Examen VWO
2023
tijdvak 1
dinsdag 23 mei
13.30 - 16.30 uur
scheikunde
Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.
Dit examen bestaat uit 25 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 66 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.
VW-1028-a-23-1-o
, Tenzij anders vermeld, is er sprake van standaardomstandigheden:
T = 298 K en p = p0.
Biodiesel uit algen
In het project Algaeparc van Wageningen University & Research wordt
onderzoek gedaan naar de productie van biodiesel uit algenolie.
Algenolie is een mengsel van triglyceriden, dat in een aantal stappen in de
algen wordt gevormd:
– Door fotosynthese ontstaat eerst glucose, waarbij tevens zuurstof ontstaat.
– Glucose wordt vervolgens met een deel van deze zuurstof volledig omgezet
tot pyrodruivenzuur (C3H4O3) en water.
– Pyrodruivenzuur wordt ten slotte omgezet tot algenolie.
Uit het onderzoek bleek onder andere dat de algengroei wordt geremd door de
ontstane zuurstof. Bij een bepaalde algensoort neemt de vorming van algenolie
sterk af als het gehalte zuurstof, dat na de omzettingen is overgebleven in de
bioreactor, hoger is dan 44,2 g m–3.
De algen groeien in een buisvormige bioreactor die afgesloten is van de
buitenlucht.
2p 1 Geef de reactievergelijking van de omzetting van glucose tot pyrodruivenzuur.
4p 2 Bereken de massa in gram pyrodruivenzuur die maximaal per liter is ontstaan
als het gehalte zuurstof in de bioreactor 44,2 g m–3 bedraagt.
De molaire massa van pyrodruivenzuur bedraagt 88,1 g mol–1.
De onverzadigde vetzuren die in de triglyceriden van algenolie zijn gebonden,
hebben enkele structuurkenmerken gemeenschappelijk:
– De CH=CH-groepen hebben uitsluitend de cis-configuratie.
– In de koolwaterstofrest bevindt zich een herhalende atoomgroep die
vereenvoudigd kan worden weergegeven als –(CH=CH–CH2) –.
Een voorbeeld van een veelvoorkomend vetzuur in algenolie is linolzuur.
Linolzuur kan worden aangeduid met de verkorte notatie 18:2 ω-6.
Deze verkorte notatie geeft informatie over:
– het totaal aantal C-atomen: 18;
– het aantal C=C-bindingen: 2;
– het plaatsnummer van de eerste CH=CH-groep vanaf de CH3-groep.
Het vetzuur DHA in de algenolie heeft als verkorte notatie 22:6 ω-3.
3p 3 Teken de structuurformule van DHA. Houd hierbij rekening met de
stereochemie.
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
, Als er voldoende algen zijn gekweekt, wordt de algenolie uit het mengsel
geëxtraheerd. Biodiesel wordt verkregen door de reactie van algenolie met
methanol. Deze reactie is hieronder vereenvoudigd weergegeven met de juiste
coëfficiënten.
1 triglyceride + 3 methanol → glycerol + 3 vetzuur-methylesters
algenolie biodiesel
Bij een proefproductie werd 500 g algenolie en voldoende methanol ingevoerd.
De gemiddelde molaire massa van algenolie was 884 g mol–1.
Op deze wijze werd 0,392 L biodiesel verkregen.
De dichtheid van de geproduceerde biodiesel is 0,874·103 kg m–3 met een
gemiddelde molaire massa van 296 g mol–1.
5p 4 Bereken het rendement van de vorming van biodiesel.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Op de uitwerkbijlage is het blokschema van de omzetting van algenolie tot
biodiesel onvolledig weergegeven.
Aan een reactor (R1) met daarin het enzym lipase worden de algenolie en een
ondermaat methanol toegevoegd.
In een scheidingsruimte (S1) wordt de ontstane glycerol gescheiden van de
overige stoffen.
