebben. Ammonieten in musea kunnen in de loop
der tijd vervallen tot een grijs poeder. De tekstfragmenten in deze opgave
zijn ontleend aan een artikel dat gaat over deze ongewenste verandering
en hoe dat verval kan worden tegengegaan.
In tekstfragment 1 wordt de vorming verklaard van de stof die de
goudachtige glans veroorzaakt.
tekstfragment 1
De ammonietjes zijn niet van goud maar van het bijzonder kwetsbare pyriet of markasiet. Dit zijn verbindingen van zwavel en ijzer die zijn ontstaan na de dood van een organisme. In eiwit zit zwavel, het zwavel dat zo stinkt als een ei aanbrandt of verrot. Als een dier na zijn dood 5 verrot in een substraat waaruit deze gassen niet kunnen ontsnappen, bijvoorbeeld in klei, dan kan dat zwavel een verbinding aangaan met het ijzer dat meestal opgelost in water aanwezig is en wordt er ijzersulfide gevormd. Dit kristalliseert dan bijvoorbeeld tegen de wand van de schelp van een ammoniet.
Uit tekstfragment 1 wordt ongeveer duidelijk hoe pyriet kan ontstaan,
maar chemisch gezien mankeert er nogal wat aan de beschrijving die
wordt gegeven in de regels 3 tot en met 8.
Met pyriet of markasiet wordt een stof bedoeld met de formule FeS2. In
regel 7 van tekstfragment 1 wordt deze stof ijzersulfide genoemd. Dat is
onjuist. De negatieve ionen zijn namelijk niet sulfide-ionen, maar
zogenoemde disulfide-ionen, S22–.
Ook is het niet de stof zwavel die de stank van rotte eieren veroorzaakt
(regels 3 en 4), maar het gas waterstofsulfide, H2S.
De omzetting van H2S moleculen tot disulfide-ionen is een redoxreactie.
13pGeef de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van H2S tot S22–.
In de vergelijking van deze halfreactie komt behalve H2S en S22– ook
H+ voor.
Eigenlijk is het chemisch gezien onjuist om over ‘opgelost ijzer’ te spreken
(regel 7).
23pSchrijf een stukje tekst dat de zin „Als een dier … gevormd.” uit de
regels 4 tot en met 8 van tekstfragment 1 kan vervangen en dat chemisch
gezien juist is. Maak gebruik van hierboven verstrekte informatie.
In tekstfragment 2 wordt het verval van de ammonieten in musea
verklaard.
tekstfragment 2
IJzersulfide kan in twee vormen uitkristalliseren: in de vorm van een kubus of radiair. De kubus is een gesloten vorm en wellicht ook daarom weinig kwetsbaar. Het kubische pyriet is de meest stabiele van de twee vormen. De radiaire vorm heet markasiet en is vanuit één punt 5 straalsgewijs opgebouwd. Omdat er ruimte tussen die stralen is, kan er gemakkelijk water tussen komen dat zich met het markasiet verbindt. Er ontstaat dan het blauwgrijze mineraal melanteriet waarin veel kristalwater is opgenomen. De reactie kan in woorden als volgt worden weergegeven: markasiet met water en zuurstof vormt melanteriet en zwavelzuur. 10 Door de opname van het kristalwater wordt het volume groter en gaat het fossiel barsten. Het melanteriet wordt door de barsten naar buiten geperst en het grijze poeder wordt zichtbaar. Heel wat fraaie pyrietammonieten zijn gebarsten en verbrokkeld en zo verloren gegaan. Een boosdoener is het zwavelzuur dat het bijproduct is in de reactie van 15 markasiet naar melanteriet. Dit zwavelzuur tast in het museum niet alleen het meubilair en de bijgevoegde etiketten aan maar zou ook de reactie zelf versnellen. Nu is het inderdaad zo dat veel pyrietfossielen zijn ingebed
In tekstfragment 2 wordt een reactie beschreven als verklaring van het
ontstaan van het grijze poeder (regel 9 tot en met 12). De formule van
melanteriet is FeSO4.7H2O. Het water dat voor de reactie nodig is, is als
waterdamp in de lucht aanwezig.
33pGeef de reactievergelijking voor het ontstaan van melanteriet uit
markasiet.
43pBereken hoeveel maal zo groot de massa van de vaste stof wordt,
wanneer vast markasiet wordt omgezet tot vast melanteriet. Geef de
uitkomst van de berekening in drie significante cijfers.
