_ Examen VWO. Tijdvak 2 Vrijdag 19 juni UUJ

Transcriptie

1 _ Examen VWO 92 Vrbereidend Wetenschappelijk Onderwijs 19 Tijdvak 2 Vrijdag 19 juni UUJ Als bij een vraag een verklaring, uitleg f berekening gevraagd wrdt, wrden aan het antwrd meestal geen punten tegekend als deze verklaring, uitleg f berekening ntbreekt. Dit examen bestaat uit 24 vragen. Vr elk vraag nummer is aangegeven heveel punten met een ged antwrd behaald kunnen wrden. Geef niet meer antwrden (redenen, vrbeelden e.d.) dan er wrden gevraagd. Als er bijvrbeeld twee redenen wrden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, wrden alleen de eerste twee in de berdeling meegeteld "".~_.. -"'"' Begin

2 - Opgave 1 Veiligheidsglas bevat vaak het plymeer lexaan. In een flder ver veiligheidsglas staat dat lexaan een smelttraject heeft dat begint bij 215 e. 3 P 1 D Leg aan de hand van de mleculaire samenstelling van een plymeer uit he verklaard kan wrden dat een plymeer als lexaan geen smeltpunt maar een smelttraject heeft. De structuurfrmule van lexaan kan als vlgt wrden weergegeven:.~-ë- --~O-ë-0--~- CH3 ~ 0 _IR..._ C~ 0 _IR..._ CH3 Eén van de grndstffen die vr de prduktie van lexaan wrdt gebruikt, heeft de vlgende structuurfrmule: CH3 stf 1 Stf 1 wrdt in de industrie gemaakt uit (pgelst) natriumfenlaat ( 0-' Na+ ) en een stf X. De mlverhuding waarin deze twee stffen met elkaar reageren is 2 : I. Behalve stf I ntstaat bij dit prces uitsluitend (pgelst) natriumchlride. 3 p 2 D Geef de structuurfrmule van stf X. De andere grndstf die vr de prduktie van lexaan wrdt gebruikt, heeft de vlgende structuurfrmule: _lr..._c~ HO~~OOH CH3 stf 2 Stf 2 wrdt in de industrie gemaakt uit prpann en fenl. Bij de prduktie van lexaan uit de stffen 1 en 2 ntstaat, behalve lexaan, uitsluitend fenl. Vr de prduktie van stf 2 is fenl ndig. Daarm zu een fabriek ntwrpen kunnen wrden waarin, vlgens een cntinu prces, het fenl dat bij de prduktie van lexaan ntstaat, gebruikt wrdt vr de prduktie van stf 2. De aan- en afver van stffen in dit cntinue prces kan weergegeven wrden niet één van de nderstaande schema's: schema's fenl fenl lexaan lexaan lexaan stf 1 stf 1 stf 1 fabriek fabriek fabriek H20 H20 H20 t prpann prpann prpann schema 1 schema 2 schema 3 4 P 3 D Leg uit, aan de hand van de reacties die in de fabriek zullen ptreden, welk van deze schema's de aan- en afver van stffen in de fabriek juist weergeeft. Neem hierbij aan dat geen stffen dr lekkage verlren gaan Lees verder

