-Q) .c: o ~._ Q) (J) Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs Tijdvak Woensdag 20 mei. Î Î 6.30 uur Begin

Transcriptie

1 Examen VWO -Q) C e::::j ~._ Q).c: (J) Vrbereidend Wetenschappelijk Onderwijs Tijdvak Wensdag 20 mei Î Î 6.30 uur Î Dit examen bestaat uit 24 vragen. Vr elk vraagnummer is aangegeven heveel punten met een ged antwrd behaald kunnen wrden. Vr de uitwerking van vraag 5 is een bijlage tegevegd. Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening f afleiding gevraagd wrdt, wrden aan het antwrd meestal geen punten tegekend als deze verklaring, uitleg, berekening f afleiding ntbreekt. 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 Opgavel Vele srten zeep, zals tiletzeep, zijn mengsels van hfdzakelijk natriumzuten. Vrbeelden van dergelijke natriumzuten zijn natriumstearaat (C17H3SCOONa) en natriumpalmitaat. Ter bereiding van een plssing van zulke zepen laat men vetten f liën reageren met een plssing van een bepaalde stf. 2p 1 0 Geef de naam van die stf. Als men zich wast, kan er wat zeepplssing in de gen kmen. Dat kan een pijnlijk gevel teweegbrengen. Eén van de rzaken daarvan is dat de zeepplssing basisch is. 3p 2 0 Geef de vergelijking waaruit blijkt dat bij het plssen van natriumstearaat in water een basische plssing ntstaat. Shamps bevatten zgenemde synthetische zepen. Bij het gebruik van een shamp is de kans erg grt dat er bij het wassen wat shamp in de gen kmt. Dit is één van de redenen dat shamps niet basisch mgen zijn. Een vrbeeld van een (synthetische) zeep die in shamps vrkmt, is natriumlaurylsulfaat (C12H2S0S03Na+). Zwellaurylsulfaat (C12H2S0S03-) als stearaat kan als base fungeren. 4p 3 0 Leg uit welke Kb waarde (bij 298 K) grter zal zijn: die van laurylsulfaat f die van stearaat. Ga bij de uitleg uit van het feit dat een plssing van natriumlaurylsulfaat vrijwel neutraal is en een plssing van natriumstearaat basisch. Laurylwaterstfsulfaat wrdt bereid uitgaande van laurylalchl (C12H2SOH). Alchlen met 10 f meer C atmen per mlecuul, zals laurylalchl, wrden vetalchlen genemd. Vetalchlen kan men bereiden uitgaande van bijvrbeeld kkslie. Kkslie bestaat uit glyceryltri-esters van carbnzuren die ngeveer 12 C atmen per mlecuul bevatten. Een vrbeeld van z'n glycerytri-ester is: 11 H2C - 0-C - C11H23 ~ HC - 0- C - Cn H21 ~ H2C - 0- C - CnH23 De industriële bereiding van vetalchlen is een cntinu prces dat als vlgt in een (ng nvlledig) blkschema kan wrden weergegeven: blkschema methanl reactr 1 reactr 2 (alleen) methylesters glyceryltriesters scheidingsruimte scheidingsruimte vetalchlen glycerl waterstf A n reactr 1reageren de glycerytri-esters met methanl dat in vermaat wrdt tegeverd: glycerytri-esters + methanl ~ methylesters + glycerl Men nemt een reactie waarbij uit een ester en een alchl een andere ester en een andere alchl ntstaan, een m-estering Lees verder

