havo Uitwerkingen scheikunde scheikunde

Transcriptie

1 5 havo Uitwerkingen scheikunde scheikunde

2

3 SEIKUNDE 5 AV UITWERKINGEN Auteurs Aonne Kerkstra Tessa Lodewijks Toon de Valk Eindredactie Aonne Kerkstra Eerste editie Malmberg s-ertogenbosch

4 Inhoud 7 Zuren en basen 3 Praktijk hemie in het aquarium 3 Fosfor voor cola en kunstmest 4 Theorie 1 Zure, basische en neutrale oplossingen 5 2 Zuren en zure oplossingen 6 3 p-berekening van zure oplossingen 6 4 Basen en basische oplossingen 8 5 p-berekening van basische oplossingen 8 6 Zuur-basereacties 9 7 Zuren en basen in het milieu 10 8 Gehaltebepaling met een zuur-basereactie 11 8 Redoxreacties 13 Praktijk Aluminium recyclen 13 Batterijen voor je smartphone 14 Theorie 1 Reacties met elektronenoverdracht 15 2 Redoxreacties 16 3 Energie uit redoxreacties 18 4 Bescherming van metalen 20 5 Gehaltebepaling met een redoxreactie hemie van het leven 32 Praktijk Voedseltransport in het lichaam 32 Suiker als energieboost 33 Theorie 1 Voeding 34 2 Vetten en oliën 35 3 Koolhydraten 36 4 Eiwitten 37 5 Giftige stoffen Groenere industrie 39 Praktijk Medicijnen uit planten 39 Microreactoren 40 Theorie 1 Productieprocessen 42 2 Van grondstof tot product 43 3 Kosten 44 4 Groene productieprocessen 45 5 Biobrandstoffen 47 9 Polymeren 23 Praktijk Kevlar 23 De 3D-printer 24 Theorie 1 Kunststoffen 24 2 Polyalkenen en rubber 25 3 Esters 26 4 Polyesters en polyamiden 27 5 Kunststof verwerken 27 6 Bioplastics 28 7 Bijzondere polymeren 29 8 Kunststoffen hergebruiken 30 9 Technisch ontwerpen 31 2

5 Uitwerkingen oofdstuk 7 7 Zuren en basen Praktijk hemie in het aquarium vragen 1 de uitwerpselen van de vissen 2 a ammoniak, nitraationen en nitrietionen b De vissen produceren zelf ook stikstof. c Ammoniak wordt omgezet in nitriet en nitriet daarna in nitraat. 3 a 2 N 3 (aq) (aq) 2 N 2 (aq) + 2 (l) b 2 N 2 (aq) + 2 (aq) 2 + (aq) + 2 N 3 (aq) c Er ontstaan + (aq)-ionen waardoor de p daalt. 4 a de combinatie van 3 en 2 b oeveel de zuur-basecombinatie kan opvangen zonder dat de p-waarde sterk verandert. c Als extra zuur ontstaat, wordt dat weggenomen door de reactie met de base 3. Als extra base ontstaat, wordt die weggenomen door de reactie met opgelost 2 (zuur). 5 Bij een hogere temperatuur lost er minder zuurstof op en kunnen de vissen minder zuurstof uit het water opnemen. 6 a met behulp van een refractometer b oe meer zout er opgelost is, des te sterker worden de lichtstralen in een refractometer afgebogen. c 35 promille betekent 35 g per kg zeewater. De dichtheid van zeewater is 1, kg m 3, dus 200 m 3 zeewater heeft een massa van 205 kg. Dan is nodig: = 7, kg zout. toepassing 7 a (l) (aq) b nder I wordt 2 omgezet en onder II wordt het weer gevormd. Voor de omzetting van 2 is (kennelijk) (zon)licht nodig; de vorming van 2 kan (kennelijk) in het donker plaatsvinden. + c massapercentage N in N 4 is: 14,01 100% = 77,65% 18,04 d N N 3 + e Er ontstaan extra + -ionen en bovendien ontstaat er een sterk zure oplossing uit een zwak zuur. f Als de p stijgt, wordt de oplossing minder zuur/basischer; er verdwijnt + door de reactie met. + Als uit N 4 de + verdwijnt, hou je N 3 over. 51 g 5,1 g per 100 ml, ofwel 51 g per L = 98,08 = 0,52 mol S per L. Dit levert: ,52 = 1,04 mol + per L. Per 15 ml is dat: 0,015 1,04 = 0,016 mol +. h 3 is een base die met + reageert. m de p te laten dalen, heb je dus meer + nodig, meer p-minus. 3

6 Uitwerkingen oofdstuk 7 Praktijk Fosfor voor cola en kunstmest vragen 1 a 600 miljoen consumpties per dag is miljoen consumpties per jaar. Totaal aantal L is dan: , = 4, L. Dit bevat: 4, = 2, mg = 2, ton fosforzuur. b Naast oca-ola is er ook nog Pepsi ola en de huismerken die ook allemaal fosforzuur bevatten. 2 a 4 P(s) P 2 5 (s) b P 2 5 (s) + 3 (l) 2 3 P 4 (s) 3 4 a Zij zeggen dat er in de bodem van landbouwgronden nog vaak een flinke voorraad fosfaat is achtergebleven van vorige giften. b De lijn met toegediende hoeveelheid fosfaat ligt veel hoger dan de lijn met opgenomen hoeveelheid fosfaat. c Fosfaationen vormen samen met metaalionen vaak een slecht oplosbaar zout. 5 a 17 miljoen ton P = g = 30,97 = 5, mol P, dan ook: 5, mol P 4 = 5, ,97 = 5, g fosfaat. b Fosfaaterts bevat naast fosfaat nog veel meer van andere stoffen/elementen. 6 a ammoniummagnesiumfosfaat: N 4 MgP 4 b N 4 + (aq) + M g 2+ (aq) + P 4 3 (aq) N 4 MgP 4 (s) c a 3 (P 4 ) 2 4

7 Uitwerkingen oofdstuk 7 toepassing 7 a en b: Bespreek je resultaten met je docent. 8 a Stop een teststrip in de urine. Vergelijk de kleur die de teststrip krijgt met de p-kleurenkaart en lees af welke p de urine heeft. b Urease is een enzym dat de afbraak van ureum moet versnellen: in de reactievergelijking zie je geen urease staan dus wordt het niet verbruikt. c N 3 (aq) + (l) N + 4 (aq) + (aq) d Een juiste berekening leidt tot de uitkomst 0,6. Berekening van het aantal mol fosfaationen in 100 ml urine: 0,4 delen door de massa van een 0,4 mol fosfaationen (94,97 g), dus: 94,97 = mol. Berekening van het aantal mol magnesiumionen in 100 ml urine: 0,02 delen door de massa van een mol magnesiumionen (24,31 g), dus: 0,02 24,31 = mol. Berekening van het aantal gram magnesiumchloride dat aan 100 ml urine moet worden toegevoegd: het verschil van het aantal mol fosfaationen in 100 ml urine en het aantal mol magnesiumionen in 100 ml urine vermenigvuldigen met de massa van een mol magnesiumchloride (95,22 g), dus: = mol = ,22 = 0,3 g. mrekening naar 200 ml: delen door 100 en vermenigvuldigen met 200, dus: 0,3 200 = 0,6 g Bespreek je resultaten met je docent. Theorie 1 Zure, basische en neutrale oplossingen 1 a Zure oplossingen smaken zuur, hebben een p lager dan 7, kleuren broomthymolblauw geel en geleiden de stroom. b Azijn kun je aan voedsel toevoegen, zoutzuur niet. 2 a Basische oplossingen voelen zeepachtig aan, geleiden de stroom, hebben een p hoger dan 7 en kleuren broomthymolblauw blauw en fenolftaleïen paarsrood. b 2,, 3 2, 3 c ammoniak: N 3 3 a juist b juist c juist d onjuist e juist f juist 4 a In dat gebied slaat de kleur van de indicator om; de indicator heeft dan de mengkleur. b p 3: geel; p 8: blauw c groen: mengkleur van geel en blauw d et omslaan van de kleur is een waarneming, dus een gebeurtenis op macroniveau. 5

8 Uitwerkingen oofdstuk 7 5 a kresolrood en thymolblauw b c Als kresolrood oranje kleurt, kan het een p tussen 0,4 en 1,8 zijn, maar ook tussen 7,2 en 8,8. 6 a Methyloranje kleurt rood bij een p lager dan 3,2 en thymolblauw kleurt geel bij een p hoger dan 2,8. onclusie: de p zal ongeveer 3 zijn. b Thymolblauw: die kleurt dan met de mengkleur van geel en blauw, dus groen. c Een mengsel van indicatoren dat over het hele p-gebied steeds een andere kleur geeft. 2 Zuren en zure oplossingen 7 a Een proton is een kerndeeltje met een lading van 1+. Een -atoom heeft één proton en één elektron. Een + -ion heeft alleen nog maar een kern met één proton. b l + (aq) + l (aq) c l staat een + af. d et afstaan van een proton is een beschrijving op deeltjesniveau, dus op microniveau. 8 a Zwavelzuur kan per molecuul twee + afstaan. b S 4 (l) 2 + (aq) + S 4 2 (aq) 9 a Een sterk zuur ioniseert na oplossen 100%, een zwak zuur ioniseert slechts gedeeltelijk. b In de azijnzuuroplossing, want azijnzuur is slechts gedeeltelijk in ionen gesplitst. c salpeterzuuroplossing: + (aq) + N 3 (aq); azijnzuuroplossing: 3 (aq) 10 a Ze staan gerangschikt op zuursterkte. b Boven 3 + staan de sterke zuren, tussen 3 + en staan de zwakke zuren en onder de zuren die nog zwakker zijn dan. c Deze deeltjes zijn nog zwakkere zuren dan water. En we beschouwen water zelf als een neutraal deeltje dat geen zure eigenschappen bezit. 11 a N 2 (aq) + (aq) + N 2 (aq) b Salpeterigzuurmoleculen gaan tussen de watermoleculen zitten bij oplossen maar splitsen daarna slechts gedeeltelijk in ionen. c Als je 1 mol N 2 oplost, krijg je slechts 0,05 mol + -ionen. Er is slechts 0,05 mol l nodig om tot eenzelfde hoeveelheid + -ionen te komen. De verhouding N 2 : l is dus: 1 : 0,05 = 20 : a Evenwicht A is een heterogeen evenwicht, omdat niet alles in dezelfde fase is. Evenwicht B is een homogeen evenwicht, omdat alles in dezelfde fase (opgelost) is. b 6 3 N 3 7 (s) 6 3 N 3 7 c N 3 7 (s) (l) N 2 3 p-berekening van zure oplossingen 13 a juist b juist c onjuist d onjuist e juist f juist 6

9 Uitwerkingen oofdstuk 7 14 a 0,20 M l-oplossing: [ + ] = 0,20 M, dus: p = log 0,20 = 0,70 b 20,0 g = 20,0 98,08 = 0,20 mol S 2 4 Dit levert: 0,40 mol + in 200 ml oplossing, dus: [ + ] = 0,40 = 2,0 M. 0,200 p = log 2,0 = 0,31 c F(aq) + (aq) + F (aq) begin 0,10 mol L 1 omgezet 7,9% 7, mol L 1 +7, mol L 1 +7, mol L 1 evenwicht 0,09 mol L 1 7, mol L 1 7, mol L 1 [ + ] = 7, mol L 1, dus: p = log 7, = 2, a p = 2,80, dus: [ + ] = 10 2,80 = 1, mol L 1 Dan is de molariteit van de salpeterzuuroplossing ook 1, mol L 1. b p = 1,40, dus: [ + ] = 10 1,40 = 4, mol L 1 Dan is de molariteit van zoutzuur ook 4, mol L 1. c p = 3,13, dus: [ + ] = 10 3,13 = 7, mol L 1. Stel de molariteit van de azijnzuuroplossing is x mol L 1. 3 (aq) + (aq) + 3 (aq) begin x mol L 1 omgezet 2,4% 7, mol L 1 +7, mol L 1 +7, mol L 1 evenwicht (x 7, ) mol L 1 7, mol L 1 7, mol L 1 Dan is de molariteit van de azijnzuuroplossing: 100 2,4 7, = 3, mol L 1. Per liter is dan 3, ,05 = 1,9 g azijnzuur opgelost. +16 a Zoutzuur: 0,10 M. Zoutzuur is een eenwaardig sterk zuur, dus: [ + ] = 0,10 M en p = log [ + ] = log 0,10 = 1,00 Salpeterzuuroplossing: 0,20 M. Salpeterzuur is een eenwaardig sterk zuur, dus: [ + ] = 0,20 M en p = log [ + ] = log 0,20 = 0,70 b tussen p 0,70 en p 1,00 in c 100 ml 0,10 M l-oplossing bevat 100 0,10 = 10 mmol l en dus ook 10 mmol + (aq). 200 ml 0,20 M salpeterzuuroplossing bevat 200 0,20 = 40 mmol N 3 en dus ook 40 mmol + (aq). Beide zuren zijn namelijk sterke zuren. Totaal: = 50 mmol + in 300 ml water. [ + ] = = 0,17 mol L 1, p = log [ + ] = log 0,17 = 0,78 17 a Salpeterzuuroplossing: 0,40 M. Salpeterzuur is een eenwaardig sterk zuur, dus: [ + ] = 0,40 M en p = log [ + ] = log 0,40 = 0,40 b 100 ml salpeterzuuroplossing bevat 100 0,40 = 40 mmol + (aq). ieraan wordt 400 ml water toegevoegd, dus er is dan 40 mmol + (aq) in 500 ml oplossing. De nieuwe [ + ] = 40 = 0,080 M. 500 p = log 0,080 = 1,10 c ja d maximaal p a 1,4 g per 100 ml, dus 14 g per L. 14 g = = 0,061 mol L 1 229,11 b 89% is geïoniseerd, dus: [ + ] = 0,89 0,061 = 0,054 mol L 1 ; p = log 0,054 = 1, a bij het koken: extractie; bij het zeven: filtratie b 0,20 M zoutzuur, dus: [ + ] = 0,20 M; p = log 0,20 = 0,70 c Azijnzuur is een zwak zuur, dus zal [ + ] veel lager zijn dan bij proef A en zal het rodekoolsap een andere kleur geven. 7