3 _ Opgave2 Bij verwarming van een alkaanzuur met een alchl vindt vaak waterafsplitsing plaats; behalve water wrdt daarbij een ester gevrmd. Z treedt bij de verwarming van een mengsel van azijnzuur en ethanl de vlgende reactie p: CH3 - C - OH + HO - CH2 - CH3 - CH3 - C CH2 - CH3 + H20 Ok bij verwarming van een hydrxyalkaanzuur treedt in vele gevallen waterafsplitsing p. Op welke manier die waterafsplitsing tt stand kmt, hangt af van het srt hydrxyalkaanzuur dat verwarmd wrdt. Melkzuur is een vrbeeld van een 2-hydrxyalkaanzuur. De structuurfrmule van melkzuur is: H 0 I 11 CH3 -~ - C -OH OH Dr verwarming van melkzuur kan plymelkzuur gemaakt wrden. Plymelkzuur is een vrbeeld van een plyester. 3 P 4 D Geef van plymelkzuur een gedeelte uit het midden van een plymeermlekuul in structuurfrmule weer. Dit gedeelte dient te zijn ntstaan uit drie mlekulen melkzuur. Van melkzuur bestaan twee ptische ismeren: rechtsdraaiend en linksdraaiend melkzuur. Plymelkzuur dat gemaakt is van uitsluitend rechtsdraaiend melkzuur wrdt bijvrbeeld tegepast in de vrm van draad m wnden te hechten. Plymelkzuur dat gemaakt is van uitsluitend rechtsdraaiend melkzuur wrdt in het lichaam aanzienlijk sneller afgebrken dan plymelkzuur dat gemaakt is van uitsluitend linksdraaiend melkzuur. Het verschijnsel dat van een ptisch actieve stf de ene vrm sneller in het lichaam wrdt afgebrken dan de andere vrm kmt vaker vr. 4 P 5 D Leg uit he het kmt dat in z'n geval één van de vrmen sneller in het lichaam wrdt afgebrken dan de andere vrm. Bij verwarming van 3-hydrxyalkaanzuren wrden alkeenzuren gevrmd. Een vrbeeld van een 3-hydrxyalkaanzuur is 3-hydrxybutaanzuur. De structuurfrmule van 3-hydrxybutaanzuur is: H 0 I 11 CH3 - C - CH2 -C-OH I OH Bij verwarming van 3-hydrxybutaanzuur ntstaat nder andere 3-buteenzuur. Daarnaast ntstaan ng twee andere buteenzuren. 3 P 6 D Geef aan welke twee buteenzuren dat zijn Lees verder

4 Bij verwarming van een 4-hydrxyalkaanzuur f van een 5-hydrxyalkaanzuur wrden geen alkeenzuren gevrmd, maar vindt een interne verestering plaats. Hierbij ntstaan zgenemde lactnen; dit zijn cyclische esters. Z kan uit 4-hydrxybutaanzuur een lactn ntstaan, waarvan de mlekulen een vijfring bezitten: CH -CH -CH -C " I \ OH OH Een lactn kan nder bepaalde mstandigheden k ntstaan uit een alkeenzuur. Z kan het bvengenemde lactn k ntstaan uit 3-buteenzuur: CH2- CH2 I \, CH2 C 11 Bij dit srt reacties wrden geen lactnen gevrmd waarvan de mlekulen een vierring bevatten. Bij verwarming van 4-penteenzuur ntstaan drie lactnen. Twee van deze lactnen hebben hetzelfde smeltpunt. 3 P 7 0 Leg aan de hand van structuurfrmules uit welke drie lactnen bij verwarming van 4-penteenzuur ntstaan. Vitamine C heeft de vlgende structuurfrmule:,0..~ ~ =q p-y-yh2, \ C=C OHOH OH OH Vitamine C is te beschuwen als een lactn dat dr ringsluiting is ntstaan uit een verbinding X. Op grnd van uitsluitend bvenstaande gegevens zijn vr verbinding X twee mgelijkheden te bedenken waarvan behalve de structuurfrmules k de mlekuulfrmules verschillen. 4 P 8 0 Geef die twee mgelijke structuurfrmules vr verbinding X. - Opgave3 Klstf kmt in verschillende vrmen vr. Eén van die vrmen is diamant. Diamant is de hardste stf die bekend is. Die hardheid hangt samen met het kristalrster van diamant. 1 P 9 0 Geef de naam van het bindingstype dat er in diamant de rzaak van is dat de deeltjes in het kristalrster sterk aan elkaar gebnden zijn. 3 p 10 0 Beschrijf de ruimtelijke rdening van de deeltjes in het kristalrster van diamant Lees verder

