Examen VWO
2009
tijdvak 1
dinsdag 26 mei
13.30 - 16.30 uur
scheikunde 1,2
Bij dit examen horen een bijlage en een uitwerkbijlage.
Dit examen bestaat uit 23 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 68 punten te behalen.
Voor elk vraagnummer staat hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.
Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening of afleiding gevraagd wordt, worden
aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg, berekening
of afleiding ontbreekt.
Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd. Als er
bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan
worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
925-0183-a-VW-1-o
, Biobrandstofcel
De bacterie Rhodoferax ferrireducens leeft in anaëroob milieu (zuurstofloze
omstandigheden). Voor zijn energievoorziening zet deze bacterie glucose om tot
onder andere koolstofdioxide. Bij de omzetting van glucose tot koolstofdioxide is
glucose reductor. Als oxidator in het anaërobe milieu treedt Fe3+ op, dat wordt
omgezet tot Fe2+. De reactie, en de functie van de bacteriën daarbij, is
onderzocht. Daartoe werden proeven uitgevoerd waarbij glucose-oplossingen en
oplossingen met Fe3+ werden samengevoegd zowel in aanwezigheid van de
bacteriën als zonder bacteriën. Zonder bacteriën treedt geen reactie op.
De onderzoeksresultaten van een proef met bacteriën en een proef zonder
bacteriën zijn verzameld in de onderstaande twee diagrammen.
Diagrammen
concentratie 1,1 glucose ..
glucose zonder bacterien
(mmol L -1)
1,0 * * * * * * * * glucose ..
0,9 met bacterien
0,8
0,7
0,6
0,5
0 25 50 75 100 125 150
tijd (uur)
concentratie 14 Fe 2+ ..
Fe 2+ 12 zonder bacterien
2+
(mmol L -1) Fe ..
10 met bacterien
8
6
4
2
* * * * * * * *
0
0 25 50 75 100 125 150
tijd (uur)
Uit de diagrammen kan worden afgeleid dat per molecuul glucose bij de
halfreactie voor de omzetting van glucose tot koolstofdioxide, 24 elektronen
vrijkomen.
2p 1 Leg dit uit met behulp van gegevens uit de diagrammen. Ga ervan uit dat de
afname van de hoeveelheid glucose alleen wordt veroorzaakt door de reactie
3+ 2+
met Fe en dat de toename van de hoeveelheid Fe alleen wordt veroorzaakt
door de reactie met glucose.
925-0183-a-VW-1-o 2 lees verder ►►►
, Men heeft onderzocht of de omzetting van glucose door Rhodoferax
ferrireducens kan worden gebruikt in een elektrochemische cel om stroom op te
wekken.
De elektrochemische cel bestaat uit twee halfcellen.
De ene halfcel van de elektrochemische cel bestaat uit een poreuze elektrode
van grafiet die is geplaatst in een gebufferde glucose-oplossing. Op en rond de
elektrode bevinden zich de bacteriën. Om te voorkomen dat zuurstof in de
oplossing terechtkomt, wordt stikstofgas doorgeleid. De pH van de oplossing
moet 6,90 zijn. Daarom is aan het stikstofgas wat koolstofdioxide toegevoegd en
aan de glucose-oplossing wat NaHCO3. De hoeveelheid koolstofdioxide die aan
het stikstofgas wordt toegevoegd is zodanig dat in de oplossing de concentratie
koolzuur voortdurend gelijk is aan 0,011 mol L –1.
4p 2 Bereken hoeveel gram NaHCO3 per liter moet worden opgelost om te bereiken
dat de pH van de gebufferde glucose-oplossing gelijk is aan 6,90 (298 K).
De elektronen die bij de omzetting van glucose vrijkomen, worden overgedragen
aan de elektrode.
In de andere halfcel bevindt zich de oxidator. Dat is in de elektrochemische cel
niet Fe3+, maar zuurstof. Deze halfcel bestaat uit een elektrode, eveneens van
grafiet, die is geplaatst in een bufferoplossing (ook pH = 6,90), waar lucht
doorheen wordt geleid. Als de twee elektroden worden verbonden, gaat een
elektrische stroom lopen. De zuurstof uit de lucht wordt daarbij omgezet
volgens:
O 2 + 4 H + + 4 e – → 2 H2 O
De ontstane elektrochemische cel wordt een biobrandstofcel genoemd.