10 Uitwerkingen oofdstuk 7 4 Basen en basische oplossingen 20 a, 2, 3 2, 3 b Sterke basen worden in water volledig omgezet in -ionen, zwakke basen slechts gedeeltelijk. 21 a In de kolom van de basen staan de sterke basen onderaan, vanaf naar beneden. De zwakke basen staan tussen en in. oe verder je naar boven gaat, des te zwakker de base wordt. b alle deeltjes in de kolom van de basen boven +22 a Een base kan een proton ( + ) binden. b Ba(s) + (l) B a 2+ (aq) + 2 (aq) c 2 in bariumoxide d NaN(s) _ oplossen N a + (aq) + N (aq) N (aq) + (l) (aq) + N(aq) e Bij het oplossen van NaN wordt de ionbinding verbroken en de ontstane ionen worden gehydrateerd (omgeven door watermoleculen). +23 a Van boven naar beneden neemt de zuursterkte af en neemt de basesterkte toe. b een verschil van 1 + c Vergelijk de zuurconstante met de baseconstante. De grootste waarde bepaalt of het een zure of basische oplossing wordt. De K z = 4, , de K b = 2, ; K b > K z, dus zal het een basische oplossing zijn. 5 p-berekening van basische oplossingen 24 a De p is dan groter dan 7. b De zuurgraad, p, zal gaan dalen. c p 7 25 a p = log [ ] en [ ] = 10 p b p + p = 14,00 26 a p = log [ ] = log 0,20 = 0,70; p = 14,00 p = 14,00 0,70 = 13,30 b 2,00 g Ba = 2,00 = 0,013 mol Ba 153,3 Reactie: Ba(s) + (l) B a 2+ (aq) + 2 (aq) Dus 0,013 mol Ba levert 2 0,013 = 0,026 mol Deze hoeveelheid zit in 400 ml oplossing. Dus: [ ] = 0,026 0,400 = 0,065 mol L 1. p = log 0,065 = 1,19; p = 14,00 p = 14,00 1,19 = 12,81 27 a p = 12,40 dan p = 14,00 12,40 = 1,60. [ ] = 10 1,60 = 0,025 = 2, mol L 1 b p = 13,00 dan p = 14,00 13,00 = 1,00. Dus: [ ] = 0,10 mol L 1 plossen van calciumhydroxide: a( ) 2 (s) a 2+ (aq) + 2 (aq) Dus er is 0,050 mol a() 2 opgelost per liter. Per 250 ml dan 0,050 = 0,0125 mol. mgerekend in 4 gram: 0, ,09 = 0,93 g. +28 a p = 12,80 dus: p = 14,00 12,80 = 1,20, dan [ ] = 10 1,20 = 0,063 mol L 1. In 100 ml: 0,0063 mol. ieraan wordt 1900 ml water toegevoegd, dus: [ ] = 0,0063 = 0,0032 mol L 2,0 1. p = log 0,0032 = 2,50; p = 14,00 2,50 = 11,50 b p = 13,00 dus: p = 1,00 en [ ] = 0,10 mol L 1. In 100 ml: 0,010 mol. p = 11,00 dus: p = 3,00 en [ ] = 0,0010 mol L 1. In 900 ml: 0, mol. Samen in 1 L: 0, , = 0,0109 mol. p = log 0,0109 = 1,96 en p = 12,04 8

11 Uitwerkingen oofdstuk a Na 3 (s) N a + (aq) + 3 (aq) 5,00 b 5,00 g Na 3 = 84,007 = 5, mol in 500 ml, dus: 1, mol L 1 3 (aq) + 2 (aq) (links en rechts valt weg) begin 1, mol L 1 omgezet 2,4% 2, mol L 1 +2, mol L 1 +2, mol L 1 evenwicht (1, , ) mol L 1 2, mol L 1 2, mol L 1 2,4% is omgezet in. Dus: [ ] = 2, mol L 1 en p = log [ ] = 2,54; p = 14,00 2,54 = 11, a Ba( ) 2 (s) B a 2+ (aq) + 2 (aq) b De kleur verandert van groen naar blauw, omdat de oplossing steeds minder basisch wordt. 6 Zuur-basereacties 31 a overdracht van + (protonen) b Als minimaal een van de twee sterk is, dus minimaal een sterke base of een sterk zuur. 32 a Stap 1: Inventarisatie van alle deeltjes die aanwezig zijn. Kaliloog is een kaliumhydroxide-oplossing en bevat K + (aq) en (aq). Zoutzuur is een oplossing van het sterke zuur l in water en bevat + (aq) en l (aq). Stap 2: Ga met behulp van Binas tabel 49 na welk deeltje het zuur is en welk deeltje de base is. zuur: + (aq) base: (aq) Stap 3: Ga na of het zuur en de base met elkaar kunnen reageren; dit is het geval als in Binas tabel 49 zuur boven de base staat. De reactie verloopt, want het zuur staat ver boven de base. Stap 4: Geef de zuur-basereactie. + (aq) + (aq) (l) b Stap 1: Inventarisatie van alle deeltjes die aanwezig zijn. IJzer(III)oxide bevat 2, een sterke base die 2 + kan binden. Verdund zwavelzuur is een sterk zure oplossing en bevat + (aq) en S 4 2 (aq). Stap 2: Ga met behulp van Binas tabel 49 na welk deeltje het zuur is en welk deeltje de base is. zuur: + (aq) base: 2 in Fe 2 3 (s) Stap 3: Ga na of het zuur en de base met elkaar kunnen reageren; dit is het geval als in Binas tabel 49 zuur boven de base staat. De reactie verloopt, want het zuur staat ver boven de base. Stap 4: Geef de zuur-basereactie. F e 2 3 (s) (aq) 3 (l) + 2 F e 3+ (aq) c Stap 1: Inventarisatie van alle deeltjes die aanwezig zijn. alciumcarbonaat bevat 3 2, een base die 2 + kan binden. Verdund salpeterzuur is een sterk zure oplossing en bevat + (aq) en N 3 (aq). Stap 2: Ga met behulp van Binas tabel 49 na welk deeltje het zuur is en welk deeltje de base is. zuur: + (aq) base: 3 2 in a 3 (s) Stap 3: Ga na of het zuur en de base met elkaar kunnen reageren; dit is het geval als in Binas tabel 49 zuur boven de base staat. De reactie verloopt, want het zuur staat boven de base. Stap 4: Geef de zuur-basereactie. a 3 (s) (aq) (l) a 2+ (aq) 9

12 Uitwerkingen oofdstuk 7 d Stap 1: Inventarisatie van alle deeltjes die aanwezig zijn. Na 2 (s) en (l) Stap 2: Ga met behulp van Binas tabel 49 na welk deeltje het zuur is en welk deeltje de base is. zuur: (l) base: Na 2 (s) Stap 3: Ga na of het zuur en de base met elkaar kunnen reageren; dit is het geval als in Binas tabel 49 zuur boven de base staat. De reactie verloopt, want het zuur staat net boven de base. Stap 4: Geef de zuur-basereactie. N a 2 (s) + (l) 2 N a + (aq) + 2 (aq) 33 a Kalkwater is een oplossing van calciumhydroxide: a 2+ (aq) + 2 (aq). b a(s) + (l) a 2+ (aq) + 2 (aq) c Ja, want er is overdracht van protonen: het oxide-ion neemt een + op van water. d et is een beschrijving op deeltjesniveau, dus op microniveau. 34 a l + N 3 N 4 l(s) b l staat een + af aan N 3, dus is het een zuur-basereactie. c l-moleculen staan een + af die door N 3 -moleculen worden opgenomen. Daarbij ontstaan N 4+ - en l -ionen die samengaan tot N 4 l-deeltjes. +35 a Ba( ) 2 (s) + 2 N 4 l(s) Ba l 2 (s) + 2 (l) + 2 N 3 b Ammoniumionen staan een + af aan hydroxide-ionen. +36 a Koolzuur, 2 +, is het zure deeltje, dat staat een + af, terwijl 3 2 als basisch deeltje een + opneemt. b a 2+ (aq) (aq) a 3 (s) (l) c Ja, want een van de 3 -deeltjes neemt een + op van het andere 3 -deeltje. +37 a pgelost koolstofdioxide (koolzuur) is een zwak zure oplossing. b De toename van 2 wordt vooral veroorzaakt door de industriële revolutie en de toename van het verkeer door het gebruik van fossiele brandstoffen. c a 3 (s) + 2 (aq) + (l) a 2+ (aq) (aq) d Bij het opwarmen gaat de reactie zich anders instellen. Bij opwarmen krijgt de endotherme reactie de overhand, dus de reactie naar rechts is endotherm, want er lost daardoor meer calciumcarbonaat op. 7 Zuren en basen in het milieu 38 a stikstofoxiden, ammoniak en zwaveldioxide b stikstofoxiden: verkeer en industrie; ammoniak: intensieve veehouderij; zwaveldioxide: bij verbranding van stookolie door schepen en industrie 39 a Goede nieuws: de uitstoot van verzurende stoffen door de landbouw is afgenomen. Slechte nieuws: de verzuring gaat nog steeds door. b Ammoniak is een base. c Ammoniakmoleculen bevatten N-groepen die met watermoleculen -bruggen kunnen vormen. d N 3 (aq) (aq) + N 3 (aq) + (l) 40 a fossiele brandstoffen b In de verbrandingsovens en in motoren is de temperatuur zo hoog dat stikstof en zuurstof gedeeltelijk met elkaar reageren tot stikstofoxiden. c N N 2 of N N 2 d 2 N 3 + (l) + S 2 (N 4 ) 2 S 3 (s) e Alle ammoniumzouten zijn goed oplosbaar in water. f N + 4 (aq) (aq) + N 3 (aq) + (l) 10

13 Uitwerkingen oofdstuk a 2 S (l) 4 + (aq) + 2 S 4 2 (aq) b 2 + B a 2+ (aq) + 2 (aq) Ba 3 (s) + (l) c Bariumsulfaat is slecht oplosbaar terwijl calciumsulfaat matig oplosbaar is. Zie Binas tabel 45A. d ptie 1: het mengsel van bariumhydroxide, ureum en water wordt in het poreuze kalkzandsteen opgenomen. Dan blijft er nog steeds calciumcarbonaat (aan de oppervlakte) over dat met zure regen kan reageren en wordt weggespoeld. Dus je moet de behandeling regelmatig herhalen. ptie 2: er ontstaat een (afsluitend) laagje (van bariumsulfaat) op het kalkzandsteen, waardoor het onderliggende calciumcarbonaat niet meer met zure regen kan reageren. Je bent dus na één keer behandelen klaar. 8 Gehaltebepaling met een zuur-basereactie 42 a (N 4 ) 2 S 4 (s) 2 N + 4 (aq) + S 2 4 (aq) N 4 N 3 (s) N + 4 (aq) + N 3 (aq) b N + 4 (aq) + (aq) N 3 (aq) + (l) c Een kleuromslag van kleurloos naar lichtrose/paarsrood, want de zure oplossing gaat naar een basische oplossing. d De kleuromslag is een waarneming, dus is er sprake van macroniveau. e De resultaten van de eerste meting en die van de tweede meting liggen te ver uit elkaar. f et gemiddelde van meting 2 en 3 is 12,47 ml. Nodig: 12,47 0,100 = 1,247 mmol, dus is + 1,247 mmol N 4 in 10,00 ml oplossing aanwezig. In 100 ml oplossing is dan 12,47 mmol N 4+ aanwezig. 12,47 mmol = 12, mol = 1, ,04 = 0,224 g. et massapercentage is 0, % = 11,2%. 2,00 43 a Een zwak zuur splitst na oplossen slechts gedeeltelijk in ionen. b Een tweewaardig zuur kan per molecuul twee + -deeltjes afstaan. c 2 4 (aq) + 2 (aq) (aq) + 2 (l) 2 d Je titreert tot alles is omgezet in het oxalaation. et oxalaation, 2 4, is een zwakke base, dus zal de p op het eindpunt hoger dan 7 zijn. Fenolftaleïen slaat van kleur om in het basische gebied. 2,40 e Je lost 2,40 g op tot 100,0 ml oplossing. 2,40 g = = 0,0190 mol. 126,08 In 25,00 ml zit dan: 0,0190 = 4, mol oxaalzuur = 4,76 mmol. Dit reageert met 2 4,76 = 9,52 mmol. Deze hoeveelheid zit in 8,65 ml natronloog. Dus: [ ] = 9,52 = 1,10 M. De molariteit van het onderzochte natronloog is 1,10 M. 8,65 44 a Methylrood slaat om van geel naar rood. b 3 (aq) + + (aq) (l) + 2 (aq) c Nodig: 4,25 0,10 = 0,425 mmol +. Dan ook 0,425 mmol 3 in 50,0 ml. [ 3 ] = 0,425 50,0 = 8, mol L 1 d a 2+ : 3 = 1 : 2 3 8,5 10 e Uit de verhouding volgt dat je = 4, mol a 2+ per liter hebt = 4,25 mmol. Dit is dan 4,25 40,08 = 170 mg a 2+. In D: 170 = 24 D. 7, a 4,0 g per 100 ml dus 40 g per L; molariteit = = 0,67 mol L 1 60,05 b 2 6 (aq) (aq) + (l) c et kruid dragon meng je met weinig water. Vervolgens dien je goed en lang te schudden en daarna te filtreren. et filtraat is dan het dragonextract. d a 2 (s) + 3 (l) a( ) 2 (s) (aq) e Azijnessence bevat 80 g azijnzuur per 100 ml, dubbele azijn bevat 8,0 g azijnzuur per 100 ml. Je moet azijnzuuressence dus 10 verdunnen. m 1,0 L te maken, vul je 100 ml azijnzuuressence aan met water tot 1,0 L. 11