51pWelke gegevens heb je nog meer nodig om te berekenen hoeveel maal zo
groot het volume van de vaste stof wordt, wanneer vast markasiet wordt
omgezet tot vast melanteriet?
In tekstfragment 2 wordt ook de rol van zwavelzuur beschreven (zie
regels 14 tot en met 20).
62pGeef de vergelijking van de reactie die in de regels 17 en 18 van
tekstfragment 2 wordt bedoeld. Gebruik eventueel gegevens uit
Binas-tabel 66A.
opgave 2Asbjørn Følling en de ontdekking van PKU
In 1934 bezocht de moeder van twee kinderen met een verstandelijke
beperking de Noorse arts Asbjørn Følling. De moeder vond dat de urine
van haar kinderen een afwijkende geur had en ze vermoedde dat die geur
iets met de beperking van de kinderen te maken had. Vanwege de geur,
die mogelijk op suikerziekte wees, voegde Følling aan de urine een paar
druppels toe van een oplossing van ijzer(III)chloride (FeCl3), een
standaardtest voor suikerziekte. Indien iemand aan suikerziekte lijdt,
kleurt de urine paars-rood. Følling nam echter een groene kleur waar, die
na enkele minuten verdween.
Følling isoleerde uit de urine een witte vaste stof (stof X). Hij toonde
vervolgens aan dat stof X de groenkleuring van de urine veroorzaakte en
dat stof X niet aanwezig was in de urine van gezonde mensen.
72pBeschrijf hoe Følling te werk kan zijn gegaan om aan te tonen dat stof X
de groenkleuring van de urine veroorzaakt en dat stof X niet aanwezig is
in de urine van gezonde mensen.
Om te achterhalen wat de molecuulformule van stof X is, deed Følling
twee bepalingen.
− Hij voerde eerst een titratie uit met natronloog. Hij nam hierbij aan dat
stof X een eenwaardig zuur is. Deze aanname bleek later geheel juist
te zijn. Uit de titratie leidde hij af dat de molaire massa van stof X
164 g mol–1 bedraagt.
− Hij liet 4,69 mg van stof X volledig verbranden. Hierbij ontstond
uitsluitend 11,2 mg CO2 en 2,08 mg H2O.
Met behulp van de gegevens uit deze twee bepalingen berekende Følling
dat de molecuulformule van stof X C9H8O3 is.
84pGeef deze berekening.
Om de structuurformule van stof X te achterhalen, deed Følling nog enige
andere experimenten. Toen hij stof X liet reageren met een sterke
oxidator, ontstonden daaruit twee reactieproducten. Bij nader onderzoek
bleken dat benzeencarbonzuur en ethaandizuur te zijn.
Følling trok uit deze waarneming de conclusie dat stof X was ontstaan uit
het aminozuur fenylalanine. Later in het onderzoek bleek ook deze
conclusie geheel juist te zijn.
92pGeef een mogelijke structuurformule voor stof X. Houd daarbij ook
rekening met eerder in deze opgave verstrekte gegevens.
Bij gezonde mensen wordt fenylalanine in het lichaam grotendeels
omgezet tot een ander aminozuur doordat in een molecuul fenylalanine
een OH groep wordt aangebracht (hydroxyleren).
101pGeef de naam van het aminozuur dat ontstaat wanneer bij gezonde
mensen fenylalanine door hydroxylering wordt omgezet.
Bij de kinderen vond de hydroxylering van fenylalanine kennelijk niet
plaats. Følling vermoedde dat dit kwam door een genetische afwijking
(mutatie) waardoor een voor de omzetting noodzakelijk enzym niet
werkte. Het fenylalanine werd bij de kinderen kennelijk omgezet tot stof X.
Omdat deze omzetting langzaam verloopt, hoopt fenylalanine zich op in
het lichaam. Een gevolg daarvan is dat de hersenen en het zenuwstelsel
worden aangetast. Deze genetische afwijking wordt reeds vele jaren
phenylketonurie (PKU) genoemd.
Følling deed tot slot een onderzoek om na te gaan of gezonde mensen
fenylalanine omzetten zonder dat daarbij stof X ontstaat. Hij kocht
synthetisch gemaakte fenylalanine en nam een kleine hoeveelheid in.
Toen hij daarna een test met ijzer(III)chloride uitvoerde, kleurde zijn urine
tegen zijn verwachting in groen. Ook bij geteste medewerkers kleurde de
urine groen na het toevoegen van enkele druppels ijzer(III)chloride-
oplossing. De verklaring voor deze waarneming kwam enige tijd later. Er
zijn twee vormen van fenylalanine.
