SCHEIKUNDE 4 HAVO UITWERKINGEN

Transcriptie

1 SCHEIKUNDE 4 HAVO UITWERKINGEN Auteurs Tessa Lodewijks Toon de Valk Eindredactie Aonne Kerkstra Eerste editie Malmerg s-hertogenosch

2 5 Koolstofverindingen Praktijk Glycol vragen 1 a Een molecuul glycol heeft twee OH-groepen die met de watermoleculen H-ruggen kunnen vormen. De stippellijnen geven de H-ruggen weer. c water: H 2 O; glycol: C 2 H 6 O 2 d Glycol kan 2 zoveel H-ruggen per molecuul vormen en heeft dus een veel sterkere molecuulinding en daarmee een hoger kookpunt. 2 a Een oplossing van water in glycol want van het glycol is het meeste aanwezig. Op de autoruit zit evroren water dus het percentage water zal stijgen en daarmee zal het percentage glycol dalen. c Een smelttraject dat ligt tussen eide smeltpunten in. d Bij het mengen krijg je dat de stof die oplost zorgt voor een smeltpuntverlaging van de vloeistof waarin het oplost. e Pekel zorgt voor snellere roestvorming ij auto s. 3 a Je kunt glycol geruiken om er veel energie in op te slaan doordat het pas ij zeer lage temperatuur vast wordt. De glycol die je geruikt kan dus van zeer lage temperatuur zijn. 136 m 3 glycol levert 405 m 3 mengsel dus is er 269 m 3 water toegevoegd. De volumeverhouding glycol : water = 136 : 269 = 1 : 269/136 = 1 : 2. c Tussen de lucht in de geouwen en het glycolwater. d Het smeltpunt van water is 0 C. Door het oplossen van glycol in water verlaag je het smeltpunt van het mengsel tot 7 C. 4 a Glycol is een giftige stof. Diethyleenglycol want heeft net als glycol twee OH-groepen maar is een groter molecuul. c MAC-waarde is 26 mg m -3. De dampdichtheid van glycol is 2,1 kg m -3, dat overeenkomt met 2,1 mg cm -3 (2,1 kg = 2, mg; 1 m 3 = 10 6 cm 3 ). Dus 26 mg m -3 = 26/2,1 = 12 cm 3 m -3.

3 5 a Jaarlijks 20 miljoen ton glycol = ton = kg = 2, kg. c De 20 miljoen ton glycol komt overeen met 20/62,07 = 0,32 miljoen mol glycol die gevormd is uit eenzelfde hoeveelheid ethyleenoxide. Slechts 90% van de geruikte ethyleenoxide wordt geruikt. Dus totaal nodig 100 0,32 miljoen = 0,36 miljoen mol. Dit komt overeen met 0,36 44,05 = 16 miljoen ton 90 ethyleenoxide. 6 a water c Het molecuul evat zowel een polair gedeelte die H-ruggen kan vormen met de watermoleculen als een apolair koolstofgedeelte dat vanderwaalsindingen vormt met de oliemoleculen. toepassing 7 a Het zorgt voor een vriespuntdaling waardoor het ijs weer vloeiaar wordt. C2H6O 2(l) C H O (aq) c Het antwoord is afhankelijk van resultaten experiment. Praktijk Methanol en iomethanol vragen 1 a Dat is dankzij de vorming van H-ruggen met de watermoleculen. Een watermolecuul heeft twee OH-groepen en kan aan twee kanten H-ruggen vormen; een methanol molecuul heeft maar één OH-groep en heeft dus maar één mogelijkheid om H-ruggen te vormen. c Methanol levert 726 kj mol -1. De dichtheid is 0,79 kg L -1, dus 1,1 L heeft een m= 1,1 0,79 = 0,869 kg = 869 g. Dit komt overeen met 869/32,04 = 27 mol methanol. Dit levert = 2, kj. 2 a zuurstof (lucht), methaan (aardgas) en waterdamp (stoom) warmte/energie leveren voor de reactie in de reformer c In de reformer is de verhouding CO : H 2 = 1 : 3, terwijl in de synthese de verhouding CO : H 2 = 1 : 2 is. d Er wordt CO en H 2 teruggeleid. e De methanolmoleculen kunnen H-ruggen vormen, daardoor heeft methanol een veel hoger kookpunt dan koolstofmono-oxide(g) en waterstof(g). Methanol wordt ij afkoelen dus veel eerder vloeiaar. 3 a methanol en koolzaadolie Bio etekent dat stoffen uit de natuur (koolzaad) geruikt worden. c Ook ton, want de wet van massaehoud geldt. d Kraken is een ontledingsreactie waarij grote moleculen stukreken in kleinere moleculen.

