SCHEIKUNDEOLYMPIADE 2018

Transcriptie

1 SCHEIKUNDEOLYMPIADE 08 CORRECTIEMODEL VOORRONDE af te nemen in de periode van 9 tot en met maart 08 Deze voorronde bestaat uit 0 meerkeuzevragen verdeeld over 7 onderwerpen en opgaven met in totaal 6 open vragen. De maximumscore voor dit werk bedraagt 9 punten (geen bonuspunten). Benodigde hulpmiddelen: (grafisch) rekenapparaat en BINAS 6 e druk of ScienceData e druk. Bij elke vraag is het aantal punten vermeld dat een juist antwoord op die vraag oplevert. Bij de correctie van het werk moet bijgaand antwoordmodel worden gebruikt. Daarnaast gelden de algemene regels, zoals die bij de correctievoorschriften voor het CE worden verstrekt.

2 Opgave Meerkeuzevragen (totaal 40 punten) per juist antwoord: punten B Koolstofchemie B F 4 D Structuren en formules 5 B De lewisstructuur van I is. De lewisstructuren van II zijn:.. 6 G De dubbele bindingen tussen C en O en tussen C en C4 bestaan uit een σ-binding en een π-binding. Alle andere bindingen zijn σ-bindingen. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift meerkeuzevragen

3 7 A Aantal calciumionen in de eenheidscel: 8 8 Aantal oxide-ionen in de eenheidscel: 4 Aantal titaanionen in de eenheidscel: Dus de formule van de eenheidscel is CaTiO (in overeenstemming met de ladingen van de ionen), met massa 5,95 u, oftewel 5,95, kg. De ribbe van de kubus is r m. + r Dus de dichtheid is Ca 7 5,95,66 0, O kg m. ph / zuur-base 8 C Er ontstaat een bufferoplossing met 0,00 0,50 5,00 0,00 =,50 mmol HClO en 5,00 0,00 = 0,500 mmol ClO. + aantal mmol zuur,50 [HO ] Kz,0 aantal mmol geconjugeerde base 0,500 Dus,50 ph log,0,6 0, E Asp en Leu hebben bij ph = 7,0 netto een negatieve lading. Lys heeft bij bij ph = 7,0 netto een positieve lading. Redox en elektrolyse 0 C De reactievergelijking is CH OH +,5 O CO + H O Per mol O wordt 4 mol elektronen opgenomen, dus n =,5 4 = 6. Dus V G 7,0 0, V. nf 6 9, r bron V 4 B Zilver is een niet-onaantastbare elektrode en treedt op als reductor; in aanwezigheid van Cl wordt AgCl gevormd. Dit gebeurt aan de positieve elektrode. H O is in deze oplossing de sterkste oxidator, die reageert dus aan de negatieve elektrode. C Reactiesnelheid en evenwicht ln ln k = = 0,46 uur t,5 / Als 94% van de beginstof is omgezet, is nog 6% over, dus t [A] 0 ln ln [A] 0,06 k 0,46 0 6, uur. [A] 0 = [A] 0,06 en 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift meerkeuzevragen