3p 3 Geef de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van glucose tot
koolstofdioxide. Behalve de formules van de genoemde stoffen komen in de
vergelijking nog e–, H + en H2O voor.
2p 4 Leid de vergelijking af van de totale reactie waarop de stroomlevering door de
biobrandstofcel berust.
4p 5 Maak een schets van zo’n biobrandstofcel. Benoem de onderdelen van de cel en
vermeld op de juiste plaats alle stoffen en oplossingen die worden gebruikt,
evenals de bacteriën. Geef in je tekening ook aan wat tijdens de stroomlevering
de positieve en de negatieve elektrode is.
De cel heeft gedurende een proefperiode van 600 uur een stroom geleverd van
0,20·10 –3 A (A is ampère; 1 ampère = 1 C s –1). Van de omgezette glucose werd
83% gebruikt voor de stroomlevering.
5p 6 Bereken hoeveel g glucose gedurende de 600 uur van de stroomlevering werd
omgezet. Maak bij je berekening onder andere gebruik van het gegeven dat de
4
lading van één mol elektronen gelijk is aan 9,65·10 C.
925-0183-a-VW-1-o 3 lees verder ►►►
, Epoxypropaan
1,2-Epoxypropaan is een belangrijke grondstof voor verschillende soorten
polymeren. Het is een cyclische koolstofverbinding met de volgende
structuurformule:
O
CH3 CH CH2
Een recent ontwikkelde methode om op industriële schaal 1,2-epoxypropaan te
produceren, is gebaseerd op de reactie van propeen met waterstofperoxide:
O
CH3 CH CH2 + H2O2 → CH3 CH CH2 + H2O
De reactiewarmte van deze reactie bedraagt
– 2,09·10 5 J per mol 1,2-epoxypropaan (298 K, p = p0).
4p 7 Bereken onder andere met behulp van gegevens uit Binas-tabel 57 de
vormingswarmte van 1,2-epoxypropaan in J per mol. Neem aan dat het
gevormde water vloeibaar is.
Bij deze methode reageren propeen en waterstofperoxide in aanwezigheid van
een vaste katalysator. Als oplosmiddel dient methanol. De katalysator lost niet
op in methanol en blijft in de reactor achter.
Methanol doet niet alleen dienst als oplosmiddel; de stof heeft in het proces ook
nog een andere functie. Om een volledige omzetting van propeen te bereiken,
moet waterstofperoxide in overmaat worden gebruikt. Deze zeer reactieve stof
levert bij verdere bewerking van reactiemengsels veelal problemen op. Om deze
problemen te vermijden, moet de overmaat waterstofperoxide volledig worden
omgezet. Dat kan door de aanwezigheid van methanol. Tijdens het proces zet
het niet-verbruikte waterstofperoxide een deel van de methanol om tot een
stof X. Deze stof X reageert vervolgens met overgebleven methanol. Bij deze
reactie ontstaat uiteindelijk onder andere methylmethanoaat.
Op de uitwerkbijlage bij deze opgave is de vergelijking van de laatste reactie
onvolledig weergegeven. Deze laatste reactie is een reactie tussen twee stoffen.
2p 8 Maak de reactievergelijking op de uitwerkbijlage af. Zet daarin boven ‘stof X’ de
structuurformule van stof X.
2p 9 Leg uit dat methanol kan worden omgezet tot stof X. Vermeld in je uitleg ook tot
welke soort stoffen waterstofperoxide bij deze omzetting moet worden gerekend.
Na de reactie van propeen met waterstofperoxide volgt een serie destillaties.
In de eerste destillatieruimte wordt 1,2-epoxypropaan uit het reactiemengsel
afgescheiden.
In de tweede destillatieruimte wordt het bijproduct water afgescheiden.
Tegelijkertijd vinden hierin de reacties plaats waarbij het niet-verbruikte
waterstofperoxide wordt omgezet en methylmethanoaat wordt gevormd.
Tenslotte worden in de derde destillatieruimte methanol en methylmethanoaat
gescheiden. Methanol wordt hergebruikt in het proces.