4 4 a methyl-t-utylether de klopvastheid c d Biomethanol en io-ethanol worden gemaakt uit hernieuware grondstoffen. De EU stelt eisen aan de hoeveelheid hernieuware randstoffen. toepassing 5 a C5H10O(l) + 7 O 2(g) 5 CO 2(g) + 5 H2O(l) Ja, want de duele inding verdwijnt ij het samenvoegen. c Methylpropeen is een hydrofoe stof, omdat de moleculen geen H-ruggen kunnen vormen met de watermoleculen. d in S2: extractie, in S3: destillatie Theorie 1 Aardolie 1 a gefractioneerde destillatie het verschil in kookpunt c De kookpunten liggen heel dicht ij elkaar, zodat scheiding alleen in fracties kan. 2 a lpg, enzine, kerosine, diesel, stookolie de naftafractie c de petrochemische industrie d grondstoffen voor het maken van kunststoffen, medicijnen, estrijdingsmiddelen 3 a met het aantal C-atomen per molecuul Bij toenemende grootte van het molecuul krijg je een steeds grotere vanderwaalsinding en dus een steeds hoger kookpunt. 4 a Verindingen die zijn opgeouwd uit koolstof- en waterstofatomen. koolstofdioxide en water c Koolstofdioxide: leiden door kalkwater, dit wordt troeel wit. Water: na afkoelen over wit kopersulfaat leiden. Het witte kopersulfaat zal lauw kleuren. d 2 C4H 10(g) + 13 O 2(g) 8 CO 2(g) + 10 H2O(l) 5 a Nee, een mengsel heeft een kooktraject. In de winter moet enzine makkelijker kunnen verdampen dan in de zomer, dus in de winter zal enzine meer van de laagst kokende koolwaterstof evatten. c Benzine is een mengsel van koolwaterstoffen. Mengsels heen geen vaste molecuulformule. d In Spanje is het gemiddeld veel warmer dan in Noorwegen, dus zal de enzine in Spanje meer van de hoogst kokende koolwaterstof evatten dan in Noorwegen.

5 6 a Propaan en utaan. In de winter zal het percentage propaan in lpg hoger zijn dan in de zomer, omdat de temperatuur in de winter gemiddeld lager is. En het mengsel moet toch makkelijk kunnen verdampen. c vloeiaar gemaakt gas d Het kookpunt van utaan is 273 K, van propaan 231 K. Dus zal utaan eerder vloeiaar, maar ook eerder vast zijn dan propaan. +7 a De grondstoffen voor het maken van die randstoffen kunnen steeds opnieuw ijgemaakt worden. io-ethanol en iodiesel c Aardolie kan niet ijgemaakt worden. 2 Kraken 8 a Het maximale aantal H-atomen is geonden. molecuulformule: C 3 H 8 ; structuurformule: c C3H 8(g) + 5 O 2(g) CO (g) + 4 H O(l) 9 a thermisch kraken en katalytisch kraken Thermisch: sterk verhitten waardoor grote moleculen in stukken reken. Katalytisch: met ehulp van een katalysator grote moleculen in stukken reken. c Uit één stof ontstaan meerdere nieuwe stoffen. C H (l) C H (l) + C H (g) d a alkaan: als randstof (enzine) geruiken. alkeen: als grondstof voor de productie van kunststoffen geruiken. C H (l) C H (l) + C H (g) + C H (g) c a c Een alkaan evat alleen enkele C-C indingen, een alkeen evat naast enkele C-C indingen één duele C=C inding. 12 a Molecuulformules: C 3 H 8, C 4 H 10 en C 4 H 10 Twee van de drie formules zijn aan elkaar gelijk. c Koolstof heeft covalentie 4 en waterstof covalentie 1. Klopt: elke C heeft vierindingen en elke H heeft één inding. +13 a In propaan is de verhouding C : H = 3 : 8 = 1 : 2,7. CH (g) + 2 H O(g) CO (g) + 4 H (g) c C3H 8(g) + 6 H2O(g) CO (g) + 10 H (g) d Ja, ij methaan wel precies maar ij propaan niet. Wel dat er verhoudingsgewijs minder waterstof ontstaat ij propaan dan ij methaan. e Dat is precies de verhouding in ammoniak. N (g) + 3 H (g) 2 NH (g) f g Lucht evat 78% stikstof. h G-gas evat procentueel minder randare estanddelen dan H-gas.

