De maximale beladingsgraad voor de moleculaire zeef is 20 massa%. 4 Hoeveel uur duurt het totdat 900 kg moleculaire zeef verzadigd is aan water?

Transcriptie

1 Voorronde 990 pgaven woensdag 7 februari pgave 8 punten In een luchtdroger kan men lucht drogen: de lucht wordt watervrij gemaakt door adsorptie van de waterdamp in een bed met moleculaire zeef (= een synthetisch zeoliet dat bepaalde gassen selectief adsorbeert). m de lucht uiteindelijk niet te droog te maken (de zeef houdt namelijk alle watermoleculen vast) wordt een gedeelte van de lucht langs het bed gevoerd (= bypass). De lucht bevat voor droging 0,00 mol per mol droge lucht. De eis die aan de lucht wordt gesteld is, dit gehalte te verminderen tot 0,00 mol per mol droge lucht. Maak een stroomschema van deze luchtdroger. Bereken de hoeveelheid water die verwijderd moet worden (in kmol h ), als de totale hoeveelheid te behandelen lucht 00 kmol h is (berekend op droge lucht). Bereken de fractie van de lucht die door de bypass moet gaan. De maximale beladingsgraad voor de moleculaire zeef is 0 massa%. oeveel uur duurt het totdat 900 kg moleculaire zeef verzadigd is aan water? pgave 9 punten Een organische verbinding heeft de volgende samenstelling in massa%: koolstof: 66,6 waterstof:, zuurstof:,,000 g van deze verbinding heeft in dampvorm een volume van cm bij 0 kpa en o C. Bepaal de molecuulformule van deze verbinding. 6 Teken 0 structuurisomeren (dus geen stereo-isomeren) met deze molecuulformule. (Géén verbindingen met de groep, want die zijn niet stabiel). pgave 9 punten 7 Een meer in west-zweden krijgt jaarlijks ongeveer,0.0 7 m regenwater. De p van het regenwater is,00 vanwege daarin opgelost ammoniumwaterstofsulfaat, N S. Bereken hoeveel ton ammoniumwaterstofsulfaat jaarlijks via het regenwater in het meer terecht komt. pk z (N + ) = 9,; pk z (S ) =,9 7 et meer werd in 98 met kalk behandeld. Een jaar later leverde een wateranalyse het volgende resultaat: deeltje concentratie (mg dm ) deeltje concentratie (mg dm ) Ca + S 0 77 C C 8 Bereken de p van het water in het meer op het tijdstip van de analyse. 6 et volume van het meer is 8,0.0 7 m. Neem aan dat dit volume constant blijft ten gevolge van verdamping. Verwaarloos afname van de concentratie opgeloste stoffen als gevolg van uitstroom en afgifte van koolstofdioxide aan de lucht. Een harde wind zorgt voor een goede menging van regenwater met het water in het meer. pgaven voorronde 990

2 9 oe lang duurt, het voordat de verzuring van het meer zijn kritieke waarde, p =,0 bereikt heeft? 6 pgave 0 punten Door de vrije draaibaarheid van de enkele binding tussen het tweede en derde koolstofatoom (C en C ) in butaan, zijn er van dit molecuul vele conformatie-isomeren mogelijk. Van een van deze conformatie-isomeren is de ruimtelijke structuurformule links weergegeven. Als men van C naar C kijkt langs de bindingsas ziet men de rechts weergegeven situatie (Newmanprojectie). C C Door rotatie rond de C C -as gaan conformatie-isomeren in elkaar over. ieronder vind je het bijbehorend enthalpiediagram. 0 / kj mol o ierin is = w s. w is de enthalpie-inhoud van een willekeurig conformatie-isomeer en s is de enthalpie-inhoud van het meest stabiele conformatie-isomeer. is de hoek waarover gedraaid is ten opzichte van de begintoestand. 0 Neem de x-as (diagram) over en geef daarin op de juiste plaats, in Newmanprojectie, de conformatie-isomeren die corresponderen met de toppen en dalen en de bijbehorende draaiingshoek in o. Geef een verklaring voor de symmetrie van het diagram. Schets het overeenkomstige enthalpiediagram voor ethaan. pgave punten Een oplossing bevat chloride en bromide. Men laat deze oplossing reageren met een overmaat zilvernitraatoplossing. De massa van het verkregen neerslag bedraagt na drogen, g. Vervolgens verhit men dit neerslag in een stroom van chloorgas tot constante massa. et massaverlies bedraagt dan 0,087 g. Bereken de massaverhouding van bromide en chloride in de oorspronkelijke oplossing. pgave 6 punten Als gevolg van overbemesting stijgt de concentratie nitraat in het grondwater in de gebieden met veel bio-industrie onrustbarend snel. De grondwaterwinning voor drinkwater komt daardoor in moeilijkheden. p verschillende locaties is de maximaal toelaatbare concentratie (0 mg N L ) nagenoeg bereikt. Gelukkig is het niet overal zo ernstig. et nitraatgehalte van drinkwater kan onder meer colorimetrisch bepaald worden. Daarvoor is het nodig nitraat kwantitatief om te zetten in een gekleurde verbinding. ier volgen twee methodes. pgaven voorronde 990