925-0183-a-VW-1-o 4 lees verder ►►►
2009
tijdvak 1
dinsdag 26 mei
13.30 - 16.30 uur
scheikunde 1,2
Bij dit examen horen een bijlage en een uitwerkbijlage.
Dit examen bestaat uit 23 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 68 punten te behalen.
Voor elk vraagnummer staat hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.
Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening of afleiding gevraagd wordt, worden
aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg, berekening
of afleiding ontbreekt.
Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd. Als er
bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan
worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
925-0183-a-VW-1-o
, Biobrandstofcel
De bacterie Rhodoferax ferrireducens leeft in anaëroob milieu (zuurstofloze
omstandigheden). Voor zijn energievoorziening zet deze bacterie glucose om tot
onder andere koolstofdioxide. Bij de omzetting van glucose tot koolstofdioxide is
glucose reductor. Als oxidator in het anaërobe milieu treedt Fe3+ op, dat wordt
omgezet tot Fe2+. De reactie, en de functie van de bacteriën daarbij, is
onderzocht. Daartoe werden proeven uitgevoerd waarbij glucose-oplossingen en
oplossingen met Fe3+ werden samengevoegd zowel in aanwezigheid van de
bacteriën als zonder bacteriën. Zonder bacteriën treedt geen reactie op.
De onderzoeksresultaten van een proef met bacteriën en een proef zonder
bacteriën zijn verzameld in de onderstaande twee diagrammen.
Diagrammen
concentratie 1,1 glucose ..
glucose zonder bacterien
(mmol L -1)
1,0 * * * * * * * * glucose ..
0,9 met bacterien
0,8
0,7
0,6
0,5
0 25 50 75 100 125 150
tijd (uur)
concentratie 14 Fe 2+ ..
Fe 2+ 12 zonder bacterien
2+
(mmol L -1) Fe ..
10 met bacterien
8
6
4
2
* * * * * * * *
0
0 25 50 75 100 125 150
tijd (uur)
Uit de diagrammen kan worden afgeleid dat per molecuul glucose bij de
halfreactie voor de omzetting van glucose tot koolstofdioxide, 24 elektronen
vrijkomen.
2p 1 Leg dit uit met behulp van gegevens uit de diagrammen. Ga ervan uit dat de
afname van de hoeveelheid glucose alleen wordt veroorzaakt door de reactie
3+ 2+
met Fe en dat de toename van de hoeveelheid Fe alleen wordt veroorzaakt
door de reactie met glucose.
925-0183-a-VW-1-o 2 lees verder ►►►
, Men heeft onderzocht of de omzetting van glucose door Rhodoferax
ferrireducens kan worden gebruikt in een elektrochemische cel om stroom op te
wekken.
De elektrochemische cel bestaat uit twee halfcellen.
De ene halfcel van de elektrochemische cel bestaat uit een poreuze elektrode
van grafiet die is geplaatst in een gebufferde glucose-oplossing. Op en rond de
elektrode bevinden zich de bacteriën. Om te voorkomen dat zuurstof in de
oplossing terechtkomt, wordt stikstofgas doorgeleid. De pH van de oplossing
moet 6,90 zijn. Daarom is aan het stikstofgas wat koolstofdioxide toegevoegd en
aan de glucose-oplossing wat NaHCO3. De hoeveelheid koolstofdioxide die aan
het stikstofgas wordt toegevoegd is zodanig dat in de oplossing de concentratie
koolzuur voortdurend gelijk is aan 0,011 mol L –1.
4p 2 Bereken hoeveel gram NaHCO3 per liter moet worden opgelost om te bereiken
dat de pH van de gebufferde glucose-oplossing gelijk is aan 6,90 (298 K).
De elektronen die bij de omzetting van glucose vrijkomen, worden overgedragen
aan de elektrode.
In de andere halfcel bevindt zich de oxidator. Dat is in de elektrochemische cel
niet Fe3+, maar zuurstof. Deze halfcel bestaat uit een elektrode, eveneens van
grafiet, die is geplaatst in een bufferoplossing (ook pH = 6,90), waar lucht
doorheen wordt geleid. Als de twee elektroden worden verbonden, gaat een
elektrische stroom lopen. De zuurstof uit de lucht wordt daarbij omgezet
volgens:
O 2 + 4 H + + 4 e – → 2 H2 O
De ontstane elektrochemische cel wordt een biobrandstofcel genoemd.