4 B In het begin zijn de partieeldrukken van SO, O en SO respectievelijk, ,78 0 = 5,9 0 Pa,00,, ,78 0 =,59 0 Pa en 0 Pa.,00 Stel dat de partieeldruk van O afneemt met x Pa, dan neemt die van SO af met x Pa en die van SO toe met x Pa. Dus is in het evenwicht p SO =(5,9 0 5 x) Pa, p O =(,59 0 ) 5 x Pa en SO De totale druk in het evenwichtsmengsel is 5, Pa, dus geldt (5,9 0 5 x) + (, x) + x = 5, Dat levert x =, 0 5 Pa. Dus in het evenwicht is p, SO =(5,9 0, 0 ) = 0,55 0 Pa p O =(,59 0, 0 ) = 0,7 0 Pa en p = 5 5 SO, 0 = 4,64 0 Pa. p = x Pa. Dus K ( p ) (4,64 0 ) (Pa) 5 SO p=,6 0 Pa 5 5 ( pso ) p O (0,55 0 ) (Pa) 0,7 0 (Pa). 4 B In proef is de reactiesnelheid twee keer zo groot als in proef. De [BrO ] in proef is twee keer zo groot als in proef, terwijl de overige concentraties hetzelfde zijn, dus x =. In proef is de reactiesnelheid drie keer zo groot als in proef. De [Br ] in proef is drie keer zo groot als in proef, terwijl de overige concentraties hetzelfde zijn, dus y =. In proef 4 is de reactiesnelheid,5 keer zo groot als in proef. De [H + ] in proef 4 is,5 keer zo groot als in proef, terwijl de overige concentraties hetzelfde zijn, dus z =. Analyse 5 D In het equivalentiepunt geldt,60x + 4,9 = 4,950x,07. Hieruit volgt x = 0,976. Dus na toevoegen van 0,976 mmol H O + is het equivalentiepunt bereikt. Dan heeft ook 0,976 mmol OH gereageerd. De molariteit van het natriumhydroxide was dus: 0,976 00,6 M. 5,00,00 6 B Er zijn drie soorten H atomen: de H atomen aan C atoom, de H atomen aan C atoom en de H atomen aan C atoom 4, dus drie signalen. De H atomen aan C atoom hebben geen buren, het signaal dat bij de H atomen hoort, is dus een singlet. De H atomen aan C atoom hebben drie buren, het signaal dat bij de H atomen hoort, is dus een quadruplet. De H atomen aan C atoom 4 hebben twee buren, het signaal dat bij de H atomen hoort, is dus een triplet. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift meerkeuzevragen 4

5 Rekenen en Thermochemie 7 D De reactie is Cr + + e Cr. Dus het aantal gram chroom is: 0,50(Cs ),5(uur) 600(s uur ) 4 9,65 0 (Cmol ) 5,00(gmol ),g 8 C 00 C is 7 K,,00 atm is,0 0 5 Pa en 0,5 g dm is 0,5 0 g m. Stel de molaire massa is M g mol, dan zit in,00 m van het gas Volgens de ideale gaswet geldt pv = nrt of,0 0 5,00 = 0,5 0 M 8,4 7 6,0 g mol 5,00,00 Dat is de molaire massa van methaan, CH ,5 0 M 0,5 0 M mol. 8,4 7 of 9 D,00 L heeft een massa van,57 0 g en bevat 0,75,57 0 g zuur. De molaire massa van het zuur is dus M 0,75, gmol. Het zuur is dus H PO 4. 0 B Voor de reactie ½ O + e O geldt ΔH = 0,5 90 kj mol voor de reactie ½ O O geldt ΔH = 0,5 498 kj mol dus voor de reactie O + e O geldt ΔH = 0,5 90 0,5 498 kj mol en voor de reactie O + e O geldt ΔH = 0,5 90 0, = 4 kj mol. Zie onderstaand energiediagram. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift meerkeuzevragen 5

6 Open opgaven Opgave Lachgas Maximumscore Voorbeelden van een juist antwoord zijn: (totaal 5 punten) punten volgorde NNO juist getekend acht elektronenparen juist getekend formele ladingen juist geplaatst Indien het antwoord is gegeven Maximumscore Een voorbeeld van een juist antwoord is: De vormingsenthalpie van N O is + 0, J mol, dus ΔH van de ontledingsreactie is negatief. Bij de reactie neemt het aantal mol gas toe, dus ΔS > 0. (Dat betekent dat ΔG voor alle temperaturen negatief is.) Dus is het een aflopende reactie. uitleg dat ΔH van de reactie negatief is uitleg dat ΔS van de reactie positief is conclusie Maximumscore 4 Een voorbeeld van een juiste berekening is: TT k T Ea R ln 8,4 ln 6,4 8,7 0 T T k T 98 8 J mol. juiste waarde voor R in de formule gebruikt juiste waardes voor de temperaturen in de formule gebruikt 6,4 in de formule gebruikt voor de verhouding tussen de reactieconstantes juiste eenheid genoteerd in het antwoord Maximumscore Een voorbeeld van een juist antwoord is: De activeringsenergie van stap met Fe als katalysator is groter dan met Co als katalysator (omdat ln 7,9 groter is dan ln 6,4). De ontleding van lachgas met Co als katalysator verloopt dus sneller. de activeringsenergie van stap met Fe als katalysator is groter dan met Co als katalysator conclusie Indien als antwoord is gegeven dat de ontleding met Co als katalysator sneller verloopt, zonder redenering of met een onjuiste redenering 0 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 6