14 Uitwerkingen oofdstuk eindopdracht Zwavelzuurmeer a et volume van het meer blijft gelijk, de lozingen bevatten zuur, de neerslag en het verdampte water niet, dus de concentratie (afval/zwavel)zuur neemt toe ofwel het meer wordt zuurder. b Berekening van de [ + ] in het afgedamde deel: [ + ] = 10 0,85 = 0,14 mol L 1. et volume van het afgedamde deel is: 42 1, = 5, km 3. et volume van het totale meer is: 2, , = 3,38 km 3. De volumeverhouding is dus: 5, : 3,38 = 1,0 : 62. [ + ] in het totale meer is: 0,14 62 = 2, mol L 1, dus: p = log 2, = 2,64 c a 3 (s) (aq) + S 2 4 (aq) as 4 (s) + (l) + 2 d Natrium is Na + 2, sulfaat is S 4, hydroxide is. Totale minlading is 10, natrium is 1+, dus drie ijzerionen zijn samen 9+. onclusie: ijzer(iii)ion, Fe 3+. e ijzer(iii)oxide, dus Fe 2 3 f Mogelijk juiste antwoorden zijn: Er is in Nederland te weinig verdamping / te veel regen (dus het meer zal overlopen wanneer er ook nog in geloosd wordt). Er is in Nederland te weinig ruimte voor zo n groot afvalmeer. Nederland is dichtbevolkt, er is dus veel risico voor de bevolking. Er kunnen mensen/dieren in vallen (en de chemicaliën binnenkrijgen). Nederland heeft niet zo n enorm groot meer (waar een deel van opgeofferd kan worden). In Nederland gelden andere (milieu-/veiligheids)regels dan in ekraïne. 12

15 Uitwerkingen oofdstuk 8 8 Redoxreacties Praktijk Aluminium recyclen vragen 1 De vier stappen zijn: I Verzamelen van de aluminiumblikjes en het overig aluminiumafval. II Pletten van al het aluminiumafval. III Dompelen van de blikjes in een zure oplossing om de opdruk te verwijderen. IV Smelten van de blikjes in een oven. 2 steenkool 3 a Muktar blaast van onderen lucht in zijn oven waardoor de steenkool verbrandt en de temperatuur in zijn oven stijgt. b 4 Recycling is rendabel, omdat het produceren van aluminium uit bauxiet: een duur proces is; milieuverontreinigend is; veel energie kost. 5 a De drie stappen zijn: I plossen van aluminiumoxide uit bauxiet in natriumhydroxide bij hoge druk en temperatuur ter vorming van natriumaluminaat. II mzetten van natriumaluminaat in aluminiumhydroxide en het vervolgens scheiden van de rest. III Verhitten van aluminiumhydroxide waarbij het wordt omgezet in aluminiumoxide, alumina, en waterdamp. b 6 Aluminiumoxide oplossen in vloeibare kryoliet. Daarna elektrolyse van de smelt, waarbij vloeibaar aluminium en zuurstofgas ontstaan. 7 Je gooit het niet weg waardoor de afvalberg minder groot is. Recycling kost veel minder energie dan het nieuw maken van aluminium uit bauxiet. 13

16 Uitwerkingen oofdstuk 8 8 IJzerafval recyclen op dezelfde manier als bij aluminium is zeer lastig, omdat ijzer vaak verroest is. et is dan moeilijk om er weer zuiver ijzer van te maken. Wel wordt ijzerroest bij de productie van nieuw staal gebruikt om het koolstofpercentage te verlagen. toepassing 9 a et zuur dat in tomaten zit, is een verzameling redelijk sterke organische zuren dat het aluminiumfolie gewoon opvreet. b 2 Al(s) A l 2 3 (s) c De lading van aluminium verandert van 0 in 3+ en de lading van zuurstof verandert van 0 in 2. d A l 2 3 (s) + 2 (aq) 2 Al 2 (aq) + (l) e Nee, zowel in Al 2 3 als in Al 2 is sprake van Al 3+. f Al + 4 Al( ) e e Al(s) + 6 (l) + 2 (aq) 2 Al( ) 4 (aq) g 2 Al(s) + 2 (l) + 2 (aq) 2 Al 2 (aq) + 3 (via tussenstap Al( ) 4 (aq) Al 2 (aq) + 2 (l)) h A l 2 3 (s) (aq) 2 A l 3+ (aq) + 3 (l) i 2 Al(s) (aq) 2 A l 3+ (aq) + 3 j Bij hogere temperatuur is de reactiesnelheid groter. k et aluminium reageert weg en verdwijnt daardoor. Bij oplossen kun je in principe de oorspronkelijke stof weer terugwinnen. pmerking: het zwart worden van het aluminiumfolie wordt waarschijnlijk veroorzaakt door plaatselijke, zeer grote warmteontwikkeling. Praktijk Batterijen voor je smartphone vragen 1 a in 1973 tussen een medewerker van Motorola en een medewerker van Bell Labs b et woog 1 kilo en was ruim 22 cm lang. 2 a et aantal mobieltjes nadert het aantal van de wereldbevolking. b Sommige mensen in ontwikkelde landen zullen meer mobiele abonnementen hebben. 3 a b Een smartphone heeft steeds meer functies die ook steeds meer energie vragen bij gebruik. 4 a Nid-batterijen b Deze batterij heeft een geheugeneffect en bevat het giftige cadmium. c Li-Ionbatterijen zijn compacter en hebben minder last van leeglopen. 14

17 Uitwerkingen oofdstuk 8 5 a De positieve pool van de batterij verbinden met de positieve pool van de oplader zodat de omgekeerde reacties kunnen plaatsvinden. b Bij opladen wordt elektrische energie omgezet in chemische energie, bij ontladen wordt chemische energie omgezet in elektrische energie. 6 a Dat deze batterij gedurende een uur een stroom kan leveren van 2700 ma. b 90% verlies, dus na 90 5 = 18 dagen 7 a de Methanol brandstofcel en de Super harge Ion Battery b De batterij werkt op een externe brandstof. c De batterij levert stroom zolang er brandstof en lucht worden toegevoerd. toepassing 8 a et blijkt zich gemakkelijk te binden aan lithiumionen en het heeft een natuurlijk doorgeefluik voor elektronen. b Grafiet dient voor het geleidend maken van de elektrode. c pladen: dat de batterij weer geladen wordt. ntladen: dat de batterij stroom levert. d pladen: Li + + e Li. ntladen: Li Li + + e e 90 = 28 g f et is veel groener, milieuvriendelijker, dan de winning, zuivering en recycling van kobalterts. g De wortel en de plant zijn fysiek zichtbaar, dus macroniveau. De structuurformule is op moleculair niveau, dus microniveau. h Purpurine is rood van kleur. et is veel milieuvriendelijker, dus groener dan kobaltverbindingen. Theorie 1 Reacties met elektronenoverdracht 1 a De atoombindingen in de elementen worden verbroken en in het zout wordt een ionbinding gevormd. b et is een beschrijving op deeltjesniveau, dus is het een uitleg op microniveau. 2 a redoxreactie b neerslagreactie c redoxreactie d redoxreactie e zuur-basereactie f redoxreactie 3 2a: + (aq); 2c: 2 ; 2d: F 2 ; 2f: 2 4 a red: Ni(s) N i e b ox: F e 3+ + e F e 2+ c red: 2 B r B r e d ox: l e 2 l e ox: F e e Fe(s) 5 a Zn 2+ : ox: Z n e Zn(s) b S 2 : red: S 2 S(s) + 2 e c g + : ox: g + + e g(l) en red: g + g 2+ + e d S(s): ox: S(s) + 2 e S 2 e Fe 2+ : ox: F e e Fe(s) en red: F e 2+ F e 3+ + e 15

18 Uitwerkingen oofdstuk 8 +6 a 2 Al(s) Al 2 3 (s) b c d e 6e - Mg(s) + Br 2 (l) 2e - Zn(s) + u 2+ (aq) 2e - S 2- (aq) + I 2 (aq) 2e - u(s) + 2 Ag + (aq) 2e - MgBr 2 (s) u(s) + Zn 2+ (aq) S(s) + 2 I - (aq) u 2+ (aq) + 2 Ag(s) +7 2 Al(s) + 3 u 2+ (aq) 3 u(s) + 2 Al 3+ (aq) 6e - Deze reactie verloopt omdat volgens Binas tabel 48 de oxidator u 2+ boven de reductor Al(s) staat. De teruggaande reactie zal niet plaatsvinden, omdat de oxidator en de reductor die voor de pijl staan, sterker zijn dan de oxidator en de reductor die na de pijl staan. 8 a et ontstaan van vast lood wordt waargenomen. et is dus een beschrijving op macroniveau. b et onbekende metaal moet onder lood geplaatst worden, want het is een sterkere reductor dan lood. 2 Redoxreacties 9 a ox: I e 2 I red: 2 S S e I 2 (aq) + 2 S (aq) 2 I (aq) + S (aq) + b ox: Mn e M n red: S (l) S e 5 2 Mn 4 (aq) (aq) + 5 S (l) 2 M n 2+ (aq) + 8 (l) + + Links en rechts + en wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: 2 Mn 4 (aq) + 5 S (l) 2 M n 2+ (aq) + 5 S 4 2 (aq) (aq) c ox: F e 2 F 2 red: 2 (l) e 2 F (l) 4 F (aq) (aq) + d ox: e 3 red: r(s) r e (aq) + 2 r(s) r 3+ (aq) + e ox: e 2 (l) red: e (aq) 2 (l) Links en rechts vallen de 4 + tegen elkaar weg. 5 S 4 2 (aq) (aq) 10 a ox: Mn (l) + 3 e Mn 2 (s) red: (l) + 4 e 3 4 Mn 4 (aq) + 8 (l) + 12 (aq) 4 Mn 2 (s) (l) + Links en rechts en wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: 4 Mn 4 (aq) + 2 (l) 4 Mn 2 (s)

19 Uitwerkingen oofdstuk 8 b ox: e 2 (l) + 2 red: 2 I I e (aq) + 2 I (aq) 2 (l) I 2 (aq) + c ox: r e 2 r red: e 3 r (aq) (aq) r 3+ (aq) + 7 (l) (aq) + Links en rechts + wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: r (aq) (aq) r 3+ (aq) + 7 (l) d ox: l e 2 l red: S (l) S e l 2 + S 3 2 (aq) + (l) 2 l (aq) + S 4 2 (aq) (aq) + e ox: B r e 2 B r red: (l) + 2 e B r 2 (aq) B r (aq) + 2 (l) + 11 a ox: N e N 2 + (l) 2 red: u(s) u e 2 N 3 (aq) (aq) + u(s) u 2+ (aq) + 2 N (l) + b ox: N e N + 2 (l) 2 red: u(s) u e 3 2 N 3 (aq) (aq) + 3 u(s) 3 u 2+ (aq) + 2 N + 4 (l) + c Als er bij de reactie een bruin gas ontstaat, dan is dat N 2. Dat betekent dat koper heeft gereageerd met geconcentreerd salpeterzuur. Als er geen bruin gas ontstaat, dan is het verdund salpeterzuur, want N is kleurloos. 12 In zoutzuur is de oxidator +, dit deeltje staat in Binas tabel 48 onder de reductor u(s) en zal dus niet reageren. Al(s) is wel een sterke reductor en staat onder +. Dus zoutzuur is goed bruikbaar voor het etsen van aluminium. +13 a Massa waterstofperoxideoplossing = 300 g. 3 massa% = 0, = 9 g 2. Dit is 9 = 0,26 = 0,3 mol. 34,015 b Bij lage temperatuur verlopen reacties langzaam. In de koelkast zal het waterstofperoxide dus minder snel ontleden. c 2 is zowel oxidator als reductor en kan dan met zichzelf reageren: ox: e 2 (l) red: e 2 2 (aq) (aq) 2 (l) (aq) + Links en rechts + wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: 2 2 (aq) 2 (l) + 2 d De zure oplossing versnelt de reactie, want 2 is in zuur milieu een sterke oxidator. e et zure + (aq)-deeltje kan hier gezien worden als een katalysator, want er wordt evenveel + (aq) gebruikt als er weer ontstaat. +14 ox: Mn e M n red: 2 l l e 5 2 Mn 4 (aq) (aq) + 10 l (aq) 2 M n 2+ (aq) + 8 (l) + 5 l 2 + Met zoutzuur ontstaat dan het giftige chloorgas. 17

20 Uitwerkingen oofdstuk a Uit Binas tabel 44A blijkt dat in water met een lagere temperatuur de oplosbaarheid van zuurstof groter is dan in water met een hogere temperatuur. (In de winter is de temperatuur lager dan in de zomer.) De uitspraak in regel 16 is dus in overeenstemming met de gegevens in Binas tabel 44. b regels 24 tot en met 26 c Een oxidator neemt elektronen op, een reductor staat elektronen af, dus vergelijking 1 geeft de halfreactie van de oxidator weer. d ox: S e S red: e 5 3 S 4 2 (aq) (aq) (aq) + 4 (l) 3 S 2 (aq) Links en rechts + en wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: 3 S 4 2 (aq) (aq) 3 S 2 (aq) e Een voorbeeld van een juist antwoord is: d 2+ + S 2 ds u 2+ of Zn 2+ kunnen ook voor de pijl staan en dan us of ZnS na de pijl (aq) 3 Energie uit redoxreacties 16 a In bekerglas 1 bevindt zich de sterkste oxidator: Ag +. In bekerglas 2 zit de sterkste reductor: Fe(s). b pool: Fe(s) F e 2+ (aq) + 2 e + pool: 2 A g + (aq) + 2 e 2 Ag(s) c De massa van de zilverelektrode in bekerglas 1 zal toenemen; er komt steeds meer zilver bij. d De zoutbrug maakt de stroomkring gesloten. Beide bekerglazen worden geleidend met elkaar verbonden. e De elektrochemische cel is uitgeput als de ijzerstaaf op is of als de Ag + -ionen op zijn. 17 a b In bekerglas 2 bevindt zich de sterkste oxidator: Mn In bekerglas 1 zit de sterkste reductor: Ni(s). c pool: Ni(s) N i 2+ (aq) + 2 e + pool: Mn 4 (aq) (aq) + 5 e M n 2+ (aq) + 4 (l) d De elektronenstroom loopt van de nikkelstaaf naar de grafietstaaf. e De nikkelstaaf is de minpool en de grafietstaaf de pluspool. f De grafietstaaf is onaantastbaar; deze reageert niet mee en geeft alleen maar de elektronen door. +18 a Zn(s) + Ag 2 (s) Zn(s) + 2 Ag(s) 2e - b et zink is de minpool (reductor), want die levert de elektronen aan de pluspool en dat is het zilveroxide. 19 a Lege batterijen behoren tot het klein chemisch afval, omdat er stoffen zoals zware metalen in kunnen zitten en die zijn schadelijk voor het milieu. 18