5 Diamant is een niet stabiele vrm van klstf. Diamant kan dr middel van een extherme reactie vergaan in grafiet: C(S)d iarnant --. C(s) gra f let Bij verhitting van diamant in een stikstf-atmsfeer tt een temperatuur bven 2000 K wrdt diamant binnen krte tijd mgezet in grafiet. Bij kamertemperatuur blijkt diamant, k na jaren, niet ver te gaan in grafiet. 4 p 11 0 Schets van de mzetting van diamant in grafiet een energiediagram en geef aan de hand daarvan aan he het kmt dat diamant bij kamertemperatuur niet wrdt mgezet in grafiet. Diamant wrdt vr het grtste deel dr mijnbuw gewnnen. Er zijn echter k prcessen ntwikkeld m kunstmatig diamant te maken. Bij één van die prcessen wrdt ethyn nvlledig verbrand; de reactieprdukten, waarnder klstf, wrden in cntact gebracht met een diamant. Dr het neerslaan van klstf p de diamant greit deze aan. Het hele prces is als vlgt weer te geven: Bereken met behulp van Binas tabel 57a en tabel 57b de enthalpieverandering deze reactie in jule per ml C(s)diamant (T = 298 K, P = P)'!:::,. H van De aangreisnelheid die men met dit prces kan bereiken is zdanig dat er per uur een laagje met een dikte van 0,050 mm (gemeten bij 293 K) bijkmt. 4 p 13 0 Bereken het aantal klstfatmen dat bij tepassing van deze techniek per mrn? per uur neerslaat. - Opgave4 Eén van de grndstffen die gebruikt kunnen wrden vr de bereiding van waterstffluride is tlurapatiet, CaSF(P04)r Flurapatiet kan beschuwd wrden als een mengsel van de zuten calciumtluride en calciumfsfaat. Leid af in welke mlverhuding, calciumtluride : calciumfsfaat, deze zuten in tlurapatiet aanwezig zijn. Dr teveging van een zuur wrdt tlurapatiet mgezet in nder andere waterstffluride (HF). Waterstffluride kan dr middel van elektrlyse wrden mgezet in waterstf en tlur. In een tlurfabriek vegt men daarte aan een vermaat vleibaar waterstffluride eerst een heveelheid kaliumtluride (KF) te. Daarbij treedt de vlgende reactie p: Het aldus verkregen mengsel wrdt geëlektrlyseerd. Het gehele elektrlyseprces kan als vlgt in een reactievergelijking wrden weergegeven: Aan de negatieve elektrde treedt tijdens de elektrlyse de vlgende reactie p: 4 p 15 0 Geef de vergelijking van de reactie die tijdens de elektrlyse ptreedt aan de psitieve elektrde Lees verder

6 Het ntstane waterstfgas en het ntstane flurgas verlaten de elektrlyseruimte via aparte uitgangen. Tijdens de elektrlyse verdampt wat waterstffluride. Daardr bevat zwel de afgeverde waterstf als de afgeverde flur wat (gasvrmig) waterstffluride. Om uit het afgeverde gas mengsel van waterstf en waterstffluride zuiver waterstf te verkrijgen wrdt dit gasmengsel in cntact gebracht met natrnlg. Om uit het afgeverde gasmengsel van flur en waterstffluride zuiver flur te verkrijgen kan geen natrnlg gebruikt wrden. Dit is af te leiden uit gegevens in Binas. 4 p 16 0 Geef de vergelijkingen van de reacties die zuden ptreden als het mengsel van flur en waterstffluride in cntact gebracht zu wrden met natrnlg. Zuiver flur kan wel verkregen wrden dr het mengsel van flur en waterstffluride in cntact te brengen met natriumfluride. Het waterstffluride reageert hiermee als vlgt: HF(g) + NaF(s) --> NaHFis) Dr het gevrmde NaHF2 in een aparte reactr te verhitten kan het waterstffluride wrden teruggewnnen. Als de prduktie van flur als een cntinu prces wrdt uitgeverd, kan dit prces als vlgt wrden weergegeven: schema t natrnlg H2 en HF I reactr elektrlyse- I ruimte i reactr F2 en HF NaF HF I H2 react ieprdukt(en) F2 Na i reactr I in plssing In een bepaalde flurfabriek wrdt vlgens dit cntinu prces 1,0.104 ml F2 per uur geprduceerd. De gasmengsels die de elektrlyseruimte verlaten, bevatten beide 4,8 vlumeprcent waterstffluride; het ene gasmengsel bevat daarnaast dus 95,2 vlumeprcent waterstf, het andere gasmengsel 95,2 vlumeprcent flur. Om de samenstelling van het mengsel in de elektrlyseruimte cnstant te huden met vrtdurend waterstffluride wrden tegeverd. 4 p 17 0 Bereken heveel kg waterstffluride bij dit cntinu prces per uur met wrden tegeverd Lees verder