112pLeg aan de hand van de structuurformule van fenylalanine uit dat er twee
vormen van deze stof bestaan.
123pGeef een mogelijke verklaring voor de groenkleuring van de urine van
Følling en zijn medewerkers na inname van synthetisch gemaakte
fenylalanine.
opgave 3Bepaling van de samenstelling van een koper-bismutlegering
Legeringen van koper en lood worden vaak gebruikt door loodgieters.
Vanwege de giftigheid wordt lood hierin vaak vervangen door het minder
giftige bismut. In een metallurgisch laboratorium doet men onderzoek
naar de samenstelling van dit soort legeringen. Tijdens zo’n bepaling laat
men eerst een stukje van de legering reageren met geconcentreerd
salpeterzuur. Er ontstaan dan onder andere Bi3+ ionen en Cu2+ ionen.
133pLeid met behulp van de vergelijkingen van de halfreacties de totale
vergelijking af van de reactie die plaatsvindt wanneer het bismut reageert
met geconcentreerd salpeterzuur. Ga ervan uit dat van het
geconcentreerde salpeterzuur de NO3– ionen worden omgezet tot
NO2 moleculen.
Een deel van de oplossing die is ontstaan, wordt verdund en met een
buffer op pH = 4,90 gebracht. Om de buffer te maken zijn oplossingen van
natriumhydroxide en ethaanzuur samengevoegd. In deze buffer komen
zowel deeltjes ethanoaat als ethaanzuur voor.
143pBereken de verhouding waarin deeltjes ethanoaat en ethaanzuur
voorkomen in de buffer met pH = 4,90.
Noteer je antwoord als ethanoaat: ethaanzuur = …: …
De gebufferde oplossing wordt hierna getitreerd met een oplossing van de
stof EDTA, vaak weergegeven met Na2H2Y. Dit zout is in oplossing
geïoniseerd in Na+ ionen en H2Y2– ionen. Tijdens de titratie treden
achtereenvolgens de volgende reacties op:
Bi
BiY
– + 2 H+Cu
CuY
2– + 2 H+Beide reacties zijn evenwichtsreacties. De ligging van de evenwichten is
zodanig dat tijdens de titratie eerst Bi3+ reageert. Pas wanneer nagenoeg
alle Bi3+ heeft gereageerd, wordt Cu2+ omgezet.
Deeltjes CuY2– absorberen licht met een golflengte van 745 nm terwijl
Bi3+, Cu2+, H2Y2– en BiY – en de overige aanwezige deeltjes niet
absorberen bij deze golflengte. Tijdens de titratie wordt de extinctie van
de oplossing gemeten.
De extinctie (verticaal), uitgezet tegen de toegevoegde hoeveelheid
Na2H2Y oplossing (horizontaal) levert onderstaand diagram op.
diagram
152pLeg uit dat uit het diagram blijkt dat BiY – ionen geen licht absorberen bij
745 nm.
164pBereken het massapercentage Cu van de koper-bismutlegering. Ga ervan
uit dat de legering uitsluitend Bi en Cu bevat.
opgave 4Fluoride in tandpasta
Eén van de stoffen die in tandpasta aanwezig zijn, zorgt ervoor dat vet en
vuil dat aan het gebit kleeft, los komt van de tanden en kiezen en bij het
spoelen van de mond met het spoelwater wordt afgevoerd. Een
veelgebruikte stof daarvoor is het zogenoemde natriumlaurylsulfaat, een
zout met formule CH3-(CH2)11-OSO3Na. In water is deze stof gesplitst in
natriumionen en laurylsulfaationen. Dat vet en vuil van het gebit
loskomen, kan worden verklaard met behulp van de bouw van
laurylsulfaationen.
173pLeg met behulp van de bouw van laurylsulfaationen uit dat vet en vuil van
het gebit loskomen als laurylsulfaationen aanwezig zijn.
Het gebit bestaat aan de buitenkant uit glazuur (hydroxy-apatiet), een
zout opgebouwd uit calcium-, fosfaat- en hydroxide-ionen in de
molverhouding 5: 3: 1. Door de aanwezigheid van de hydroxide-ionen in
hydroxy-apatiet wordt het glazuur aangetast door H+ ionen afkomstig uit
levensmiddelen. Door het glazuur regelmatig in contact te brengen met
fluoride-ionen, worden hydroxide-ionen uitgewisseld tegen fluoride-ionen.