3 n reactr 2 reageren de gevrmde methylesters met waterstf die in vermaat wrdt tegeverd. Een vrbeeld van een reactie die daarbij ptreedt, is: C - CH H2 -- 0H + C'2H2S0H n reactr 2 ntstaan dr m-estering k kleine heveelheden van zgenemde wasesters. Een vrbeeld van z'n wasester is: 11 C1,H23 - C C12H2S 4p 4 D Geef de vergelijking vr het ntstaan van deze wasester in reactr 2 in structuurfrmules (met Cl1H23 en C12H25 als ntaties vr de betreffende klwaterstfgrepen). De ntstane wasesters wrden na afscheiding teruggeleid naar reactr 2 waar ze wrden mgezet in vetalchlen. Het hele, cntinue prces kan als vlgt schematisch wrden weergegeven: schema glyceryltriesters vetalchlen fabriek waterstf glycerl Mede met behulp van dit schema is af te leiden dat het eerder gegeven blkschema niet cmpleet is: niet alle lijnen die de stfstrmen weergeven, staan erin. Op de bijlage staat het niet cmplete blkschema weergegeven. 5p 5 D Maak het blkschema p de bijlage cmpleet dr het plaatsen van lijnen. Zet bij de nieuwe lijnen k bijschriften. Een deel van de mleculen van de glyceryltri-esters in kkslie is nverzadigd. Het nverzadigde karakter van deze glyceryltri-esters wrdt uitsluitend verrzaakt dr de aanwezigheid van - CH = CH - grepen in die mleculen. Het mengsel van vetalchlen dat de fabriek verlaat, bestaat echter uitsluitend uit vetalchlen waarvan de mleculen geen - CH = CH - grepen bevatten. Dit kmt mdat in reactr 2 de nverzadigde vetalchlen reageren met waterstf nder vrming van verzadigde vetalchlen. Hierdr met bij in de fabriek (zie blkschema) meer waterstf wrden ingeleid dan het geval zu zijn als kkslie uitsluitend uit verzadigde glyceryltri-esters zu bestaan. 3p 6 D Leid af in welke mlverhuding waterstf en de glyceryltri-esters de fabriek meten wrden ingeleid als de kkslie uitsluitend uit verzadigde glyceryltri-esters zu bestaan. 5p 7 D Bereken het gemiddelde aantal ml- CH = CH - grepen per ml glyceryltri-esters als per minuut 11,0 ml glycerl de fabriek verlaat en per minuut 71,4 ml waterstf wrdt ingeleid Lees verder

4 Opgave2 De verbinding dictylftalaat wrdt als weekmaker in plastics verwerkt. Dictylftalaat wrdt bereid uit ftaalzuur (1,2-benzeendicarbnzuur) en is-ctanl (CSH1SO). De structuurfrmule van is-ctanl is: - CH2 - CH2 - CH2 -?H - CH2 - OH CH2 Een mlecuul is-ctanl bevat een asymmetrisch C atm (in de bvenstaande structuurfrmule het vijfde C atm van links).van is-ctanl bestaan twee stereismeren, in dit geval ptische ismeren. Ok van dictylftalaat bestaan stereismeren. De structuurfrmule van dictylftalaat kan als vlgt wrden weergegeven: ~ J - CH2 - CH2 - CH2 - ~:2_ CH CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH2-0- C CH2 0 4p 8 0 Leg mede aan de hand van deze structuurfrmule uit heveel stereismeren er bestaan van dictylftalaat. Vr de industriële bereiding van is-ctanl gaat men uit van prpeen, klstfmnxide en waterstf. De bereiding van is-ctanl is een cntinu prces waarbij vier achtereenvlgende reacties plaatsvinden. De eerste twee reacties verlpen als vlgt. Reactie 1: - CH = CH2 + CO + H2 - - CH2 - CH2 - C - H, Reactie 2: 2 - CH2 - CH2 - C - H - CH2 - CH2 - CH - CH - C - H OH CH2 5p 9 0 Geef de systematische naam van het reactieprduct CSH1602van reactie 2. Bij de verdere bereiding van is-ctanl treedt eerst afsplitsingvan H20 p: CSH1602 ~ CSH140 + H20 Eén van de hierbij ptredende reacties kan als vlgt wrden weergegeven. 