7 _ Opgave5 Water dat in fabrieken gebruikt wrdt vr het maken van stm, zgenemd ketel water, mag geen crrsie verrzaken. Daarm met de pgelste zuurstf verwijderd wrden. Daarte wrdt aan het ketel water een stf tegevegd die snel en vlledig met zuurstf kan reageren. Hydrazine (N2H4) is z'n stf. Bij de reactie van hydrazine met pgelste zuurstf ntstaan uitsluitend water en stikstf. 4p 18 0 Bereken heveel liter water dat 0,75 mg pgelste zuurstf per liter bevat men met 1,0 kg hydrazine zuurstfvrij kan maken. De stf die aan ketelwater wrdt tegevegd m pgelste zuurstf te verwijderen, wrdt in vermaat tegevegd. Het ketelwater mag echter niet zuur wrden: in een zure plssing wrdt ijzer k aangetast. Ok m deze reden kan hydrazine gebruikt wrden: hydrazine is een zwakke base. Het gecnjugeerde zuur van N2H4 is N2Hs +. De Kb van hydrazine bij 298 K is 8, p 19 0 Bereken de ph van een 1, M hydrazine-plssing bij 298 K. Een bijkmend vrdeel van hydrazine is dat eventueel aanwezig rest dr hydrazine wrdt mgezet in een afsluitend laagje Fe304. Rest kan wrden weergegeven met de frmule FeO(OH). 4p 20 0 Geef de vergelijking van de reactie van hydrazine met FeO(OH). Neem hierbij aan dat behalve Fe304 uitsluitend stikstf en water gevrmd wrden. Omdat het gehalte aan hydrazine in ketel water steeds bven een bepaalde minimumwaarde met liggen, wrdt de mlariteit regelmatig bepaald. Daarbij kunnen diverse methden tegepast wrden. Bij tepassing van één van die methden is men als vlgt te werk gegaan. Eerst werd 1 mi ketel water aangezuurd waardr alle N2H4 werd mgezet in N2Hs +. Daarna werd 0,025 mml kaliumjdaat (KI03) in plssing tegevegd; dit was een vermaat. Er trad een reactie p nder vrming van nder andere jd: (reactie I) Na vlledige mzetting van de N2Hs + werd een vermaat kaliumjdide tegevegd. Het vergebleven jdaat werd daardr mgezet in jd: in plssing (reactie 2) Tensltte werd de ntstane plssing getitreerd met een natriumthisulfaat-plssing. Hierbij reageerde zwel het jd dat in reactie 1 is ntstaan als het jd dat in reactie 2 is ntstaan. Vr de titratie bleek 0,090 mml SP/- ndig te zijn. 6 p 21 0 Bereken de mlariteit van het hydrazine in het ketel water. Let p: de laatste vragen van dit examen staan p de vlgende pagina Lees verder

8 _ Opgave6 Waterstffluride kkt bij 293 K (p = p). In waterstffluridedamp van T = 293 K en P = P stelt zich het vlgende evenwicht in: (HFMg) ~ 6 HF(g) De dichtheid van het gasmengsel van (HF)6 en HF van T = 293 K en P = P bedraagt 4,8 g dm", Onder die mstandigheden is het vlume van 1,0 ml gas 24 dm'. 3 p 22 0 Laat met een berekening aan de hand van deze gegevens zien welke van de srten mlekulen, (HF)6 f HF, het meeste vrkmt in het gasmengsel van T = 293 K en P = P- Als bij gelijkblijvende temperatuur de druk van een gas twee maal z klein wrdt, zal de dichtheid van het gas in het algemeen k twee maal z klein wrden. Dit is echter niet het geval als de druk van het gasmengsel van (HF)6 en HF (293 K en P = P) twee maal z klein wrdt. De dichtheid van het gasmengsel van (HF)6 en HF van T = 293 K en p = tp is niet 2,4 g drn "' maar kleiner dan 2,4 g dm " '. 4 p 23 0 Leg uit he het kmt dat die dichtheid in dat geval kleiner dan 2,4 g dm -3 is. Uit resultaten van metingen aan het bvengenemde evenwicht bij T = 353 K en p = P heeft men kunnen afleiden dat nder die mstandigheden de mlekulen die in het gasmengsel aanwezig zijn, vr 21% (HF)6 mlekulen zijn en vr 79% HF mlekulen. 5 p 24 0 Bereken de waarde van de evenwichtscnstante K van het evenwicht (HFMg) ~ 6 HF(g) bij T = 353 K en p = P- -:m ,0 20 8