6 3 Isomerie 14 a 2-methylutaan of methylutaan 2,3-dimethylutaan c 3-ethylpentaan of ethylpentaan d 2,4-dimethylhexaan e 2,2,4-trimethylhexaan 15 a Je spreekt van een isomeer als ij eenzelfde molecuulformule verschillende structuurformules mogelijk zijn. Nee, want ze heen nooit dezelfde molecuulformule. +16 a propeen 2-penteen c 2-methyl-2-uteen of methyl-2-uteen d 2-methyl-1-uteen e 3-methyl-1-uteen f Isomeren zijn, c, d en e: dezelfde molecuulformule C 5 H 10 ij steeds verschillende structuurformules. 17 a 1,1-dichloorpropaan; 1,2-dichloorpropaan; 1,3-dichloorpropaan; 2,2-dichloorpropaan c molecuulformule C 3 H 6 Cl a Er zijn nog niet het maximale aantal H-atomen geonden en er zijn duele C=C indingen aanwezig. Molecuulformule: C 3 H 6 ; structuurformule: c Met drie C s en één duele inding zit die duele inding altijd tussen de eerste en tweede C in. 19 a

7 c d e 20 a c Ja, want een verzadigde koolwaterstof met vierc s kan utaan of methylpropaan zijn. d e 1-uteen; 2-uteen; methylpropeen. +21 a de productie van synthesegas en de productie van etheen De warmte die vrijkomt ij de productie van etheen geruiken voor de productie van synthesegas die juist energie kost. c methaan CH (g) + H O(g) CO(g) + 3 H (g) d e Het evat koolstofmono-oxide en waterstof die eide met zuurstof kunnen reageren tot respectievelijk koolstofdioxide en water. f Het evat koolstofmono-oxide, dat een zeer giftig gas is. g 2 CH 4(g) + O 2(g) C2H 4(g) + 2 H2O(g) h Een katalysator is een stof die een reactie versnelt. De katalysator wordt zelf niet verruikt tijdens een reactie en is na afloop van de reactie nog aanwezig. +22 a molecuulformule: C 3 H 6 ; structuurformule: Cl 2 c verhouding 1 : 1 d 1,2-dichloorpropaan +23 a 2,2,4-trimethylpentaan heeft in totaal 8 C s dus octaan, C 8 H 18.

8 +24 a octaan: molecuulmassa is 114,23 u, dus 5470/114,23 = 47,89 kj g -1 ; ethanol: molecuulmassa is 46,07 u, dus 1367/46,07 = 29,67 kj g -1 ; waterstof: molecuulmassa 2,016 u, dus 286/2,016 = 141,9 kj g C8H 18(l) + 25 O 2(g) 16 CO 2(g) + 18 H2O(l) C2H6O(l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H2O(l) 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H2O(l) c Het zijn eide vloeistoffen terwijl waterstof een gas is. Vloeistoffen kunnen veel makkelijker worden opgeslagen dan een gas. 4 Additiereacties 25 a Je maakt van twee stoffen één nieuwe stof doordat de chlooratomen vastgemaakt worden aan propeen. 26 Ja, want ze heen dezelfde molecuulformule, namelijk C 3 H 8 O. 27 a Onder hoge druk en met ehulp van een katalysator. c 1-uteen en 2-uteen. +28 a Als twee stoffen dezelfde molecuulformule heen, maar een verschillende structuurformule. c d 1-chloorutaan en 2-chloorutaan 5 Alcoholen 29 a C2H6O(l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H2O(l) Koolstofdioxide: leiden door kalkwater, dit wordt troeel wit. Water: na afkoelen over wit kopersulfaat leiden, dit zal lauw kleuren. c Een molecuul ethanol heeft een OH-groep die met watermoleculen H-ruggen kan vormen; een ethanolmolecuul heeft ook een apolaire ethylgroep die vanderwaalsindingen met de enzinemoleculen kunnen vormen. +30 a CO(g) + 2 H 2(g) CH3OH(l) Bij de verranding van synthesegas komt meer warmte vrij, dus moet er energie zijn vrijgekomen ij de omzetting van synthesegas in methanol. c 2 CH 4(g) + O 2(g) 2 CH3OH(l) d Bij de omzetting van methaan in methanol is al een gedeeltelijke verranding opgetreden en is er dus al energie vrijgekomen. Er komt daardoor dan minder energie vrij ij de volledige verranding van methanol.