0 Reactie 3: - CH2 - CH2 -?H -?H - C - H OH CH2 - CH2 - CH = CH -?H - C - H + H20 Een mlecuul CSH140 met de bven weergegevenstructuurfrmule bevat één asymmetrisch C atm. Tch bestaan er meer dan twee stereismeren met deze structuurfrmule. 4p 10 0 Leg uit heveel stereismeren CSH140 er met bvenstaande structuurfrmule bestaan. CH2 Bij de laatste reactie (reactie 4) ter bereiding van is-ctanl vindt additie plaats. Reactie 4: H2 reageert met CSH'40 nder vrming van uitsluitend is-ctanl. Alle reacties 1 tt en met 4 van de beschreven industriële bereiding van is-ctanl vinden plaats in één fabriek. Uit bvenstaande gegevens kan de mlverhuding CO : H2 afgeleid wrden waarin deze stffen in die fabriek meten wrden geleid. 4p 11 0 Leg uit welke mlverhuding CO : H2 dat met zijn Lees verder

5 Opgave3 Klstfdixide (C02) lst niet erg ged p in water. Die eigenschap hangt nder andere samen met het feit dat klstfdixide een aplaire stf is, dat wil zeggen dat een klstfdixidemlecuul geen dipl mlecuul is. 3p 12 0 Geef de elektrnenfrmule van een CO2 mlecuul. Geef die frmule daarbij z weer dat daaruit blijkt he de psities van de atmen ten pzichte van elkaar zijn. 2p 13 0 Leg uitgaande van het antwrd p vraag 12 uit he het kmt dat een klstfdixidemlecuul geen diplmlecuul is. Klstfdixide kmt in pgelste vrm nder andere vr in zeewater. De cncentratie van klstfdixide in zeewater is nder andere afhankelijk van de cncentratie van klstfdixide in de lucht die in cntact is met het zeewater. Als water geruime tijd met lucht in cntact is geweest, kan zich een evenwicht instellen dat als vlgt wrdt weergegeven: De waarde van de evenwichtscnstante K van dit evenwicht bedraagt 0,85 (298 K). --p 14 0 Laat met een berekening zien f dit evenwicht zich heeft ingesteld als zeewater dat aan de ppervlakte 5, ml CO2(aq) per liter bevat, bij 298 K en P = P in cntact is met lucht die 0,035 vlumeprcent klstfdixide bevat. _ Opgave4 Het Vrijheidsbeeld in New Yrk is van kper. Het beeld is bedekt met een gren laagje vaste stf. Dit kmt drdat het kper met stffen uit de vchtige verntreinigde lucht van New Yrk is mgezet nder vrming van grene, slecht plsbare kper()verbindingen. Eén van die verbindingen heeft de frmule CU4(OH)6S04.Eén van de stffen waarmee kper in dit geval heeft gereageerd is zwaveldixide. Sp 15 0 Geef de vergelijking van de vrming van CU4(OH)6S04 uit kper en stffen uit de (verntreinigde) lucht. Neem hierbij aan dat uitsluitend CU4(OH)6S04 ntstaat. Op veel kperen vrwerpen die met vchtige lucht in cntact staan, vindt men (slecht plsbare) kper()verbindingen waarin carbnaat vrkmt, bijvrbeeld CU2C03(OH)z. Als gevlg van de invled van zure regen kmen p het Vrijheidsbeeld echter geen carbnaten vr. Men kan met een eenvudige kwalitatieve pref aantnen dat p het Vrijheidsbeeld geen carbnaten vrkmen. Men schraapt daarte wat van het grene laagje af en vegt aan de afgeschraapte stf een plssing van een stf X te. 3p 16 0 Geef de frmule van een stf X die vr deze pref geschikt is en geef de frmule(s) van de stf(fen) die daarbij zu(den) ntstaan als wèl carbnaten aanwezig zuden zijn. 1 p 17 0 Waaraan kan men bij deze pref zien dat in de afgeschraapte stf geen carbnaten vrkmen? Lees verder