Hierbij ontstaat het zogenoemde fluorapatiet dat minder snel wordt
aangetast door H+ ionen. Om deze reden zijn in veel tandpasta’s
fluoride-ionen aanwezig.
182pGeef de vergelijking van de reactie waarbij hydroxy-apatiet wordt omgezet
tot fluorapatiet.
Twee leerlingen gaan voor hun profielwerkstuk het fluoridegehalte
bepalen van een bepaald merk tandpasta. Ze hebben op internet een
bepaling gevonden waarbij het aanwezige fluoride als PbClF wordt
neergeslagen. Door daarna de massa van het PbClF te wegen, kan het
fluoridegehalte in de tandpasta worden berekend.
De leerlingen wegen een hoeveelheid tandpasta af en lossen dit in
verdund salpeterzuur op. Terwijl zij dit doen, nemen zij een
gasontwikkeling waar. Omdat in de tandpasta calciumcarbonaat aanwezig
is als polijst- en schuurmiddel, vermoeden ze dat dit gas koolstofdioxide
is. Ze leiden het gas daarom door kalkwater.
193pGeef de vergelijking van de reactie die verloopt als koolstofdioxide door
kalkwater wordt geleid. Geef de waarneming die de leerlingen zullen
doen.
De oplossing die is ontstaan na de reactie van tandpasta met salpeterzuur
wordt enige minuten verhit om het nog opgeloste koolstofdioxide te
verwijderen. Daarna brengen de leerlingen de oplossing op een pH-
waarde van ongeveer 5 door het toedruppelen van natronloog.
Vervolgens voegen ze een NaCl oplossing toe, waarna ze onder
voortdurend roeren een Pb(NO3)2 oplossing toevoegen.
Tijdens het toedruppelen ontstaat een suspensie doordat zich een
heterogeen evenwicht instelt:
PbClF
Pb
2+ + Cl
– + F–Doordat een overmaat NaCl oplossing en een overmaat Pb(NO3)2
oplossing is toegevoegd, is de [F–] in de vloeistof verwaarloosbaar klein.
202pGeef de evenwichtsvoorwaarde voor evenwicht 1.
212pLeg met behulp van de evenwichtsvoorwaarde uit dat het gebruik van een
overmaat NaCl oplossing en een overmaat Pb(NO3)2 oplossing ervoor
zorgt dat de concentratie opgeloste F– verwaarloosbaar klein kan worden.
De leerlingen hebben een hoeveelheid tandpasta van 20,0143 g
afgewogen en het fluoride omgezet in PbClF. De verkregen suspensie
wordt gefiltreerd over een vooraf gedroogd filter. De massa van het filter
is bepaald: 7,1842 g.
Het neerslag van PbClF wordt in het filter verzameld en gewassen. Hierna
wordt het filter gedroogd en met het daarin verzamelde neerslag
gewogen: 7,5836 g.
224pBereken het fluoridegehalte van de onderzochte tandpasta in massa-ppm.
Neem aan dat al het fluoride is neergeslagen als PbClF.
opgave 5Polychloropreen
Polychloropreen is een polymeersoort die momenteel veel wordt gebruikt
voor zogenaamde lifestyle-artikelen, zoals etuis voor laptops en
mp3-spelers. Ook wetsuits voor duikers worden veelal van
polychloropreen gemaakt.
Polychloropreen wordt gevormd door additiepolymerisatie van
wordt de stof chloropreen aangeduid als CP.
De structuurformule van CP is hiernaast weergegeven.
In het polymerisatieproces wordt het vierde koolstofatoom van de ene
monomeereenheid verbonden met het eerste koolstofatoom van de
volgende monomeereenheid. De meeste monomeereenheden nemen
tijdens dit proces de trans-configuratie aan.
Als onderdeel van het controleproces maakt de fabrikant gebruik van
infrarood spectrofotometrie. Hieronder is het IR-spectrum van een
polychloropreenmonster weergegeven.
IR-spectrum
Een kenmerkende piek in het absorptiespectrum van polychloropreen is
aangeduid met een pijl.
233pGeef de structuurformule van een gedeelte van het midden van een
polychloropreenketen, bestaande uit drie monomeereenheden. Teken
hierin de monomeereenheden in de trans-configuratie.
242pNoteer de frequentie die behoort bij de piek die is aangeduid met een pijl
en omcirkel in de structuurformule uit vraag 23 één groep die
verantwoordelijk is voor deze frequentie. Licht je antwoord toe.