9 31 a Ze heen dezelfde molecuulformule, namelijk C 4 H 9 OH, maar een verschillende structuurformule. c De moleculen heen een OH-groep die met de watermoleculen H-ruggen kunnen vormen. d 1-utanol: sterkere inding dus hoger kookpunt. e Je het dan lineaire moleculen die elkaar heel dicht kunnen enaderen. Bij een OH-groep aan een tweede C he je een soort vertakking, waardoor de moleculen elkaar niet zo dicht kunnen enaderen. 32 a Ze heen twee respectievelijk drie OH-groepen per molecuul die met de watermoleculen H-ruggen kunnen vormen. kookpunt water: 373 K; kookpunt glycol: 470 K; kookpunt glycerol: 563 K c De stoffen glycol en glycerol estaan uitgrotere moleculen dan water. d Glycerol heeft drie OH-groepen per molecuul, glycol maar twee. Verder is glycerol ook een groter molecuul dan glycol. +33 a 2 C8H 18(l) + 25 O 2(g) 16 CO 2(g) + 18 H2O(l) Benzine: J m -3, dichtheid 0, kg m -3, dus dat geeft /0, = J kg -1 ; ethanol: J m -3, dichtheid 0, kg m -3, dus dat geeft /0, = J kg -1. c Benzine: molmassa is 114,23 g, dus 1 kg=1000 g levert dan 1000/114,23=8,8 mol enzine. Dat levert dan /8,8 = 5, J mol -1. Ethanol: molmassa is 46,07 g, dus 1 kg = 1000 g levert dan 1000/46,07 = 22 mol ethanol. Dat levert dan /22 = 1, J mol -1. d 100% enzine heeft een verrandingswarmte van J m -3, ethanol heeft een verrandingswarmte van J m -3. Een mengsel van 95% enzine en 5% ethanol heeft een verrandingswarmte van 95/ / = J m -3. Dus de verrandingswarmte van 100% enzine is hoger. 6 Caronzuren 34 a Mierenzuur: methaanzuur; oterzuur: utaanzuur. De moleculen heen een OH-groep die met de watermoleculen H-ruggen kan vormen, terwijl het apolaire deel heel klein is. c Breng een druppel op universeel indicator papier en lees de ph af, deze zal lager dan 7 zijn. Of: meet met een ph-meter de zuurgraad, deze zal lager zijn dan a Stearinezuurmoleculen heen een heel lange apolaire staart die geen H-ruggen kan vormen met de watermoleculen. Ja, want voldoet aan C n H 2n+1 COOH. C H COOH(s) + 26 O (g) 18 CO (g) + 18 H O(l) c d Koolstofdioxide: leiden door kalkwater, dit wordt troeel wit. Water: na afkoelen over wit kopersulfaat leiden, dit zal lauw kleuren. 36 a Het evat minder H-atomen dan volgens de formule van alkaanzuren mogelijk is. Voeg aan linolzuur een klein eetje joodwater toe en schud goed. De gele kleur van het jood zal daarij verdwijnen.