6 Opgave5 De scheve tren van Pisa zakt steeds verder weg in een waterrijke kleilaag. Om tegen te gaan dat de tren ng verder scheef gaat staan, heeft men vrgesteld m water uit de kleilaag te verwijderen en wel zdanig dat daardr de kleilaag aan één kant van de tren zu slinken. Ter verwijdering van water uit de kleilaag heeft men vrgesteld elektrlyse te te passen. Daarte zuden elektrden in de kleilaag aangebracht meten wrden en aangeslten meten wrden p een gelijkspanningsbrn. 2p 18 0 Welke srt deeltjes met het water in de kleilaag in elk geval bevatten m elektrlyse mgelijk te maken? Als men bij de elektrlyse ijzeren staven als elektrden zu tepassen, zuden de vlgende halfreacties ptreden. Aan de psitieve elektrde: Fe ~ Fe e- Aan de negatieve elektrde: 2 H e ~ H2 + 2 OH- De ntstane Fe2+ inen reageren uiteindelijk met de ntstane OH- inen nder vrming van Fe(OH)z. Men vernderstelt dat het gas dat bij z'n elektrlyse ntstaat, via de bvenste grndlagen zal ntwijken. Een nadeel van het gebruik van ijzerelektrden is dat de staaf die gebruikt wrdt als psitieve elektrde na verlp van tijd vervangen zal meten wrden. Stel dat: de elektrlyse met behulp van ijzerelektrden aan het begin van de eerste week van het jaar wrdt gestart en pas wrdt gestpt als de ijzeren staaf die als psitieve elektrde wrdt gebruikt, vervangen met wrden; die vervanging plaats met vinden in de week dat de massa van die staaf 100 kg minder is gewrden; de tegepaste strmsterkte cnstant 100 ampère is (1 ampère = 1 culmb per secnde); geen andere halfreacties aan de elektrden ptreden dan de bvengenemde. 6p 19 0 Bereken, mede aan de hand van Binas tabel 7, in de heveelste week men dan de ijzeren staaf die gebruikt wrdt als psitieve elektrde met vervangen. Het is k mgelijk m bij de elektrlyse in plaats van ijzerelektrden grafietelektrden te gebruiken. n dat geval zullen de vlgende halfreacties ptreden. Aan de psitieve elektrde: 2 H20 ~ H+ + 4 e Aan de negatieve elektrde: 2 H e: ~ H2 + 2 OH- Alle H+ inen die aan de psitieve elektrde ntstaan en alle OH- inen die aan de negatieve elektrde ntstaan, reageren uiteindelijk met elkaar: Men kan met behulp van de gegeven vergelijkingen afleiden heveel ml water per ml elektrnen uiteindelijk wrdt verwijderd uit de kleilaag. Men wil de heveelheid water die uit de kleilaag verwijderd wrdt bij tepassing van grafietelektrden, vergelijken met de heveelheid water die bij gebruik van dezelfde strmsterkte in dezelfde tijd wrdt verwijderd bij tepassing van ijzerelektrden. Sp 20 0 Leg uit f die verwijderde heveelheid water bij gebruik van grafietelektrden grter is dan, kleiner is dan f gelijk is aan de verwijderde heveelheid water bij gebruik van ijzerelektrden Lees verder

7 Opgave6 Afvalgassen van chemische industrieën kunnen nder andere waterstfsulfide (H2S) bevatten. Omdat waterstfsulfide schadelijk is vr de gezndheid, mag het niet wrden gelsd in het milieu. Daarte scheidt men uit het afvalgas een gasmengsel af waaruit het waterstfsulfide vr een grt deel wrdt mgezet in zwavel en waterdamp. Dit gebeurt in een cntinu prces. Dit prces is in het nderstaande blkschema weergegeven: blkschema.a. H2S schei- dings- ruimte reactr lucht 1 f----- zwavel.a. waterdamp n reactr 1 reageert waterstfsulfide bij een zeer hge temperatuur als vlgt met zuurstf: 2 H2S(g) + 02(g) ~ S2(g) + 2 H20(g) n reactr 1 reageert precies alle ingeleide zuurstf vlgens de bvenstaande reactievergelijking met precies al het waterstfsulfide dat in reactr 1 wrdt geleid. n reactr 1 treedt ng een andere reactie p. Een deel van de ntstane zwavel wrdt in een evenwichtsreactie met de ntstane waterdamp mgezet in H2S en S02. 