Polychloropreen verliest zijn soepelheid bij lage temperaturen. Om dit te
voorkomen, wordt CP voorafgaand aan de polymerisatie gemengd met de
stof 2,3–dichloor–1,3–butadieen (in deze opgave verder aangeduid als
DCB).
De polymeersoort die op deze wijze wordt gevormd, bevat dus zowel
eenheden die afkomstig zijn van CP als van DCB. Door verschillende
verhoudingen CP en DCB te gebruiken, ontstaan verschillende
polymeersoorten met eveneens verschillende eigenschappen. Deze
polymeersoorten worden allemaal aangeduid met de verzamelnaam
polychloropreen.
De productie van polychloropreensoorten verloopt via een proces dat uit
meerdere stappen bestaat. Een vereenvoudigde weergave van dit proces
wordt hieronder beschreven.
− De stoffen CP en DCB worden samen met water en hulpstoffen
(o.a. een emulgator) in een reactor gebracht. Hierin vindt gedurende
enige tijd het polymerisatieproces plaats.
− Het reactiemengsel wordt naar een scheidingsruimte overgebracht
waar de niet gereageerde monomeren worden verwijderd. Het
mengsel van de niet gereageerde monomeren wordt geanalyseerd en
teruggevoerd naar de reactor.
− Van de scheidingsruimte wordt het mengsel met daarin onder andere
het polymeer, overgebracht naar een trommel waar azijnzuuroplossing
aan het mengsel wordt toegevoegd. Het mengsel wordt rondgedraaid
en afgekoeld. Door het zure milieu en de lage temperatuur slaat het
polymeer als vaste stof neer uit het mengsel. Het gehele mengsel
wordt overgebracht naar een wasruimte.
− In de wasruimte wordt het mengsel gewassen met water. Alle stoffen
uit het mengsel, behalve het polymeer, lossen op in het water, dat als
afvalwater wordt afgevoerd.
Na het wassen wordt het polymeer gedroogd, in kleine stukjes gesneden
en opgeslagen.
254puitwerkbijlageIn de uitwerkbijlage bij dit examen staat het (onvolledige) blokschema
voor de bovenbeschreven vereenvoudigde weergave van het
productieproces. Maak dit af met behulp van extra pijlen voor de
stofstromen. Vermeld bij alle stofstromen de hierin aanwezige
stoffen/mengsels. Maak gebruik van de onderstaande zeven begrippen.
Noteer uitsluitend de nummers van de stoffen/stofmengsels. Mogelijk
komt een nummer meerdere keren voor.
4. DCB;
Let op: de laatste vraag van dit examen staat op de volgende pagina.
Door de hoeveelheid chloor in een polymeersoort te bepalen, kan het
DCB-gehalte in deze polymeersoort worden bepaald.
Dit kan gebeuren door een afgewogen hoeveelheid polymeer onder hoge
druk en temperatuur volledig te verbranden. De ontstane gasvormige
producten worden door een oplossing geleid, waarbij uiteindelijk alle
chlooratomen worden omgezet tot chloride-ionen.
De hoeveelheid chloride-ionen kan worden bepaald door een titratie.
Hiertoe wordt de oplossing van de chloride-ionen in een erlenmeyer
gebracht en verdund. De vloeistof wordt gemengd met een kleine
hoeveelheid K2CrO4 oplossing en ten slotte getitreerd met AgNO3
oplossing. Tijdens deze titratie slaat zilverchloride neer. Nadat alle
aanwezige chloride als zilverchloride is neergeslagen, slaat
zilverchromaat (Ag2CrO4) neer.
De inhoud van de erlenmeyer verandert tijdens de titratie van kleur. De
inhoud is voor, tijdens en na de titratie geen enkele keer kleurloos.
Op de uitwerkbijlage bij dit examen is de titratie in een tabel onvolledig
weergegeven.
263puitwerkbijlageVul de tabel op de uitwerkbijlage in.
− Geef de kleur van de inhoud van de erlenmeyer voor de titratie, tijdens
de titratie en na het bereiken van het equivalentiepunt.
− Geef voor alle drie de momenten aan of het mengsel helder of troebel
is.
− Geef de formule(s) van de aanwezige deeltjes, waardoor de kleur
wordt veroorzaakt. Gebruik hierbij Binas-tabel 65B.
− Geef de formule(s) van de aanwezige deeltjes, waardoor een
eventueel aanwezige troebeling wordt veroorzaakt.
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.