21 Uitwerkingen oofdstuk 8 b Eenmalige en oplaadbare batterijen bevatten waardevolle stoffen, zoals zink, cadmium, ijzer, nikkel, mangaan, kwik, lithium en kleine hoeveelheden kobalt. Door gescheiden inzameling van oude batterijen kunnen de fabrikanten deze stoffen terugwinnen en opnieuw gebruiken (bron: Milieucentraal). et ijzer wordt doorverkocht aan fabrieken die het verder verwerken, het kan bijvoorbeeld gebruikt worden in auto s en huishoudelijke artikelen. et zink kan worden hergebruikt voor bijvoorbeeld dakgoten. 20 a Mogelijke voorbeelden zijn: mobieltje, smartphone, vaste telefoon, digitale camera, wekkerradio, zaklantaarn, digitale thermometer. b Voor zover het op de oplaadbare batterij staat, is het meestal een metaalhydridebatterij. De nietoplaadbare batterijen zijn vrijwel altijd alkalinebatterijen. c In alle telefoons zitten oplaadbare batterijen, want die worden dagelijks gebruikt. In digitale camera s zitten ook oplaadbare batterijen. In een zaklantaarn zitten vaak wegwerpbatterijen, want die wordt niet zo vaak gebruikt. +21 a pool: M + M + + e + pool: Ni + + e Ni( ) 2 + M + + Ni + M + + Ni( ) Links en rechts wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: M + Ni + M + + Ni( ) 2 b c Dat is de omkeerbare reactie: M + + Ni( ) 2 M + Ni + d De minpool van de oplader op de minpool van de batterij, want de reactie aan de minpool moet nu naar links verlopen; deze reactie heeft elektronen nodig. Uiteraard gaat dan de pluspool van de oplader op de pluspool van de batterij. e +22 a Li(s) is een reductor en staat elektronen af. Dus elektrode A is de negatieve elektrode. b PF 6 c De ionen (Li + en PF 6 ) kunnen vrij bewegen. f: Li + -ionen bewegen van A naar B. d Een koolstofatoom kan vier (atoom)bindingen vormen. Daarvoor zijn vier elektronen beschikbaar. In de nanobuisjes vormt elk koolstofatoom drie atoombindingen. Dus elk koolstofatoom heeft één vrij elektron. f: de covalentie van koolstof is 4. In de nanobuisjes gebruikt elk koolstofatoom drie elektronen voor (atoom)bindingen. Dus elk koolstofatoom heeft één vrij elektron. e 2 L i e 6 L i 2 f 210 mg = 0,210 g = 0,210 12,01 = 1, mol. et aantal mol elektronen is: 2 6 1, = 5, mol e 19

22 Uitwerkingen oofdstuk 8 g Bij het opladen van de batterij moeten alle gevormde lithiumatomen weer worden omgezet tot lithiumionen en tegelijkertijd de (uit de lithiumelektrode) gevormde lithiumionen worden omgezet tot lithiumatomen, zodat de oorspronkelijke situatie hersteld is. Dat kan omdat alle, bij stroom levering, gevormde lithiumatomen in de nanobuisjes van de koolstof elektrode aanwezig zijn en de gevormde lithiumionen zich aan de lithiumelektrode bevinden. (Er zijn dus geen lithiumdeeltjes verdwaald / verloren gegaan.) +23 a Methanol is de reductor, staat elektronen af, dus elektrode A is de negatieve pool van de microbrandstofcel. b pool: e 2 + pool: e Links en rechts + en wegstrepen. De totaalreactie wordt dan: c Mogelijke antwoorden zijn: m de reactie(s) te versnellen. Anders verloopt de reactie te langzaam. Anders wordt methanol niet omgezet. m de reactie op gang te brengen. 4 Bescherming van metalen 24 a et zijn onedele metalen, waardoor ze reageren met zuurstof en water. b Ze komen als metaaloxide voor, soms als metaalsulfide. 25 a Li(s), lithium K(s), kalium Ba(s), barium a(s), calcium Na(s), natrium b ox: 2 (l) + 2 e + 2 red: K(s) K + + e 2 2 (l) + 2 K(s) + 2 (aq) + 2 K + (aq) + c Kalium mag absoluut niet met water (vocht) in aanraking komen, omdat het dan spontaan reageert, waarbij het zeer brandbare en ontplofbare waterstof vrijkomt. 26 a Mg(s), magnesium Al(s), aluminium Zn(s), zink r(s), chroom Fe(s), ijzer Ni(s), nikkel b ox: (l) + 4 e 4 3 red: Al(s) A l e (l) + 4 Al(s) 12 (aq) + 4 A l 3+ (aq) + Er vindt ook nog een neerslagreactie plaats. De totaalreactie wordt dan: (l) + 4 Al(s) 4 Al( ) 3 (s) c In zuur milieu verloopt deze reactie sneller, want een zuurstofhoudende zure oplossing is een sterkere oxidator. d ox: e 2 (l) 3 red: Al(s) A l e (aq) + 4 Al(s) 6 (l) + 4 A l 3+ (aq) + e + (aq) is geen katalysator, want het wordt gebruikt en is na de reactie niet meer aanwezig. 20

23 Uitwerkingen oofdstuk 8 27 a fiets, auto b met een laagje zink, bijvoorbeeld in dakgoten of (school)hekken c met een laagje tin, bijvoorbeeld blikjes d blokken zink bevestigd op een schip in de buurt van de schroef +28 a tin, ijzer, zink b Bij verzinkt ijzer is zink de sterkste reductor. Dat betekent dat zink met zuurstof en vocht in de lucht gaat reageren en niet ijzer. Bij vertind ijzer is het net andersom: ijzer is een sterkere reductor dan tin en zal als eerste reageren. c Bij een gedeukt blik is het laagje tin beschadigd. IJzer is een sterkere reductor dan tin, het blik gaat roesten. +29 a ox: r e r 2 red: Fe F e e 3 2 r 3+ (aq) + 3 Fe(s) 2 r(s) + 3 F e 2+ (aq) + b Bij het verchromen van het stalen voorwerp moet r 3+ elektronen opnemen. et voorwerp moet dus met de negatieve pool van de spanningsbron worden verbonden. c Er kan nu chroom worden gevormd totdat de r 3+ -ionen op zijn. Bij de eerste manier stopt de reactie als het oppervlak van het ijzer volledig met chroom is bedenkt, omdat er dan geen ijzer meer kan reageren. +30 a Sn 2+ neemt elektronen op / is een oxidator en reageert dus aan de negatieve elektrode. Dus het staal is de negatieve elektrode. b Voorbeelden van juiste argumenten zijn: Er is minder afval. Als de blikjes worden ingezameld, veroorzaken ze geen milieuvervuiling. Blik kan niet (biologisch) worden afgebroken op de vuilstortplaats. IJzer op de schroothoop verroest en kan het grondwater vervuilen. Recirculeren bespaart grondstoffen. De grondstoffen raken minder snel op. Er hoeft geen erts te worden opgegraven. Er hoeft niet opnieuw staal/tin gemaakt te worden. Er hoeft minder staal/tin gemaakt te worden. De productie van metalen uit grondstoffen vervuilt enorm. Bij recirculatie is dit proces niet nodig. Er is minder energie nodig om tin/ijzer te produceren. Bij de productie ontstaat (vergeleken met de verwerking van het gerecirculeerde blik) onder andere (meer) koolstofdioxide (en dit draagt bij aan het broeikaseffect). c p = 13,0 13,5 = 0,5. [ ] = 3,16 = 3 mol L 1 d ox: e + 2 totaalreactie: Sn(s) + 2 (l) + 2 Sn( ) 2 4 (aq) + e 3,1 kg Sn(s) = 3, g = 3, ,7 = 26,1 mol Sn(s). Dit levert 26,1 mol SnS -oplossing van 2,0 M; 4 er kan dus 26,1 = 13 L oplossing worden gemaakt. 2,0 5 Gehaltebepaling met een redoxreactie 31 a + (aq), K + (aq), Mn 4 (aq) en (l) b + (aq), K + (aq), r (aq) en (l) 32 a ox: Mn e M n red: 2 S S e 5 2 Mn 4 (aq) (aq) + 10 S (aq) 2 M n 2+ (aq) + 8 (l) + 5 S (aq) + b van kleurloos naar (licht)roze c 12,52 ml 0,015 M KMn 4 bevat 12,52 0,015 = 0,188 mmol Mn 4 (aq). Dit heeft gereageerd met 2 5 0,188 = 0,939 mmol S 2 3 (aq) in 10,00 ml. Dus de molariteit van de natriumthiosulfaatoplossing is 0,939 10,00 = 9, M. 21

24 Uitwerkingen oofdstuk a ox: e 2 red: 2 I I e 2 (aq) (aq) + 2 I (aq) 2 (l) + I 2 + b van kleurloos naar blauw c Vanaf het begin wordt de oplossing al blauw en die kleur zal alleen maar donkerder worden. p deze manier kan het eindpunt van de titratie niet zichtbaar gemaakt worden. En dus kan de molariteit niet bepaald worden. +34 a Waterstofperoxide gaat dan met zichzelf reageren, het is zowel een oxidator als een reductor. et zal dan ontleden in water en zuurstof. b ox: Mn e M n red: e 5 2 Mn 4 (aq) (aq) (aq) 2 M n 2+ (aq) + 8 (l) c van kleurloos naar (licht)roze d De molverhouding tussen Mn 4 en 2 is 2 : 5 of 1 : 2,5. e 14,84 ml 0,475 M bevat 14,84 0,475 = 7,05 mmol = 7, mol Mn 4 (aq) f Dit heeft gereageerd met 2,5 7, = 1, mol 2 (aq). g 1, mol = 1, ,015 = 5, g 2 1 5,99 10 h 25,00 ml waterstofperoxide-oplossing is 25,00 g, dus het massa% 2 = 25, eindopdracht Kratermeer a 3 S (l) 4 + (aq) + 2 S 4 2 (aq) + S(s) b p = 0,2; [ + ] = 0,6 mol L 1 c 90 ton S 2 = = 9, g; dit komt overeen met 9, ,064 = 1,4 106 mol per dag. 100% = 2,40% Dit geeft 1,4 106 = 4, mol S(s); dit komt overeen met 4, ,06 = 1, g = 1, = 15 ton S(s) per dag d a 3 (s) (aq) a 2+ (aq) (l) e as 4 2 f 14,75 ml 0,011 M joodwater bevat 14,75 0,011 = 0,162 mmol = 1, mol I 2 (aq); dit heeft gereageerd met 1, mol S 3 (aq) g 1, mol S 2 = 1, ,064 = 1, g; per dm 3 vulkaangas is dat 1, = 3,4 10 0,30 2 g dm 3 22

25 Uitwerkingen oofdstuk 9 9 Polymeren Praktijk Kevlar vragen 1 a Aramide is een afkorting van aromatisch en polyamide. b Kevlar heeft een zeer hoge treksterkte, is licht van gewicht, heeft een hoge warmteresistentie, geringe brandbaarheid, kan in composieten verwerkt worden. 2 a et versterkt de autoband. b Stalen draden worden vervangen door lichtgewicht vezeldraden. c et kan de warmte zeer goed tegenhouden. d De energie die in de kogel zit, wordt snel over een groot gebied verspreid waardoor de snelheid van de kogel heel snel afneemt. 3 a Zij onderzocht het product van een in eerste instantie mislukte proef. et bleek dat ze een nieuwe supervezel gemaakt had. b et kost minder energie en de apparatuur hoeft niet aan strenge eisen te voldoen. Wellicht dat het proces ook beter controleerbaar is. 4 a p microniveau, want het is op moleculair niveau weergegeven. b atoombindingen c waterstofbruggen d Kristallijn is als de ketens netjes geordend liggen, dus steeds op dezelfde manier naast elkaar liggen. 5 a N/tex geeft de treksterkte in newton aan per gram van 1000 m vezels. b Bij een hoge N/tex, want dan moet je voor eenzelfde hoeveelheid vezel meer kracht uitoefenen om de binding te verbreken. 6 a omposieten worden gemaakt om de eigenschappen van de stof te verbeteren. b aramideversterkte, koolstofversterkte en glasvezelversterkte composieten c aramideversterkte: fenolhars of epoxyhars is de basis, aramidevezels de toevoeging; koolstofversterkte: epoxyhars is de basis, koolstofvezels de toevoeging; glasvezelversterkte: polyesterhars is de basis, glasvezels de toevoeging toepassing 7 a polymerisatie onder afsplitsing van een klein molecuul b N N c De ketens moeten netjes gerangschikt naast elkaar liggen om een zo sterk mogelijke binding te krijgen. 8 Geconcentreerd zwavelzuur reageert met de N-groepen waardoor positieve ionen ontstaan. ierdoor verdwijnen de -bruggen tussen de ketens. 23