10 7 Aminen 37 a NH 2 groep C n H 2n+1 NH 2 c Ja, want er komt steeds CH 2 ij. 38 a Ja, als het apolaire deel maar niet te groot is. 39 a Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule maar een verschillende structuurformule. Systematische namen: 1-propaanamine en 2-propaanamine. +40 a NH 2 CHRCOOH een aminogroep en een caroxylgroep (caronzuurgroep) +41 a amino-ethaanzuur 2-aminopropaanzuur c 2-amino-3-methylutaanzuur 42 a Per twee mol CH 4 wordt volgens reactie 1 twee mol CO en vier mol H 2 gevormd. Per twee mol CH 4 wordt volgens reactie 2 twee mol CO en zes mol H 2 gevormd. Per vier mol CH 4 wordt dus vier mol CO en tien mol H 2 gevormd. Dus aantal mol CO: aantal mol H 2 = 1,0 : 2,5. c 35 CO(g) + 71 H 2(g) C35H 72(s) + 35 H2O(l) d Vooreelden van een juist antwoord zijn: Afkoelen zorgt ervoor dat de warmte die (ij het Fisher-Tropschproces) ontstaat, wordt afgevoerd (zodat de temperatuur constant lijft). Het proces is dus exotherm. Er moet worden gekoeld (omdat ij het proces warmte vrijkomt). Dus het proces is exotherm. e ontledingsproces: kraken andere soort koolwaterstoffen: alkenen / onverzadigde koolwaterstoffen f erekening van het aantal m 3 methaan: m 3 vermenigvuldigen met 80(%) en delen door 100(%) erekening van het aantal kg methaan: het aantal m 3 methaan vermenigvuldigen met de dichtheid van methaan (0,72 kg m 3 ) erekening van het aantal kg koolstof in de erekende hoeveelheid methaan: het aantal kg methaan delen door de molecuulmassa van methaan (16,04 u) en vermenigvuldigen met de atoommassa van koolstof (12,01 u) g Een juiste erekening (1, (kg) delen door 1, (kg) en vermenigvuldigen met 100(%)) leidt tot de uitkomst 79(%).

11 h 43 a heptaan: C 7 H 16 ; hexaan: C 6 H 14 ; pentaan: C 5 H 12 ; 3-methylhexaan: C 7 H 16 ; 2-methylpentaan: C 6 H 14 ; 3-methylpentaan: C 6 H 14 ; 2,3-dimethylpentaan: C 7 H 16 ; 2-methylutaan: C 5 H 12 ; utaan: C 4 H 10; 2,2,4-trimethylpentaan: C 8 H 18 ; methylpropaan: C 4 H 10 heptaan, 3-methylhexaan en 2,3-dimethylpentaan hexaan, 2-methylpentaan en 3-methylpentaan pentaan en 2-methylutaan utaan en methylpropaan c onvertakt: heptaan, hexaan, pentaan, utaan eenmalig vertakt: 3-methylhexaan, 2-methylpentaan, 3-methylpentaan, 2-methylutaan, methylpropaan meervoudig vertakt: 2,3-dimethylpentaan, 2,2,4-trimethylpentaan d e heptaan: 100,20 u, C 7 H 16 ; hexaan: 86,17 u, C 6 H 14 ; pentaan: 72,14 u, C 5 H 12 ; 3-methylhexaan: 100,20 u, C 7 H 16 ; 2-methylpentaan: 86,17 u, C 6 H 14 ; 3-methylpentaan: 86,17 u, C 6 H 14 ; 2,3-dimethylpentaan: 100,20 u, C 7 H 16 ; 2-methylutaan: 72,14 u, C 5 H 12 ; utaan: 58,11 u, C 4 H 10; 2,2,4-trimethylpentaan: 114,23 u, C 8 H 18 ; methylpropaan: 58,11 u, C 4 H 10.

12 f g Hoe kleiner het molecuul, des te hoger het octaangetal EN hoe vertakter het molecuul des te lager het octaangetal. alkaan octaangetal aantal C s vertakt/onvertakt molecuulmassa in u heptaan 0 7 o 100,2 hexaan 25 6 o 86,17 pentaan 62 5 o 72,14 3-methylhexaan 65 7 e 100,2 2-methylpentaan 73 6 e 86,17 3-methylpentaan 75 6 e 86,17 2,3-dimethylpentaan 91 7 m 100,2 2-methylutaan 93 5 e 72,14 utaan 94 4 o 58,11 2,2,4-trimethylpentaan m 114,23 2-methylpropaan >100 4 e 58,11 h Het verrandt dan eter dan zuiver 2,2,4-trimethylpentaan.

13 Colofon