De omzetting van de algenolie is na één reactor niet volledig. Door om en om
meerdere reactoren en scheidingsruimtes te plaatsen, wordt een zo hoog
mogelijke omzetting bereikt. De ondermaat methanol is zo gekozen dat de
hoeveelheid methanol na elke reactor te verwaarlozen is.
In het uiteindelijke proces werden 10 reactoren en scheidingsruimtes gebruikt.
In het blokschema is met één blok de herhaling van reactoren R2 t/m R9 en
scheidingsruimtes S2 t/m S9 aangegeven.
In R10 wordt een overmaat methanol toegevoegd zodat de algenolie volledig
wordt omgezet tot biodiesel. In S10 wordt ten slotte biodiesel afgescheiden van
het mengsel afkomstig uit R10.
3p 5 Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet.
– Teken R10 en S10.
– Teken de ontbrekende pijlen.
– Geef bij alle pijlen de ontbrekende stofstromen aan met de volgende
nummers:
1 algenolie
2 biodiesel
3 glycerol
4 methanol
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
, Gerolsteiner®
Gerolsteiner® is een Duits merk koolzuurhoudend mineraalwater uit Gerolstein,
een kleine stad in de Eifel. In de ondergrond van Gerolstein bevindt zich het
gesteente dolomiet. Dolomiet reageert met opgelost koolstofdioxide dat
afkomstig is uit neerslag of uit dieper gelegen aardlagen.
In figuur 1 is schematisch weergegeven hoe koolzuurhoudende neerslag in
contact komt met dolomiet, waardoor Gerolsteiner® mineraalwater wordt
gevormd.
figuur 1
neerslag + CO2
neerslag + CO2
aard-
oppervlak
dolomiet: bron H2O + CO2
Cax Mg(1-x) CO3
He
Mg2
HCO3
Ca2
H2O
He
aard-
CO2
mantel
De waarde van x in de verhoudingsformule van dolomiet ligt tussen nul en een.
3p 6 Geef met behulp van figuur 1 de vergelijking van de reactie van dolomiet met
opgelost koolstofdioxide.
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
2023
tijdvak 1
dinsdag 23 mei
13.30 - 16.30 uur
scheikunde
Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.
Dit examen bestaat uit 25 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 66 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.
VW-1028-a-23-1-o
, Tenzij anders vermeld, is er sprake van standaardomstandigheden:
T = 298 K en p = p0.
Biodiesel uit algen
In het project Algaeparc van Wageningen University & Research wordt
onderzoek gedaan naar de productie van biodiesel uit algenolie.
Algenolie is een mengsel van triglyceriden, dat in een aantal stappen in de
algen wordt gevormd:
– Door fotosynthese ontstaat eerst glucose, waarbij tevens zuurstof ontstaat.
– Glucose wordt vervolgens met een deel van deze zuurstof volledig omgezet
tot pyrodruivenzuur (C3H4O3) en water.
– Pyrodruivenzuur wordt ten slotte omgezet tot algenolie.
Uit het onderzoek bleek onder andere dat de algengroei wordt geremd door de
ontstane zuurstof. Bij een bepaalde algensoort neemt de vorming van algenolie
sterk af als het gehalte zuurstof, dat na de omzettingen is overgebleven in de
bioreactor, hoger is dan 44,2 g m–3.
De algen groeien in een buisvormige bioreactor die afgesloten is van de
buitenlucht.
2p 1 Geef de reactievergelijking van de omzetting van glucose tot pyrodruivenzuur.
4p 2 Bereken de massa in gram pyrodruivenzuur die maximaal per liter is ontstaan
als het gehalte zuurstof in de bioreactor 44,2 g m–3 bedraagt.
De molaire massa van pyrodruivenzuur bedraagt 88,1 g mol–1.
De onverzadigde vetzuren die in de triglyceriden van algenolie zijn gebonden,
hebben enkele structuurkenmerken gemeenschappelijk:
– De CH=CH-groepen hebben uitsluitend de cis-configuratie.
– In de koolwaterstofrest bevindt zich een herhalende atoomgroep die
vereenvoudigd kan worden weergegeven als –(CH=CH–CH2) –.