3p 3 Geef de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van glucose tot
koolstofdioxide. Behalve de formules van de genoemde stoffen komen in de
vergelijking nog e–, H + en H2O voor.
2p 4 Leid de vergelijking af van de totale reactie waarop de stroomlevering door de
biobrandstofcel berust.
4p 5 Maak een schets van zo’n biobrandstofcel. Benoem de onderdelen van de cel en
vermeld op de juiste plaats alle stoffen en oplossingen die worden gebruikt,
evenals de bacteriën. Geef in je tekening ook aan wat tijdens de stroomlevering
de positieve en de negatieve elektrode is.
De cel heeft gedurende een proefperiode van 600 uur een stroom geleverd van
0,20·10 –3 A (A is ampère; 1 ampère = 1 C s –1). Van de omgezette glucose werd
83% gebruikt voor de stroomlevering.
5p 6 Bereken hoeveel g glucose gedurende de 600 uur van de stroomlevering werd
omgezet. Maak bij je berekening onder andere gebruik van het gegeven dat de
4
lading van één mol elektronen gelijk is aan 9,65·10 C.
925-0183-a-VW-1-o 3 lees verder ►►►
, Epoxypropaan
1,2-Epoxypropaan is een belangrijke grondstof voor verschillende soorten
polymeren. Het is een cyclische koolstofverbinding met de volgende
structuurformule:
O
CH3 CH CH2
Een recent ontwikkelde methode om op industriële schaal 1,2-epoxypropaan te
produceren, is gebaseerd op de reactie van propeen met waterstofperoxide:
O
CH3 CH CH2 + H2O2 → CH3 CH CH2 + H2O
De reactiewarmte van deze reactie bedraagt
– 2,09·10 5 J per mol 1,2-epoxypropaan (298 K, p = p0).
4p 7 Bereken onder andere met behulp van gegevens uit Binas-tabel 57 de
vormingswarmte van 1,2-epoxypropaan in J per mol. Neem aan dat het
gevormde water vloeibaar is.
Bij deze methode reageren propeen en waterstofperoxide in aanwezigheid van
een vaste katalysator. Als oplosmiddel dient methanol. De katalysator lost niet
op in methanol en blijft in de reactor achter.
Methanol doet niet alleen dienst als oplosmiddel; de stof heeft in het proces ook
nog een andere functie. Om een volledige omzetting van propeen te bereiken,
moet waterstofperoxide in overmaat worden gebruikt. Deze zeer reactieve stof
levert bij verdere bewerking van reactiemengsels veelal problemen op. Om deze
problemen te vermijden, moet de overmaat waterstofperoxide volledig worden
omgezet. Dat kan door de aanwezigheid van methanol. Tijdens het proces zet
het niet-verbruikte waterstofperoxide een deel van de methanol om tot een
stof X. Deze stof X reageert vervolgens met overgebleven methanol. Bij deze
reactie ontstaat uiteindelijk onder andere methylmethanoaat.
Op de uitwerkbijlage bij deze opgave is de vergelijking van de laatste reactie
onvolledig weergegeven. Deze laatste reactie is een reactie tussen twee stoffen.
2p 8 Maak de reactievergelijking op de uitwerkbijlage af. Zet daarin boven ‘stof X’ de
structuurformule van stof X.
2p 9 Leg uit dat methanol kan worden omgezet tot stof X. Vermeld in je uitleg ook tot
welke soort stoffen waterstofperoxide bij deze omzetting moet worden gerekend.
Na de reactie van propeen met waterstofperoxide volgt een serie destillaties.
In de eerste destillatieruimte wordt 1,2-epoxypropaan uit het reactiemengsel
afgescheiden.
In de tweede destillatieruimte wordt het bijproduct water afgescheiden.
Tegelijkertijd vinden hierin de reacties plaats waarbij het niet-verbruikte
waterstofperoxide wordt omgezet en methylmethanoaat wordt gevormd.
Tenslotte worden in de derde destillatieruimte methanol en methylmethanoaat
gescheiden. Methanol wordt hergebruikt in het proces.
925-0183-a-VW-1-o 4 lees verder ►►►