26 Uitwerkingen oofdstuk 9 9 a uit hexaandizuur en hexaan-1,6-diamine: N N b Bij Kevlar is een vlakke structuur mogelijk waardoor stapeling een zeer compacte structuur oplevert. Nylon-6,6 heeft een meer driedimensionale structuur waardoor de stapeling niet tot een compacte structuur leidt. Praktijk De 3D-printer vragen 1 a driedimensionaal b metalen, kunststoffen, gipspoeder c Een materiaal dat als poeder of als vloeistof gemakkelijk te verwerken is tot een eindproduct. 2 a ontwerpen, omzetten in STL-format, laag voor laag printen, schoonmaken/afwerken b AD = omputer Aided Design; STL-format = STereoLithografie 3 a nylon b staal, keramiek, zilver 4 a composieten b om je eigen smartphone te ontwerpen 5 a een vloeibare gallium-indiumlegering b De vloeistofdruppels oxideren snel aan de buitenkant. De gevormde oxidelaagjes hechten weer goed met nieuwe oxidelaagjes. c metaalbinding in de druppel, ionbinding aan de buitenkant van de druppel d Nee, de auteur verwacht dat de bouwwerkjes bij een zuchtje wind al omvallen. toepassing 6 a Beide materialen bestaan uit langgerekte moleculen die als spaghetti met elkaar verstrengeld zijn. b Tussen de nylonmoleculen/polyestermoleculen is de zwakke vanderwaalsbinding aanwezig en op enkele plaatsen ook nog -bruggen. Deze bindingen zijn door warmtetoevoer gemakkelijk te verbreken. Theorie 1 Kunststoffen 1 Mogelijke antwoorden zijn: uishoudelijke voorwerpen: wekkers, deodorantflesjes, tandenborstels, haarborstels, balpennen, synthetische dekbedvulling, zeeppompjes, kliko, kunststof mok, beker of bord. Verpakkingsmateriaal: folies, draagtassen, flessen, kratten. Transport: auto (bumper, bekleding), vliegtuig, boot, fietsonderdelen. Sport: tennisracket, surfplank, zeilboot, wetsuite, skates. De bouw: kunststof kozijnen, lichtkoepel, dakgoot, bad, afvoerleiding. Modeartikelen: kleding, schoenen, tassen, zonnebrillen, sieraden. Elektronica: computer, laptop, ipad, mp3-speler, smartphone, elektriciteitssnoeren. 24

27 Uitwerkingen oofdstuk 9 Meubels en decoratie: lampen, stoelen, tafels, tapijt. Recreatie: toestellen in speeltuin, attracties in pretparken, aankleding. Medische sector: handschoenen, infuuszakken, spuiten, klompen, kleding, contactlenzen, kunststof heup, hechtdraad, (sport)prothesen. Energievoorziening: zonnecellen, zonnecollectoren, onderdelen windturbines. Landbouw: afdekfolie, opslagtank, folie, silo. Rubber: autobanden, zolen van schoenen, rubberen balletjes en kogels, sommige handvatten, condooms, fietszadels, stopjes, doppen, trillingdempers. 2 Lange polymeermoleculen hebben onderling een veel sterkere vanderwaalsbinding dan korte polymeermoleculen. 3 licht van gewicht, aantasting is gering, kunststoffen zijn vaak goed vervormbaar, eigenschappen zijn goed te beïnvloeden, onderling mengbaar, mengbaar met andere stoffen (composieten) 4 a Weekmakers bevatten korte moleculen die tussen de zeer lange polymeermoleculen in gaan zitten. ierdoor worden de vanderwaalsbindingen tussen de moleculen zwakker. b De kunststof is vrij goed vervormbaar, zelfs bij lagere temperaturen. 5 a Thermoplasten zijn kunststoffen die bij verwarmen zacht worden. b elektriciteitsbuizen (pvc); plastic emmer (polypropeen); koffiebekertjes (polystyreen) 6 a Thermoharders zijn kunststoffen die bij verwarmen hard blijven of bij sterke verhitting gaan ontleden. b wc-bril, broodtrommel, purschuim 2 Polyalkenen en rubber 7 l l 3 + l a 3 b a b a 3 b c De massa van een eenheid 2-methylbuta-1,3-dieen, 5 8, is 68,11 u. Dan is: 2, ,11 = 2,9 103 eenheden. 25

28 Uitwerkingen oofdstuk 9 11 Er zijn dan heel veel dwarsverbindingen zodat er een thermoharder gevormd is Esters 13 a b c d a b et zwavelzuur is de katalysator. c condensatiereactie d Extractie: propaanzuur en ethanol lossen prima op in water, de gevormde ester niet. 15 a Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule maar een verschillende structuurformule. b 3 3 ethaanzuur methylmethanoaat c propaanzuur ethylmethanoaat methylethanoaat 16 a b hydrolysereactie +17 Alkaanzuren en alkanolen hebben een -groep die met watermoleculen -bruggen kunnen vormen; esters kunnen dat niet, want ze hebben geen -groep. 5,2 +18 a 5,0 ml ethaanzuur = 5,0 1,04 = 5,2 g en 5,2 g = 60,052 = 8, mol ethaanzuur 3,9 5,0 ml propaan-1-ol = 5,0 0,78 = 3,9 g en 3,9 g = 60,09 = 6, mol propaan-1-ol 3,7 b 2,8 ml ester = 2,8 1,32 = 3,7 g en 3,7 g = 102,13 = 3, mol ester 2 3,6 10 c Er kan maximaal 6, mol ester ontstaan, dus percentage opbrengst = 2 100% = 56%. 6,

29 Uitwerkingen oofdstuk 9 4 Polyesters en polyamiden 19 a b a b c N N d Er zitten steeds afwisselend 6 -atomen van het dizuur en 6 -atomen van het diamine in de structuur van het polymeer. N N N N N N 22 a b N N c et polymeer is gemaakt van slechts één monomeer dat uit 6 -atomen bestaat. +23 a Stanyl smelt bij een veel hogere temperatuur, is thermisch stabieler, heeft een hogere elasticiteit en is chemisch resistent. b De stof is bestand tegen de invloed van andere chemicaliën. c hexaandizuur d e ondensatiepolymerisatie, want er wordt bij de vorming van het polymeer een klein molecuul afgesplitst, in dit geval water. f et getal 4 slaat op het aantal -atomen van het butaandiamine, het getal 6 op het aantal -atomen van het dizuur. g N + N N N h N N 5 Kunststof verwerken N emmers, behuizing koffiezetapparaat, bekers, gieters, plantenpotten, wasbakken, schalen, bakjes, knoppen 25 buizen, raamkozijnen, dakgoten, lamellen, vensterprofielen, tochtstrips, golfplaten, folies, kabels, (medische) slangen 26 Thermoplasten kunnen door verwarmen vloeibaar gemaakt worden en in een mal gegoten worden. Thermoharders worden niet vloeibaar bij verwarmen. 27 Extruderen is een continuproces, spuitgieten is steeds opnieuw een voorwerp maken. N N N N N 27

30 Uitwerkingen oofdstuk 9 28 deksels, kratten, wegwerpbekertjes, plexiglas, trespa 29 Bij spuitgieten begin je met granulaat (kunststofkorrels), terwijl je bij vacuümvormen met een kunststof plaat begint. ieraan gaat dus een bewerking vooraf, bijvoorbeeld extruderen. De beide technieken hebben ook een andere manier van verwarmen: bij spuitgieten ontstaat warmte door het draaien van de schroef, bij vacuümvormen wordt de kunststof plaat verwarmd door een aparte verwarmer. Bij spuitgieten wordt de kunststof in een matrijs gespoten, bij vacuümvormen zuigt de mal de kunststof in de matrijs. 30 kogelwerend vest, vliegtuigromp van glasvezelversterkte kunststof, koolstofversterkte kunststof bij een racefiets, tennisracket versterkt met aramidevezel 6 Bioplastics 31 Grondstoffen die weer op korte termijn bijgemaakt kunnen worden, bijvoorbeeld zetmeel. 32 Een biogebaseerde economie drijft op het gebruik van biomassa voor het produceren van niet-voedselproducten. Biomassa is geschikt om fossiele grondstoffen te vervangen. 33 a b Etheen wordt uit aardolie gemaakt: de naftafractie wordt gekraakt waarbij onder andere etheen ontstaat. c 3 + d n n e Er wordt geen gebruikgemaakt van fossiele brandstoffen maar van hernieuwbare grondstoffen. 34 a b 3 c d De PLA-schroeven zijn afbreekbaar. et lichaam breekt ze na verloop van tijd volledig af tot melkzuur en dat is een lichaamseigen stof. +35 a e b 100 L bevat 2450 g MF. Dat is 2450 = 19,4 mol MF dat voor 97% omgezet wordt in FDA, 126,11 dus 97 19,4 = 18,8 mol FDA. Dat komt overeen met 18,8 156,09 = 2942 g = 2,9 kg. 100 c d PEF is een thermoplast, want het bestaat uit lange ketenvormige moleculen zonder crosslinks (dwarsverbindingen), net als PET. e Niet helemaal, want het is niet zeker dat de stof ethaan-1,2-diol biogebaseerd is. +36 a butaandizuur b c Bio geeft aan dat het op biologische wijze geproduceerd is, namelijk door fermentatie van plantaardige grondstoffen. 28

31 Uitwerkingen oofdstuk 9 d et smaakt zowel bitter, zout als zuur. e De plaatsaanduiding van de -groepen is niet aangegeven. f butaan-1,4-diol g cis-buteendizuur h i j k et maken van bier en wijn is een eeuwenoud proces, en bij dat proces ontstaat ook altijd barnsteenzuur. 7 Bijzondere polymeren Slime is vervormbaar, is een gel, dus op macroniveau een thermoplast; Slime op microniveau bestaat uit lange polymeerketens bijeengehouden door waterstofbruggen, dus een thermoplast. 39 a lijm, post-it, plakstrips voor het sluiten van een envelop, bandenreparatiemiddel b Leg de toepassingen voor aan je docent. 40 a b propeenzuur c De carbonzuurgroep reageert met (aq) tot natriumzout en water. 41 a Superabsorberend betekent dat de luier grote hoeveelheden urine kan opnemen. Door de instroom van urine lossen de Na + -ionen die op de polymeerketens zitten op. Er blijven negatief geladen -ionen over die elkaar afstoten, waardoor de polymeerketens zich strekken. Daardoor wordt het oppervlak groter en kan er meer urine door de poriën in de luiers worden opgenomen en vast gehouden, de superslurper zwelt op. ok spelen -bruggen daarbij een rol. b incontinentieluiers, maandverband, kleed voor in hondenmand, korrels bij planten, brand vertragend materiaal 42 Polyetheenmoleculen hebben geen geconjugeerd systeem, waardoor ze niet geleidend zijn. 43 a b Er zijn afwisselend enkele en dubbele bindingen in de structuurformule. 44 a plastic transistoren, buigzame led-lampjes, oprolbare zonnecellen b oprolbaar tv-scherm, tentdoek als zonnecel, lichtgevende en van kleur veranderende muren 45 zelfherstellende autolak, zelfherstellende skibril, zelfherstellende vliegtuigvleugels, elektronische componenten in continu draaiende machines +46 a Thermoplasten bestaan uit lange polymeermoleculen, die langs elkaar heen kunnen schuiven. Tussen de ketens zijn alleen vanderwaalskrachten aanwezig. Bij verwarming worden thermoplasten zacht. b Wanneer de bolletjes groter zijn, worden de vanderwaalskrachten tussen de ketens meer verstoord. ierdoor neemt de sterkte van het materiaal in zijn geheel af. 29

32 Uitwerkingen oofdstuk 9 c Als er meer bolletjes zijn, worden de vanderwaalskrachten tussen de ketens meer verstoord. ierdoor neemt de sterkte van het materiaal in zijn geheel af. d Bij aanraking start de reactie van polymerisatie. Bij een beschadiging die dan later optreedt, is geen monomeer meer aanwezig op die plek. e Verven: levensduur wordt langer omdat de verf een afsluitende laag krijgt. Voertuigonderdelen: levensduur wordt verlengd omdat het onderdeel langer mee kan gaan; de veilig heid wordt vergroot omdat het minder snel stuk gaat. Protheses: levensduur wordt verlengd en hierdoor hoeven minder snel nieuwe operaties uitgevoerd te worden. f Als de concentratie katalysator hoger is, vinden meer reacties tegelijk plaats en worden de ketens gemiddeld kleiner. Dit geeft kleinere vanderwaalskrachten tussen ketens onderling. De sterkte van het totale materiaal zal dan minder zijn. g Een legering is een mengsel van twee samengesmolten metalen. h Als de stof reageert op een elektrische spanning, moeten er geladen deeltjes aanwezig zijn en dat is bij polymeren niet altijd het geval. 8 Kunststoffen hergebruiken 47 m van biomassa aardolie te maken, duurt 10 tot 100 miljoen jaar. De verbranding van brandstoffen gaat daarentegen heel erg snel. 48 m de koolstofkringloop weer in balans te krijgen, moet de route van biomassa naar brandstof aanzienlijk worden ingekort. oe dat gaat, leer je in hoofdstuk Papieren bekertje: et bekertje niet verbranden maar afwassen en een paar keer opnieuw gebruiken. et afval niet verbranden maar verzamelen en opnieuw in het productieproces gebruiken; daardoor wordt de kringloop een stuk korter. Plastic bekertje: et bekertje niet verbranden maar afwassen en een paar keer opnieuw gebruiken. et afval niet verbranden maar verzamelen en opnieuw in het productieproces gebruiken, recyclen; daardoor wordt de kringloop een stuk korter. Geen wegwerpbekertje maken maar een bekertje van hard plastic dat heel lang mee kan gaan. 51 Typ in een zoekmachine in: kringloop biologische landbouw of producten in biologische kringloop. 52 Typ in een zoekmachine in: producten in technische kringloop. 53 glas, aluminium, ijzer, papier, plastic 30