Een voorbeeld van een veelvoorkomend vetzuur in algenolie is linolzuur.
Linolzuur kan worden aangeduid met de verkorte notatie 18:2 ω-6.
Deze verkorte notatie geeft informatie over:
– het totaal aantal C-atomen: 18;
– het aantal C=C-bindingen: 2;
– het plaatsnummer van de eerste CH=CH-groep vanaf de CH3-groep.
Het vetzuur DHA in de algenolie heeft als verkorte notatie 22:6 ω-3.
3p 3 Teken de structuurformule van DHA. Houd hierbij rekening met de
stereochemie.
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
, Als er voldoende algen zijn gekweekt, wordt de algenolie uit het mengsel
geëxtraheerd. Biodiesel wordt verkregen door de reactie van algenolie met
methanol. Deze reactie is hieronder vereenvoudigd weergegeven met de juiste
coëfficiënten.
1 triglyceride + 3 methanol → glycerol + 3 vetzuur-methylesters
algenolie biodiesel
Bij een proefproductie werd 500 g algenolie en voldoende methanol ingevoerd.
De gemiddelde molaire massa van algenolie was 884 g mol–1.
Op deze wijze werd 0,392 L biodiesel verkregen.
De dichtheid van de geproduceerde biodiesel is 0,874·103 kg m–3 met een
gemiddelde molaire massa van 296 g mol–1.
5p 4 Bereken het rendement van de vorming van biodiesel.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
Op de uitwerkbijlage is het blokschema van de omzetting van algenolie tot
biodiesel onvolledig weergegeven.
Aan een reactor (R1) met daarin het enzym lipase worden de algenolie en een
ondermaat methanol toegevoegd.
In een scheidingsruimte (S1) wordt de ontstane glycerol gescheiden van de
overige stoffen.
De omzetting van de algenolie is na één reactor niet volledig. Door om en om
meerdere reactoren en scheidingsruimtes te plaatsen, wordt een zo hoog
mogelijke omzetting bereikt. De ondermaat methanol is zo gekozen dat de
hoeveelheid methanol na elke reactor te verwaarlozen is.
In het uiteindelijke proces werden 10 reactoren en scheidingsruimtes gebruikt.
In het blokschema is met één blok de herhaling van reactoren R2 t/m R9 en
scheidingsruimtes S2 t/m S9 aangegeven.
In R10 wordt een overmaat methanol toegevoegd zodat de algenolie volledig
wordt omgezet tot biodiesel. In S10 wordt ten slotte biodiesel afgescheiden van
het mengsel afkomstig uit R10.
3p 5 Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet.
– Teken R10 en S10.
– Teken de ontbrekende pijlen.
– Geef bij alle pijlen de ontbrekende stofstromen aan met de volgende
nummers:
1 algenolie
2 biodiesel
3 glycerol
4 methanol
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
, Gerolsteiner®
Gerolsteiner® is een Duits merk koolzuurhoudend mineraalwater uit Gerolstein,
een kleine stad in de Eifel. In de ondergrond van Gerolstein bevindt zich het
gesteente dolomiet. Dolomiet reageert met opgelost koolstofdioxide dat
afkomstig is uit neerslag of uit dieper gelegen aardlagen.
In figuur 1 is schematisch weergegeven hoe koolzuurhoudende neerslag in
contact komt met dolomiet, waardoor Gerolsteiner® mineraalwater wordt
gevormd.
figuur 1
neerslag + CO2
neerslag + CO2
aard-
oppervlak
dolomiet: bron H2O + CO2
Cax Mg(1-x) CO3
He
Mg2
HCO3
Ca2
H2O
He
aard-
CO2
mantel
De waarde van x in de verhoudingsformule van dolomiet ligt tussen nul en een.
3p 6 Geef met behulp van figuur 1 de vergelijking van de reactie van dolomiet met
opgelost koolstofdioxide.
VW-1028-a-23-1-o lees verder ►►►