3 I. Nitraationen vormen in geconcentreerd zwavelzuur nitroniumionen, N +. Een nitroniumion kan als elektrofiel deeltje een substitutiereactie geven met -hydroxybenzeencarbonzuur (salicylzuur). ierbij wordt een nitroverbinding gevormd met de molecuulformule C 7 N, die in sterk basisch milieu (p > 0) intensief geel gekleurd is. II. Nitraat kan gereduceerd worden tot ammoniak d.m.v. aluminium (meestal als Devarda's legering) in sterk alkalisch milieu. Ammoniak vormt met Nessler's reagens (een zwak alkalische oplossing van tetrajodomercuraat(ii), gi ) een bruin gekleurde verbinding g I N, die, fijn verdeeld, in de vloeistof blijft zweven ad methode I:,00 ml monster drinkwater mengt men met kleine overmaat salicylzuur. Daarna voegt men,0 ml 8 M zwavelzuuroplossing toe. Na 0 minuten wordt ml 0 M natronloog toegevoegd. et mengsel wordt gekoeld en tot 00,00 ml aangevuld met gedemineraliseerd water (demiwater). Deze oplossing geeft in een colorimeter een extinctie 0,8. Met dezelfde colorimeter en op dezelfde wijze is onderstaande ijklijn bepaald. Bereken het nitraatgehalte in het monster drinkwater in mgl. m na te gaan aan welk C-atoom van bovengenoemde nitroverbinding de E nitrogroep gesubstitueerd is, is het verhelderend enkele grensstructuren te 0, tekenen van benzeencarbonzuur en van fenol; verbindingen, waarin mesomerie een belangrijke rol speelt. 0, Teken drie grensstructuren van fenol waarin ladingen voorkomen. Geef daarin ook duidelijk de formele ladingen aan. 0,0 nitraatgehalte mg / L 6 Teken drie grensstructuren van benzeencarbonzuur met eveneens lading op de benzeenkern. Geef daarin ook duidelijk de ladingen aan. 7 Geef nu aan op welke plaats(en) in de benzeenkern van salicylzuur, substitutie van het elektrofiele nitronium plaats zal vinden. 0,0 0, 0, 8 Geef nu de structuurformule(s) van het geel gekleurde deeltje in het sterk alkalische milieu (p > 0). 9 Toon aan dat in de gegeven omstandigheden aan de voorwaarde p > 0 voldaan is. ad methode II: Nitraat reageert in sterk basisch milieu met aluminium. ierbij ontstaat ammoniak en tetrahydroxoaluminaat, Al(). 0 Stel van deze reactie de halfreacties op en geef de reactievergelijking. Voor het maken van een ijklijn gaat men als volgt te werk. Van een standaardoplossing van kaliumnitraat (,6 g L ) pipetteert men 0 ml in een erlenmeyer. Na reductie van het nitraat met Devarda's legering, brengt men de oplossing kwantitatief over in een maatkolf van L en vult met demiwater aan tot de ijkstreep. Deze nieuwe oplossing noemen we oplossing A. Men maakt een verdunningsreeks met behulp van een maatpipet in cuvetten en meet de extinctie: cuvetnummer oplossing A (ml) demiwater (ml) Nessler's reagens (ml) extinctie , 0, 0,8 0,76 0,97 Van weer een ander monster drinkwater pipetteert men 0 ml in een erlenmeyer. Na reductie van het nitraat met Devarda's legering, brengt men de oplossing kwantitatief over in een maatkolf van 00 ml en vult aan met demiwater tot de ijkstreep. Men brengt met een maatpipet 9 ml van deze oplossing in een cuvet en ml Nessler's reagens. Men meet een extinctie van 0,0. pgaven voorronde 990

4 Construeer de ijklijn op bijgaand millimeterpapier en bereken dan het nitraatgehalte in het monster drinkwater in mg L. 7 pgave 7 0 punten -chloorcyclohexanon (A) ondergaat bij behandeling met natriummethanolaat in methanol een reactie waarbij methylcyclopentylmethanoaat (B) wordt gevormd. Een mogelijk reactiemechanisme is: 6 Cl Na in Cl - intermediair Wanneer in A koolstofatoom nr wordt gemerkt met C, wordt, na reactie, het C-atoom in B teruggevonden op de -positie (0 %) en op de - (of -)positie (0%). Geef aan waarom het gegeven mechanisme niet in overeenstemming is met de resultaten van het C-experiment. Geef de structuurformule van een intermediair dat wèl een verklaring biedt voor het C-experiment. 6 Einde Voorronde NC Cl - pgaven voorronde 990