33 Uitwerkingen oofdstuk 9 54 Een paar voorbeelden waarbij het materiaal opnieuw wordt gebruikt: meubels gemaakt van sloophout, (schouder)tassen gemaakt van zeildoek van vrachtwagens. +55 a voor de upcycling van plastic flessen b Bij recycling gebruik je het bestaande polymeer opnieuw. Bij recycling treedt verlies van kwaliteit op. Bij upcycling zijn er twee mogelijkheden: het bestaande polymeer krijgt een tweede leven in een nieuw product (opgave 54); je zet het polymeer om in een ander polymeer, voor een nieuwe duurzame toepassing. In beide gevallen van upcycling is er geen sprake van kwaliteitsverlies. c fysisch of chemisch proces recycling upcycling fysisch chemisch d Er worden grondstoffen gebruikt om bepaalde producten te maken. Wanneer de producten worden afgedankt (op een vuilstort of verbrand), zijn de grondstoffen verloren gegaan. Dat is van de wieg tot het graf. Wanneer je probeert om de producten opnieuw te gebruiken of als uitgangsstof voor een ander product, gaan de oorspronkelijke grondstoffen niet verloren. Dit is een duurzame oplossing en wordt cradle-tocradle genoemd. e Er worden grondstoffen gebruikt om bepaalde producten te maken. Wanneer de producten worden afgedankt (op een vuilstort of verbrand), zijn de grondstoffen verloren gegaan. Wanneer je probeert om de producten opnieuw te gebruiken of als uitgangsstof voor een ander product, gaan de oorspronkelijke grondstoffen niet verloren. Dit is een duurzame oplossing. f et milieu wordt minder belast door PET om te zetten in PBT dan wanneer het PBT uit aardolieproducten moet worden gemaakt. Je spaart zo grondstoffen. De PET-flessen worden niet verbrand (reductie van uitstoot van 2 ). Volgens het artikel is er ook minder energie nodig om PBT op deze wijze te fabriceren, dus ook minder uitstoot van a Bij het kraakproces worden moleculen van alkanen omgezet tot kleinere moleculen van alkanen en alkenen. f: Bij het kraakproces worden atoombindingen in de moleculen verbroken waarbij nieuwe moleculen ontstaan. b LDPE, want dat is soepel en moeilijk breekbaar. c d Thermoplasten bestaan uit lange ketenvormige polymeermoleculen, die aan elkaar zijn gebonden door middel van zwakke vanderwaalsbindingen. Thermoharders bestaan uit lange polymeermoleculen die onderling door crosslinks met elkaar zijn verbonden (netwerkpolymeer). De crosslinks zijn atoombindingen. Thermoplasten kunnen wel smelten, omdat de vanderwaalsbindingen veel zwakker zijn dan atoombindingen. e , dus 8 moleculen koolstofdioxide. 140 f 50 bekers: massa = 50 2,8 = 140 g. Dan is: = 1,34 mol eenheden styreen en dus 104,14 8 1,34 = 10,8 mol 2. Dit komt overeen met 10,8 24,5 = 260 = 2, dm 3. g Voor de recycling moeten de plastics worden vervoerd. Daarbij komt koolstofdioxide vrij. f: Bij het recyclen van plastics wordt energie gebruikt en komt er koolstofdioxide vrij. 9 Technisch ontwerpen 57 eindopdracht Technisch ontwerpen Laat je ontwerp beoordelen door je docent. 31

34 Uitwerkingen oofdstuk hemie van het leven Praktijk Voedseltransport in het lichaam vragen 1 a in de mond b 1 enzymen in de mond die het voedsel deels afbreken en verdere afbraak in de mond 2 afbraak in maag en darmen 3 opname van voedingsstoffen in de dunne darm 4 verwerking tot ontlasting in de dikke darm 2 a Enzymen zijn biokatalysatoren die processen in het lichaam al bij lichaamstemperatuur laten verlopen. b Een enzym heeft een actieve plaats waar precies een molecuul in past dat omgezet moet worden. c Lipase versnelt de afbraak van lipiden (vetten). d Amylase versnelt de afbraak van amylose (zetmeel). 3 a zoutzuur b p = log 0,14 = 0,85 5 c 0,5 volume% betekent 0,5 ml per 100 ml, dus 5 ml = 5 g l per L. 5 g l = = 0,14 M. 36,461 4 a et zijn negatieve ionen dus moeten er ook positieve ionen aanwezig zijn. b a zetmeel, sacharose en soms glucose/fructose b c ADP + P + energie ATP 6 a Afvoer van water maakt het afval steviger. b diarree c Als er bijvoorbeeld een virus aanwezig is in het lichaam. toepassing 7 a hydrolyse b Essentiële aminozuren zijn aminozuren die het lichaam zelf niet kan aanmaken. Die moeten via het voedsel binnenkomen. c N 3 N N a Een vet is vast bij kamertemperatuur, een olie vloeibaar. b Verzadigde vetzuren zijn vetzuren met allemaal enkele -bindingen. 9 Stel een onderzoeksplan op en leg dat ter goedkeuring voor aan je docent. 10 Laat je artikel beoordelen door je docent. 32

35 Uitwerkingen oofdstuk 10 Praktijk Suiker als energieboost vragen 1 a Suikerriet groeit alleen in een subtropisch klimaat. b Via het fotosyntheseproces worden koolstofdioxide en water omgezet in glucose en zuurstof. licht c (l) bladgroen (s) a Allereerst worden de bieten schoongewassen, in reepjes gesneden en gekookt met heet water. Daarna wordt de suikeroplossing door filtratie gescheiden van de rest. De suikeroplossing wordt ingedampt en via centrifugering omgezet in kristalsuiker. b 3 a Fotosynthese zet koolstofdioxide om in glucose, in de cellen van je lichaam wordt glucose weer omgezet in koolstofdioxide, dit is de koolstofdioxidekringloop. b Nee, want deze koolstof was al in de koolstofkringloop aanwezig. 4 a Glucose wordt verbrand tot koolstofdioxide en water. b De vrijkomende energie wordt gebruikt om ADP in ATP om te zetten. Elders in je lichaam kan ATP door omzetting in ADP weer energie afstaan. 5 a Suikerziekte ontstaat als het lichaam geen of te weinig insuline aanmaakt. Insuline is nodig om de bloedsuikerspiegel op een juist niveau te houden. b Diabetes I: het lichaam maakt zelf helemaal geen insuline meer aan. et afweersysteem maakt per ongeluk de cellen die insuline aanmaken kapot. Diabetes II: het lichaam heeft te weinig insuline. Bovendien reageert het lichaam niet meer goed op insuline (ongevoeligheid voor insuline). toepassing 6 a 66 ton suikerbieten bevat 17% = = 11 ton suiker. 100 iervan kan 90% = = 10 ton suiker gewonnen worden. 100 b sacharose: c hydrolyse d e glucose en fructose f 12 ton = = 35 kmol. Dan reageert er ook 35 kmol water = 35 18,02 = 342, kg water. Dus = kg = 13 ton monosachariden. g Er kan dan 10% meer suiker gewonnen worden, dus = 1,1 ton meer. 100 h i Er staat dat suikermoleculen (microniveau) zich vasthechten aan de kleine deeltjes in het bed (macroniveau). j Dat bewezen is dat het proces (op kleine schaal) werkt. k Dat het proces ook op grote schaal in een fabriek werkt. 33

36 Uitwerkingen oofdstuk 10 Theorie 1 Voeding 1 Vergelijk je resultaten met een medeleerling en leg ze voor aan je docent. 1 2 a 1 g = 180,16 = 5, mol glucose. Dit levert: 5, , = 1, = J. b Binas tabel 5 levert het gegeven dat 1 cal = 4,184 J. Dan is: 1, J = 1, ,184 = 3,7 103 cal. Afgerond klopt dit. 3 a leveren van energie, opslag van energie in de vorm van glycogeen, leveren van vetzuren voor de vetsynthese b aardappelen, brood, pasta, rijst, suiker c bouwstof, leveren van energie, biokatalysator (enzym) d vlees, vis, melk e voedingsstof, reservevoedsel, beschermende laag (vetlaag) f vis, noten, olijven 4 Een molecuul vitamine A bevat geen -groepen en kan dus met de watermoleculen geen -bruggen vormen. De moleculen zijn apolair, daardoor zal vitamine A vetoplosbaar zijn. Een molecuul vitamine bevat 4 -groepen die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. Dus vitamine zal wateroplosbaar zijn. 5 a Functionele voedingsmiddelen zijn voedingsmiddelen waaraan supplementen zijn toegevoegd. b foliumzuur voor zwangere vrouwen om open ruggetjes tegen te gaan, vitamine D voor jonge kinderen om de bottengroei te bevorderen, ijzer bij bloedarmoede +6 a Een kind moet nog flink groeien, het heeft dus veel bouwstoffen nodig. Een volwassene is uitgegroeid. b Een marathonloper heeft vooral veel direct bruikbare energie nodig, dus veel koolhydraten (snelle suikers). c Extra eiwitten zet aan tot meer spieren. +7 a De overeenkomst is dat bij alle omega-3-vetzuren de eerste =-binding begint bij het derde -atoom, geteld vanaf het uiteinde van de staart, dus niet vanaf. b et molecuul heeft dan meerdere =-bindingen. c verschillen aantal s aantal = ALA 20 3 EPA 20 5 DA 22 6 d Alfa-linoleenzuur heeft volgens Binas in totaal 18 -atomen en geen 20 -atomen. e verschillen aantal s aantal = ALA 18 3 EPA 20 5 DA

37 Uitwerkingen oofdstuk 10 f g linolzuur en arachidonzuur linolzuur arachidonzuur linolzuur: ; arachidonzuur: h De eerste =-binding begint bij het zesde -atoom, geteld vanaf het uiteinde van de staart. i Theorie I: ze werken in op de ionkanalen in de celwanden. Theorie II: ze worden ingebouwd in de celmembranen en geven extra flexibiliteit. 2 Vetten en oliën 8 a nverzadigde vetzuren bevatten een of meer dubbele =-bindingen terwijl verzadigde vetzuren alleen enkele -bindingen bevatten. b Zonnebloemolie is een olie en bevat dus voornamelijk onverzadigde vetzuren. 9 a Nee, want alkanen bevatten geen carboxylgroep, oliën wel. b et zijn beide vloeistoffen. 10 a b et bevat onverzadigde vetzuren dus zal het een olie zijn en daarmee is de stof vloeibaar. 11 a boterzuur, palmitinezuur en stearinezuur b Voeg aan het vetzuur een beetje broomwater toe en schud goed. Als de gele kleur verdwijnt, waren er =-bindingen aanwezig. Dan heb je een onverzadigd vetzuur aangetoond. 12 a b linolzuur, octadeca-9,12-dieenzuur +13 a 8: elke arachidon 4 =, palmitine 0 b c 18 mol bevat 18 8 mol =-bindingen. Per mol =-binding is 1 mol nodig, dus totaal 144 mol = 144 2,016 = 2, g waterstof. 14 a Nee, want bij hydrolyse reageert een stof met water en heb je dus twee beginstoffen. Bij een ontledingsreactie is er maar één beginstof. b ydrolyse is een reactie met water. Water = hydro, reactie = lyse. 15 a b et zuurrestion heeft een lange apolaire staart en een polaire kop. De lange apolaire staart vormt vanderwaalsbindingen met de vetmoleculen en de polaire kop wordt gehydrateerd door de watermoleculen. 35

38 Uitwerkingen oofdstuk a 20 : 4 (n 6) b palmitinezuur stearinezuur stearinezuur 3 Koolhydraten 17 a glucose: ; fructose: b Ja, want ze hebben dezelfde molecuulformule maar een andere structuurformule. c De moleculen zijn al direct opneembaar in het bloed terwijl zetmeelmoleculen eerst door enzymen afgebroken moeten worden in kleinere moleculen voordat ze opgenomen kunnen worden in het bloed. 19 Glucose heeft per molecuul 5 -groepen die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. 20 Koeien hebben enzymen die het cellulose in het gras kunnen afbreken, mensen hebben dat soort enzymen niet. +21 a + + b a Splenda b et is een natuurproduct, want men gaat uit van sacharose en dat komt uit suikerbieten. et is een chemisch product, want het wordt in een fabriek gemaakt. c Een stof die gemaakt wordt uit een andere stof kan heel andere eigenschappen hebben, dus deze uitspraak is niet juist. d e et gerucht gaat echter dat bij de chlorering het beruchte gifgas fosgeen te pas komt. f sacharose: ; sucralose: l 3 g P l l P l l h l l i Fosgeen is berucht dus een gevaarlijke stof. Dan zal de grenswaarde laag zijn. +23 a

39 Uitwerkingen oofdstuk 10 b R Q = = 0,71 c percentage koolhydraten : percentage vetten = 76 : 24 of 77 : 23 of 75 : 25 d eiwitten 4 Eiwitten 24 a b 2 N 2N asparaginezuur of aminobutaandizuur glutaminezuur of 2-aminopentaandizuur 3 N 2N serine of 2-amino-3-hydroxypropaanzuur c valine, Val; leucine, Leu; isoleucine, Ile; threonine, Thr; methionine, Met; fenylalanine, Phe; tryptofaan, Trp; histidine, is; lysine, Lys 25 a de aminozuurvolgorde in het eiwit b N N threonine of 2-amino-3-hydroxybutaanzuur N N tyrosine 3 c Thr-Lys-Leu N S a 3 N N N N b bouwstenen voor het maken van eiwitten en als energiebron + 2 N + N + N 27 a Een molecuul ureum heeft twee N -groepen die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. 0,2 b De concentratie is: 0,2 g = 60,06 = mol L 1 28 a Een enzym is een biokatalysator. b Enzymen zorgen ervoor dat de hydrolyse van zetmeel al bij lichaamstemperatuur kan plaatsvinden. c Een enzym versnelt slechts één bepaalde soort reactie in het lichaam. d De enzymstructuur is dan door de hoge temperatuur aangetast en veranderd. ierdoor past het substraat niet meer in de actieve holte van het enzym. e Dat is de p-waarde waarbij het enzym het beste functioneert en dus de beste resultaten geeft. 3 N 37