3 S2(g) + 4 H20(g) ~ 4 H2S(g) + 2 S02(g) (evenwicht 1) Per secnde wrdt 17,0 ml waterstfsulfide in reactr 1 geleid; er kmt per secnde 5,6 ml waterstfsulfide uit de reactr. 3p 21 D Bereken heveel ml S2nder deze mstandigheden per secnde uit reactr 1 kmt. Neem aan dat in reactr 1 geen andere reacties dan de bvengenemde ptreden. Het gasmengsel dat uit reactr 1 kmt, wrdt in de scheidingsruimte afgekeld; in de scheidingsruimte wrdt uitsluitend zwavel afgescheiden. Het vergebleven gasmengsel dat de scheidingsruimte verlaat, wrdt verwarmd en in een andere, tweede reactr geleid. n deze tweede reactr stelt zich, mede nder invled van een katalysatr, het vlgende evenwicht in: 16 H2S(g) + 8 S02(g) ~ 3 S8(g) + 16 H20(g) (evenwicht 2) De temperatuur van het gasmengsel dat in de tweede reactr wrdt geleid, is 250 e. Het gasmengsel dat uit die reactr kmt, heeft een geheel andere temperatuur dan 250 e. De temperatuurverandering in de reactr wrdt verrzaakt dr het enthalpie-effect van de reactie naar rechts van evenwicht 2. Men kan het enthalpie-effect van deze reactie berekenen met behulp van nder andere gegevens uit Binas tabel 57 A. De zwavel waarp de gegevens in tabel 57 A zijn gebaseerd, is zgenemde rmbische zwavel: S8(s).De enthalpieverandering die ptreedt bij de vergang S8(s) ~ S8(g) is +0, jule per ml S8 (298 K,p = P). 5p 22 D Bereken vr de reactie naar rechts van evenwicht 2 het enthalpie-effect in jule per ml waterstfsulfide (298 K,p = P). 2p 23 D Leg uit f de temperatuur van het gasmengsel dat uit de tweede reactr kmt, lager dan 250 e f hger dan 250 e zal zijn. Let p: de laatste vraag van dit examen staat p de vlgende pagina Lees verder

8 Uit het mengsel dat reactr 2 verlaat, wrdt de zwavel afgescheiden. Het verblijvende gasmengsel bevat ng nder andere kleine heveelheden waterstfsulfide en zwaveldixide. Om het gehalte aan waterstfsulfide in dat gasmengsel te bepalen leidt men een deel van het gasmengsel dr brmwater waarin zich 0,300 mml brm bevindt. Het brm is in vermaat aanwezig. Zwel waterstfsulfide als zwaveldixide reageert met brm. Die reacties kunnen als vlgt wrden weergegeven: Men zet vervlgens het niet gereageerde brm vlledig m met behulp van een plssing van kaliumjdide. Tensltte titreert men het gevrmde jd met een natriumthisulfaatplssing. Vr deze titratie blijkt 0,244 mml S2032- ndig te zijn. Uit de gegevens bij deze titratie kan men berekenen heveel mml waterstfsulfide en zwaveldixide samen in de nderzchte heveelheid gasmengsel aanwezig zijn. Uit andere gegevens in de pgave kan men afleiden in welke (cnstante) mlverhuding waterstfsulfide en zwaveldixide in het nderzchte gasmengsel vrkmen. 6p 24 0 Bereken heveel mml waterstfsulfide in de nderzchte heveelheid gasmengsel aanwezig was. 'm