5 Uitwerking m u behulpzaam te zijn bij de correctie van het gemaakte werk bieden wij u hierbij mogelijke uitwerkingen (in grote lijnen) aan van de opgaven. verigens betekent dit niet dat de gegeven uitwerking de enig goede is. Andere opossingen zijn soms zeer wel mogelijk. Dat hangt af van de vindingrijkheid van de kandidaten. pgave maximaal punten 8 punten F droger F maximaal punten F 00(0,00 0,00) = 0 kmol /h maximaal punten Stel x = fractie lucht door bypass Waterbalans: alle water in F = alle water in F 00 0,0 = x 00 0,0 x = 0, maximaal punten 0/ = 80 kg kan opgenomen worden 80/(0 8) =,0 h. pgave 9 punten 6 maximaal punten 6 pv 00 0 pv nrt n =,00 mol. RT 8,8,00g g 7, - mol,00 mol 7, g verbinding bevat 0,6667, = 7, g C, 0,7, = 7,99 g en,8 g mol verbinding bevat 7,/,0 = mol C, 7,99/,00 = 8 mol en,8/6,0 = mol C 8 maximaal punten alkanal/alkanon Cn n alkenol/alkoxyalkeen cycloalkanol/cycloal koxyalkaan voor elk juist isomeer 0, punt, maximaal Antwoordmodel voorronde 990

6 0 uit: pgave 9 punten maximaal 7 punten pk z (S ) >> pk z (N + ) bijdrage N + verwaarloosbaar. K z (S ) =,00,0 0 = [S ] o, Als term in bovenstaande uitdrukking niet aanwezig is: 0 punten [S ] o =,080 mol L L regenwater bevat,080 mol, g mol = 0, g; m regenwater bevat 0,0 ton;,00 7 m regenwater bevat,0 ton maximaal 6 punten C en C bepalen de p: buffer [ + zuur ] = K z ( C ) ; p = pk z ( C ) log gec. base 6 6 6,6 log = 6,6 log 0, = 6,6 maximaal 6 punten zuur gec. base Bij p =, is er geen sprake meer van een buffermengsel. Met goede verwaarlozing is alle C omgezet volgens: S + C C + S mg dm = g m er is omgezet: 8,00 7 /6 =,80 7 mol C (S ) m regenwater bevat,08 mol S (zie 7) nodig,080 7 /,08 =,00 7 m. Dit komt overeen met,0 jaar. pgave 0 punten 0 maximaal punten o C C C C 6 Antwoordmodel voorronde 990

7 maximaal punten De conformatie-isomeren die horen bij (80 x) zijn gespiegeld t.o.v. die bij (80 + x); de grafiek heeft dus ook een spiegelas bij 80. maximaal punten (kj mol pgave punten maximaal punten AgCl Cl AgCl; M AgBr M AgCl = 79,9, =, AgBr 0,087 g komt overeen met,960 mol omgezet AgBr na omzetting in totaal (, 0,087)/, =,000 AgCl oorspronkelijk:,000,960 = 8,00 mol Cl en,960 mol Br massa Br,9679,9 = 0, massa Cl 8,0, pgave 6 punten maximaal punten 00/0, =, mg N /L maximaal punten maximaal punten 7 maximaal punten elektrofiel N + valt op meest negatieve plaats in de ring aan, hier aangegeven met *. Antwoordmodel voorronde 990 7

8 8 maximaal punten Bij p > 0 is zowel de fenolische groep (pk z = 9,89) als de carboxylgroep (pk z =,0) geïoniseerd: N + - N + - correcte formules met, C en N ; Eén formule: punten 9 maximaal punten,0 ml 8 M zwavelzuur 6 = 7 mmol + ml 0 M natronloog 0 mmol over: 78 mmol De hoeveelheid die nodig is voor reactie met nitrosalicylzuur is verwaarloosbaar klein. 78 mmol /00 ml [ ] = 0,78 mol L p = 0, p =,89 0 maximaal 7 punten N e N + + Al Al() e 8 N + 8 Al + N + 8 Al() + + (en + ) N + 8 Al N + 8 Al() maximaal 7 punten Standaardoplossing:,66/0, =,00 g L N plossing A: ml bevat,000 mg N E = 0,0,00 mg N /9 ml monster drinkwater: 0/9 00,00 = 7,8 mg N /L pgave 7 0 punten maximaal punten Alle C zou gevonden worden op C-atoom nr in B. maximaal 6 punten % in - of -positie en 0% in -positie intermediair moet symmetrisch zijn. C - Cl + + Cl totaal aantal punten toets is 90 (score) + 0 = 00 punten 8 Antwoordmodel voorronde 990