40 Uitwerkingen oofdstuk a totaal zes verschillende tripeptiden: Val-Leu-Ala; Val-Ala-Leu; Ala-Val-Leu; Ala-Leu-Val; Leu-Ala- Val; Leu-Val-Ala b Glu-ys-Gly dus Glu en Gly c 2 G-S G-S-S-G e d Glutathion staat elektronen af en is dus reductor. 5 Giftige stoffen 30 a toegestane grenswaarde b TGG = 29 mg m 3 29 c dichtheid lucht = 1,293 kg m 3, dus: 29 mg m 3 = 1,293 = 22 mg kg 1 = 22 ppm d Dit is slechts een korte blootstelling. Bij een blootstelling van 8 uur wordt in totaal eenzelfde hoeveelheid koolstofmono-oxide bereikt. e De -moleculen nemen op de heemplaatsen van het hemoglobine de plaats in waar normaal zuurstofmoleculen zitten. Er kan dus steeds minder zuurstof opgenomen worden, waardoor verstikking kan optreden. f ierdoor verdrijf je de -moleculen op de plaatsen van de heemgroepen in hemoglobine. 31 a ij mag 66 0,1 = 6 mg berberine dagelijks eten. b De 6,6 mg berberine = 0,060%. et geheel is 100% = 100 0,060 6,6 = mg = mg. 32 a de directe gevolgen van de inname van een bepaalde stof b hronisch betekent dat de persoon continu in aanraking komt met die stof. ierdoor kan door opstapeling de letale dosis toch bereikt worden. 33 De LD-50 is 15 μg kg 1. Bij een massa van 80 kg dan maximaal = 1200 μg = 1,2 mg. 34 a Eén xtc-pil bevat 80 mg MDMA. Bij een rat is dat 80 mg per 0,29 kg, ofwel 276 mg per kg. De kans is dus groter dan 50%. b Een rat zal meer bloed hebben dan een muis waardoor de concentratie in het bloed lager is bij eenzelfde hoeveelheid. c et is natuurlijk niet mogelijk om zo n experiment met mensen te doen. 35 a Dan moet die persoon 60 17,8 = 1068 g = 1,1 kg sorbitol binnenkrijgen. b Zo n grote hoeveelheid zal niemand nuttigen. 36 eindopdracht Dodelijke melaminekristallen a ierdoor krikten ze het eiwitgehalte van verdunde melk weer op. En hierdoor verdienden ze ook meer. b De stof wordt niet afgebroken en verlaat vrij snel het lichaam via de urine. c 0,5 mg per kg per dag d 4 flessen van 200 ml bevat 4 27 = 108 g melkpoeder = 0,108 kg. Per kg melkpoeder is 2,5 g melamine aanwezig dus 0,108 2,5 = 0,27 g melamine krijgt de baby dagelijks binnen. e 0,27 g = 270 mg per dag bij een massa van 8 kg. Dus 270 = 34 mg per kg per dag. 8 Een overschrijding van 34 = 68 keer. 0,5 f Melaminescrap bevat niet alleen melamine maar ook ammeline, ammelide en cyanuurzuur. Deze stoffen zijn nog gevaarlijker dan melamine zelf. g Elke bouwsteen van een eiwit bevat minimaal één N-atoom. Als het stikstofgehalte bekend is, kan vrij nauwkeurig het eiwitgehalte bepaald worden. h Melamine bevat per molecuul wel zes N-atomen. ierdoor verkrijgt men een veel te hoog N-gehalte, dus ook een veel te hoog eiwitgehalte. i Melamine bevat per molecuul drie N -groepen die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. yanuurzuur bevat per molecuul drie N-groepen die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. j De moleculen vormen onderling -bruggen en hierdoor kunnen er geen -bruggen meer met de watermoleculen gevormd worden. 38

41 Uitwerkingen oofdstuk Groenere industrie Praktijk Medicijnen uit planten vragen 1 a efedrine uit het kruid Ephedra sinica en digitalispreparaat uit het kruid Digitalis purpurea b acetylsalicylzuur c salicylzuur d Salicylzuur is een erg bitter smakende stof. e Wikipedia: De merknaam Aspirine, oorspronkelijk in het Duits Aspirin, is afgeleid van Spirsäure. Dit is een oude Duitse naam voor salicylzuur met het voorvoegsel A dat voor acetyl staat, omdat het geacetyleerd salicylzuur betrof. Samengevoegd en verkort werd dit Aspirin. 2 a b c Dit geeft aan hoeveel procent van de atomen in de beginstoffen in het reactieproduct terecht zijn gekomen. d gewenst product 3 a ongeveer honderd miljard b De ongeveer honderd miljard tabletten hebben een massa van circa ton Per tablet: 11 = 0,5 g c = mg = ton 4 a Digoxin is veel minder giftig dan digitoxin. b Eerst werd het gewonnen uit het kruid, later werd in het lab de stof nagemaakt en er werd zelfs een verbeterde versie gesynthetiseerd. 5 a Dan weet je hoe je de stof synthetisch in elkaar moet zetten in een lab. b et medicijn laat het hart steviger knijpen en verlaagt het hartritme. c Ze bevatten verhoudingsgewijs veel -groepen per molecuul die met de watermoleculen -bruggen kunnen vormen. toepassing 50,0 6 a 50,0 g iso-butylbenzeen = = 0,373 mol. Dan maximaal 0,373 mol ibuprofen = 134,21 0, ,27 = 76,8 g. et rendement is 53%, dus 53 76,8 = 41 g. 100 b De hoeveelheid ibuprofen is 40%, dus 60% afval. Afval: miljoen kg = 21 miljoen kg. 40 c 14 miljoen + 21 miljoen = 35 miljoen kg beginstof d In stap 1 behoort bij de eerste structuurformule en bij de tweede structuurformule. 39

42 Uitwerkingen oofdstuk 11 e stap F stap Ni stap Pd f atoomeconomie van paracetamol: reagerende stoffen in ibuprofen verwerkt niet in ibuprofen verwerkt formule massa formule massa formule massa , ,11 NaN 3 85,00 N 14,01 Na 3 70,99 18,02 18, , , ,04 3 NaB 4 113,50 3 NaB 4 113,50 totaal 412,72 paracetamol 151,16 afvalproducten 261,55 atoomeconomie = 151,16 100% = 36,63% 412,72 g Er ontstaat in stap 1 een nevenproduct dat als afval verdwijnt. Dus slechts maximaal de helft wordt omgezet in het gewenste product. Praktijk Microreactoren vragen 1 a Parallelle plaatsing heeft meer zin, wanneer je een grotere opbrengst wilt hebben, omdat er nu eenmaal maar weinig kan reageren in een microreactor. In serie zou betekenen dat alle stof ook alle in serie geschakelde microreactoren moet passeren. b Bij een trage reactie kan men beter een aantal microreactoren in serie zetten, zodat de stoffen een langere tijd met elkaar kunnen reageren in achtereenvolgende reactoren. c De stoffen zijn over een groot wandoppervlak verdeeld, waardoor het contactoppervlak ook tussen de reagerende stoffen groot is. Dit heeft een hogere reactiesnelheid tot gevolg. d De stoffen zijn in contact met een groot wandoppervlak. Via de wand kan energie worden afgevoerd of toegevoerd. Deze energieoverdracht gaat daardoor sneller. 40

43 Uitwerkingen oofdstuk 11 2 De eerste deelstap zal snel verlopen en al in één reactor voldoende omzetting te geven. De tweede deelstap zal langzaam verlopen waardoor meerdere reactoren doorlopen moeten worden voor voldoende omzetting. 3 hogere snelheid, snellere energieoverdracht, veiliger door kleinere hoeveelheden, hogere efficiëntie 4 Je hebt heel veel microreactoren nodig bij een grote productie dus hoge startkosten. 5 a N 3 9 (l) N b Er ontstaat uit 1 mol vloeistof 29 mol gas. et mengsel van producten neemt dus een veel groter volume in dan de uitgangsstof. Bovendien komt er heel veel warmte vrij waardoor de gevormde gassen nog meer uitzetten. c Bij nitroglycerineproductie kan plotseling veel warmte vrijkomen, zegt het artikel. Dat betekent dat er een exotherm proces plaatsvindt. d Door de ontstane hoeveelheid warmte kan het nitroglycerine spontaan exploderen. e Er wordt minder stof gebruikt, dus er ontstaat minder warmte. Een microreactor is gemakkelijker te koelen. Een eventuele explosie heeft dan ook veel minder gevolgen. f Een kubus met ribbe van 1 mm heeft een volume van 1 mm 3 en een oppervlak van 6 mm 2. Een kubus met een ribbe van 0,1 mm heeft een volume van 10 3 mm 3 en een oppervlak van 0,6 mm 2. Waar het volume 1000 zo klein is geworden, is het oppervlak slechts 10 zo klein geworden. Bij verkleining van de kanaaltjes ontstaat dus een groter oppervlak in vergelijking met het volume, dus gemakkelijker te koelen. g et is een proces waarbij de stoffen slechts enkele seconden met elkaar reageren. Nog niet alles is dan omgezet. Er moet dus een scheiding plaatsvinden van producten en beginstoffen. h De stoffen worden beter met elkaar gemengd. In een groter reactorvat gaat dat veel moeilijker. i Men zal een aantal microreactoren stapelen. eel veel microreactoren parallel plaatsen. toepassing 6 a Eerst methanol omzetten in waterstof, daarna met de waterstof in een brandstofcel elektrische stroom opwekken. b Met het ontwerpen van een methanol-waterstof-omzetter. c Reacties kunnen sneller verlopen; de ontstane warmte valt snel af te voeren. d Nee, er zijn drie stappen nodig voor de (volledige) omzetting. e Door de omzetter op te bouwen uit drie microreactoren na elkaar. f ,016 atoomeconomie = 100% = 12,28% 2 32, ,015 g ,016 atoomeconomie = 100% = 4,380% 28, ,015 h i et moet nog in de brandstofcel worden gebruikt voor het produceren van stroom voor de laptop. j Nee, want bij een hogere snelheid hebben de stoffen minder tijd om met elkaar te reageren, dus zal er minder gevormd worden en dus een lager rendement. k ,016 atoomeconomie = 100% = 14,73% 2 32, ,015 41

44 Uitwerkingen oofdstuk 11 Theorie 1 Productieprocessen 1 a Diverse antwoorden mogelijk, bijvoorbeeld: kleding, douchegel, kraan, tandpasta, gel, brood, mes, beleg, plastic zakje, boterhamtrommel, theezakje, tas, boeken. b Geen eenduidig antwoord mogelijk, overleg met je docent. c Geen eenduidig antwoord mogelijk, overleg met je docent. d Bij bijna alle producten is de chemische industrie direct of indirect betrokken. Twijfel je, vraag het dan aan je docent. 2 a ontinu, er is constante aan- en afvoer van stoffen. b Batch, het proces vindt plaats in een afgesloten ruimte. Na afloop worden de producten uit de ruimte verwijderd. c ontinu, er is constante aan- en afvoer van stoffen. d ontinu, er is constante aan- en afvoer van stoffen. 3 a Fijnchemie maakt producten op maat, bulkchemie maakt stoffen in zeer grote hoeveelheden. b De stuksprijs is bij producten uit de fijnchemie veel hoger, daardoor kan er winst gemaakt worden. Bij de bulkchemie zit de winst in het feit dat er heel veel producten, met een lagere stuksprijs, worden gemaakt. c research and development d Bij R&D begint de zoektocht naar een product dat winstgevend is. e Wanneer wordt bezuinigd op R&D, zullen minder nieuwe producten worden ontwikkeld. 4 a N N 3 b Bij een hoge temperatuur verloopt de reactie sneller. c Er is constante aan- en afvoer van stoffen. d stikstof, waterstof en ammoniak e Door het af te koelen, het ammoniak condenseert en kan zo van de gassen worden gescheiden. f hergebruiken in de ammoniaksynthese 5 a 2 (s) F e 2 3 (s) Fe(l) b 1811 K, dit is het smeltpunt van ijzer. c ontinu, er is constante aan- en afvoer van stoffen. d De omzetting van koolstof in koolstofmono-oxide. Dit is een exotherme reactie. e voor de aan- en afvoer van stoffen per schip +6 a Kolen worden met waterdamp en zuurstof vergast tot synthesegas. b F e 2 3 (s) Fe(s) + 3 c een legering van ijzer en koolstof (Binas tabel 9) d Er is koolstof nodig; dat komt voor in synthesegas (koolstofmono-oxide). e 2 draagt bij aan het versterkte broeikaseffect. f F e 2 3 (s) Fe(l) g 1 kg staal komt overeen met 1 = 17,9 mol Fe 55,85 g mo l Dit komt overeen met ,9 mol = 26,9 mol 2 26,9 mol 2 44,01 g mol 1 = 1182 g = 1,2 kg 2 De genoemde hoeveelheid komt dus niet overeen met de berekende waarde. 42

45 Uitwerkingen oofdstuk a et smeltpunt van ijzer(iii)oxide is 1812 K. et ijzererts wordt aan de gesmolten metaaloxiden toegevoegd bij een temperatuur van 1600 ; dit komt overeen met 1873 K. et ijzer(iii)oxide is bij deze temperatuur vloeibaar, het smelt dus samen met de andere metaaloxiden. b In vloeibare vorm, het smeltpunt van ijzer(iii)oxide ligt lager dan c een ontledingsreactie d 2 F e 2 3 (l) 4 Fe(l) e Als positieve elektrode wordt koolstof gebruikt. et gevormde zuurstof reageert met de elektrode tot koolstofdioxide. f Er wordt geen positieve elektrode van koolstof gebruikt. g Een carbon free proces leidt niet tot de uitstoot van extra 2. h biomassa i het energieverbruik van het nieuwe proces in vergelijking tot het proces in een hoogoven 2 Van grondstof tot product 8 a Ruwe grondstoffen zijn meestal niet meteen geschikt voor een productieproces. b Extractie. et aluminiumoxide lost op, de rest van het bauxiet niet. c Dan hoeft alleen het bruikbare deel van de grondstoffen te worden getransporteerd. 9 Door het water opgenomen: 15 kg 30 K 4200 J kg 1 K 1 = 1, J. Dit is dus ook door het rookgas afgestaan. 1, J ΔT = 12 kg 1000 J k g 1 1 = 157,5 K K ,5 = 542,5 K 10 a Er kunnen ongewenste bijproducten ontstaan. b een druk van 3 bar, een temperatuur van 300 en gebruik van zilver als katalysator c Een katalysator wordt niet verbruikt. et zilver kan dus steeds opnieuw worden gebruikt. d Door de gassen af te koelen, zal het gas met het hoogste kookpunt condenseren. e ethaan-1,2-diol f a ethaanzuur 3 propanon 3 3 methaanzuur propaanzuur 3 butaandizuur pmerking: propanon hoef je niet te kennen. b De moleculen in nafta bevatten 6 tot 20 -atomen. Na reactie met zuurstof zijn er moleculen met 2, 3 of 4 -atomen, de moleculen uit nafta moeten dus uit elkaar zijn gevallen. c d Afkoelen, het butaandizuur zal als eerste condenseren. e f ΔE = 4, , , = 1, J mol 1 g De katalysator wordt niet verbruikt tijdens de reactie, hij kan dus steeds opnieuw worden gebruikt. 43

46 Uitwerkingen oofdstuk 11 h reactieomstandigheden: het methanol/-proces vindt plaats bij een lagere druk grondstoffen: methanol is een goedkopere grondstof product: 99% zuiver nevenproducten: zeer weinig i De katalysator is erg duur dus de startkosten zijn hoog. 12 a 1811 K b Q = kg 0, J kg 1 = 2, J = 2, kj (Fe(l) Fe(s)) Q = kg 1513 K 0, J kg 1 K 1 = 5, J = 5, kj (afkoelen vast ijzer) Totaal Q = 2, , = 7, kj c 7, kj 60 K 4180 kj K 1 k g 1 = 2, kg 2, kg 998 kg m 3 = 29,1 m 3 13 a b 2, , , = 0, J mol 1 c De reactie is exotherm; er komt dus warmte vrij. d Bij verhoging van de druk verschuift het evenwicht naar de kant met de minste deeltjes; er wordt dus meer methanol gevormd. e Bij verhoging van de temperatuur verschuift het evenwicht naar de endotherme kant; er wordt dus minder methanol gevormd. f hoge druk en lage temperatuur g hoge druk en hoge temperatuur 14 a Er moet met zo min mogelijk kosten een zo groot mogelijke opbrengst in een zo kort mogelijke tijd worden bereikt. b temperatuur en druk c Bij een hoge temperatuur kan de opbrengst geringer zijn, maar de reactiesnelheid groter. ogere temperatuur betekent meer energieverbruik, dus hogere kosten. Reactiesnelheid groter betekent meer productie per seconde, dus meer winst. De hogere winst moet wel opwegen tegen de hogere energiekosten. 15 a 2, , , , = 0, J mol 1 b Er komt energie vrij; het is dus een exotherme reactie. c Doordat de reactie exotherm is, komt er warmte vrij. Een warmtewisselaar zorgt dat de temperatuur toch constant kan blijven. d Dit duurt te lang. e Door ze af te koelen. et water zal als eerste condenseren, vervolgens het ethanol. f 1 etheen, 2 stoom, 3 ethanol, 4 water, 5 etheen, 6 ethanol, 7 etheen 3 Kosten 16 a vaste kosten: afschrijving fabriek, pacht grond, personeel variabele kosten: energie en grondstoffen b De vaste kosten zijn onafhankelijk van de hoeveelheid product. Als de productie hoog is, zijn de vaste kosten per product dus laag. 44

47 Uitwerkingen oofdstuk a verkoop per werknemer verkoop per werknemer Duitsland 156, = Spanje 38, = Frankrijk 83, = België 34, = Rusland 56, = Ierland 24, = Nederland 55, = Polen 12, = Italië 52, = Rest 9, = Engeland 46, = b Moderne installaties met minder personeel staan in hoogontwikkelde landen zoals bijvoorbeeld Nederland, België en Duitsland. Verouderde installaties hebben meer personeel nodig, zoals in bijvoorbeeld Engeland, Italië en Rusland. 18 a aan haven b aan haven en bij energiecentrale c aan haven d aan haven e bij grondstoffen (mijnen) 19 a N N b 2 N N 2 c N 2 N d In verhouding is er te weinig zuurstof, waardoor koolstofmono-oxide in plaats van koolstofdioxide kan ontstaan. +20 a een mengsel van koolstofmono-oxide en waterstof b ( ) n (s) + n (l) 6 n + 6 n De verhouding : is dus inderdaad 1 : 1. c n + 2 n ( ) n + n (l) d De verhouding moet 1 : 2 zijn; er moet dus extra waterstofgas worden toegevoegd. e Een reactie waarbij grote moleculen tot kleine moleculen worden afgebroken. f mdat de samenstelling van het biosyngas anders is dan de samenstelling van het syngas en omdat vervuilende stoffen zoals sulfides aanwezig zijn. g Een katalysator versnelt processen zonder verbruikt te worden. h Dit is veel efficiënter. i Er wordt onderzoek gedaan naar een nieuw proces. 4 Groene productieprocessen 21 Volgens Binas tabel 97F: praktische massa gewenste reactieproduct rendement = theoretische massa gewenste reactieproduct 100% massa gewenste reactieproduct atoomeconomie = 100% massa beginstoffen massa beginstoffen massa gewenste product E-factor = massa gewenste product 45

48 Uitwerkingen oofdstuk 11 of volgens Binas tabel 37: m product atoomeconomie = m 100% beginstoffen praktische opbrengst rendement = theoretische opbrengst 100% E-factor = m m beginstoffen werkelijke opbrengst product m werkelijke opbrengst product 2, g 22 a theoretische opbrengst: 46,07 g mo l = 1 4,3 105 mol ethanol Dit komt overeen met 4, mol ethylethanoaat. 4, mol 88,10 g mo l 1 = 3, g = 38 ton 31 ton rendement = 100% = 81% 38 ton 88,10 b 100% = 83,02% 60, ,07 (60, ,07) (0,81 88,10) c = 0,49 0,81 88,10 d et rendement en de atoomeconomie zijn redelijk hoog, de E-factor is laag, het proces is dus vrij groen. e Nee, de betrokken stoffen bij de reactie blijven hetzelfde. 20 g 23 theoretische opbrengst: 1 = 0,43 mol ethanol 46,07 g mo l Dit komt overeen met 0,43 mol ethaanzuur. 0,43 60,05 = 26 g rendement = 18 g 100% = 69% 26 g 1, g 24 a theoretische opbrengst: 159,69 g mo l = 1 6, mol ijzer(iii)oxide Dit komt overeen met 6, = 1, mol Fe. 1, mol 55,85 g mol 1 = 7, g = 7, kg 5670 kg rendement = 100% = 81% 7, kg 55,85 2 b 100% = 45,83% 159,7 + 28,01 3 (159,7 + 28,01 3) (0,81 55,85 2) c = 1,7 0,81 55,85 2 d et rendement is hoog, maar de atoomeconomie is laag. De E-factor is wel laag, het proces is niet zo groen door de lage atoomeconomie. 25 Bij de productie van geneesmiddelen worden meestal veel bijproducten gevormd. 42,08 26 a 100% = 70,02% 60,09 b katalysator 27 a De dubbele binding wordt verbroken. b 100% c Er is maar één reactieproduct, dus alle atomen van de beginstoffen komen in het product terecht. 2 98, a proces 1: 100% = 44,15% 2 78, ,00 98,056 proces 2: 100% = 64,47% 56, ,00 b De atoomeconomie van proces 2 is hoger; er ontstaat dus minder afval. 46

49 Uitwerkingen oofdstuk a atoomeconomie b gebruik van hernieuwbare grondstoffen c katalyse d gebruik van hernieuwbare grondstoffen en katalyse 30 a 2 (s) b (l) c F e 2 3 (l) + 3 Fe(l) d ntwikkelen van minder schadelijke chemische stoffen, er ontstaat minder koolstofdioxide. Energie-efficiënt ontwerpen, het nieuwe procedé levert een energiebesparing op. Reacties in weinig stappen, voorbewerking van de kolen en het ijzererts is niet nodig. 31 a Men spreekt over groene chemie als het een proces betreft dat energiezuinig(er) is en minder afval/ nevenproducten geeft. b een cluster van slechts een paar gouddeeltjes c et gaat slechts om enkele atomen. d et goud is een katalysator en een katalysator versnelt een proces zonder daarbij verbruikt te worden. e Er werd lang gedacht dat er geen reacties meer mogelijk waren. f et is actief bij lage temperaturen en in water. g Door reacties bij lage temperatuur uit te voeren, wordt veel energie bespaard. h De industriële processen moeten nog worden gerealiseerd. i Biobrandstoffen 32 voordelen: hernieuwbaar en 2 -neutraal nadelen: concurrentie met de voedselproductie en er is veel grond nodig 33 Maïs: eerste generatie. Biobrandstoffen van de eerste generatie zijn gebaseerd op suikers, zetmeel, plantaardige olie of dierlijke vetten, die worden omgezet in brandstoffen. et gaat hier meestal om brandstoffen gemaakt uit voedselgewassen. Stro: tweede generatie. Stro is niet aan voedsel gerelateerd dat vrijkomt bij de verbranding van de brandstoffen, wordt door de gewassen opgenomen bij het groeien. 35 Er is veel grond voor nodig en er kan minder voedsel geproduceerd worden. +36 a De vetten in de plantaardige olie worden omgezet in de methylesters van de vetzuren. b 3 (l) + (aq) 3 (aq) + (l) 37 a de vorming van glucose en zuurstof uit koolstofdioxide en water in groene planten onder invloed van zonlicht b (l) (s) c (s) (l) d de directe vorming van ethanol door de gemodificeerde blauwalgen, zonder de omweg via biomassa en de omzetting van glucose e De blauwalg heeft 2 nodig. De 2 die vrijkomt bij de vorming van ethanol, wordt dus weer door de blauwalgen opgenomen. f ethanol: (l) 2 5 (l) melkzuur: (l) (l) etheen: (l) 2 4 (l)

50 Uitwerkingen oofdstuk 11 g 3 h Er vindt steeds een verestering plaats tussen de hydroxygroep van het ene melkzuurmolecuul en de zuurgroep van het andere melkzuurmolecuul. ierdoor ontstaat een polyester. 38 a mdat het omzetten van sloophout in een gas een geschikte brandstof oplevert. b et is afkomstig van een hernieuwbare grondstof (hout). c d 2( ) n + 7n 9n 2 + 2n 4 + n + 15n e Anders treedt verbranding op en houd je geen brandbare gassen meer over. f g 0, J mol 1 3, J mol , J mol 1 = 2, J mol 1 h et gas door kalkwater leiden, het 2 zal met het kalkwater reageren. i et vergassen kost energie, het methaneren levert energie op. 39 a (l) b (s) + 2 (l) 2 3 (l) c d Er is geen pijl voor de basische oplossing naar een van de blokken getekend. e Je kunt het mengsel sterk afkoelen, want koolstofdioxide heeft een hoger kookpunt dan waterstof. 300 km f 110 km k g = 2,7 kg 1 2 2, g 2,016 g mo l = 1 1,3 103 mol iervoor is 1,3 103 = 1, mol glucose nodig. 1, mol 180,2 g mol 1 = 2, g = 20 kg glucose g Bij de vorming van biomassa is 2 vastgelegd, het proces is dus vrijwel 2 -neutraal. De productie van waterstof door elektrolyse kost meer energie dan door de waterstof kan worden geleverd. 40 a (s) (l) b c vanderwaalsbinding d In komt één =-binding voor, in komen twee =-bindingen voor. In totaal komen dus vier =-bindingen voor in het molecuul. 48

51 Uitwerkingen oofdstuk 11 e (l) + (l) f Wanneer meer stoom reageert, ontstaan meer en 2 en dus ook minder. g Bij een hogere temperatuur verloopt de reactie sneller en zal dus per tijdseenheid meer methanol worden geproduceerd. h ( , ,3) ( , ) = ton of , = ton 41 eindopdracht Twee productieprocessen voor titaandioxide T i 2 Leg tabel 10 en jullie advies voor aan je docent. 49

52

53

54 olofon Auteurs Aonne Kerkstra (Technische Universiteit, Delft) Tessa Lodewijks (Bernardinuscollege, eerlen) Toon de Valk (d ultremontcollege, Drunen) Eindredactie Aonne Kerkstra (Technische Universiteit, Delft) Redactie Ivonne ermens Tekst Totaal, Eindhoven ntwerp Uitgeverij Malmberg, Den Bosch pmaak PPMP Prepress, Wolvega Lithografie The APS Group, Eindhoven Beeldverwerving Daliz, Den aag Illustraties Erik Eshuis ISBN Eerste editie, eerste oplage Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16b Auteurswet 1912 j het Besluit van 20 juni 1974, St.b. 351, zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985, St.b. 471, en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus 3051, 2130 KB oofddorp). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dient men zich tot de uitgever te wenden. Malmberg s-ertogenbosch 52

55

56 AUTEURS Aonne Kerkstra Tessa Lodewijks Toon de Valk EINDREDATIE Aonne Kerkstra ISBN