7 Opgave Potentiometrische titratie Maximumscore ΔV = V opl V ref = 0,85 V 0 V ref = V 0,4 V + Cu/Cu Dus V opl = 0,85 + 0,4 =,9 V. punten ΔV = V opl V ref = 0,85 V 0 V ref = V 0,4 V + Cu/Cu rest van de berekening Maximumscore De potentiaal in het titratievat wordt bepaald door het halfreactie-evenwicht Fe + Fe + + e Voor de potentiaal in het titratievat geldt dus: + [Fe ] [Fe ] V 0,77 + 0,059log 0,77 + 0,059log 0,95 V. notie dat de potentiaal in het reactievat wordt bepaald door het evenwicht Fe + Fe + + e juiste uitdrukking voor de wet van Nernst voor dit evenwicht rest van de berekening Maximumscore 4 vergelijking voor het ontstaan van Fe + in de oplossing: Fe + H + Fe + + H vergelijking voor het ontstaan van Fe + in de oplossing: Fe O + 6 H + Fe + + H O in de vergelijking voor het ontstaan van Fe + Fe en H + voor de pijl en Fe + en H na de pijl juiste coëfficiënten in de vergelijking met juiste formules voor het ontstaan van Fe + in de vergelijking voor het ontstaan van Fe + Fe O en H + voor de pijl en Fe + en H O na de pijl juiste coëfficiënten in de vergelijking met juiste formules voor het ontstaan van Fe + Maximumscore 4 + [Fe ] Voor evenwicht geldt: K + [Fe ][Cl ] Voor evenwicht geldt: + + [Fe ][Ag ] K + [Fe ] Voor evenwicht 4 geldt: K 4 [Ag ][Cl ] [Fe ][Ag ] [Fe ] Dus K K4 K [Fe ] [Ag ][Cl ] [Fe ][Cl ] + juiste evenwichtsvoorwaarde voor evenwicht juiste evenwichtsvoorwaarde voor evenwicht juiste evenwichtsvoorwaarde voor evenwicht 4 conclusie 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 7

8 Maximumscore Een voorbeeld van een juist antwoord is: K K 4 0 s, AgCl,8 0 9 Dus K 0,,7 0. 0,8 0 juiste berekening van K 4 juiste berekening van K Indien K is berekend met behulp van de V 0 van de halfreactie Fe Fe + V 0 van de halfreactie Ag + Cl AgCl + e leidend tot het antwoord + e en de (0,77 0,) 0, , 0 Opmerking Wanneer een onjuist antwoord op vraag 9 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 8, dit antwoord op vraag 9 goed rekenen. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 8

9 Maximumscore 6 Voorbeelden van een juiste berekening zijn: (67 0, 0, ,85) 59,69 48 mg Fe O 6,00 en Stel het aantal mg Fe op x en het aantal mg Fe O op y, dan geldt: x + y = 67 en x y 0, 0, ,85 59,69 Oplossen van dit stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden levert y = 48 mg Fe O. berekening van het aantal mmol Fe + dat in de oplossing aanwezig was (is gelijk aan het aantal mmol Ce 4+ dat heeft gereageerd): 0, (ml) vermenigvuldigen met 0,0905 (mmol ml ) berekening van het aantal mg Fe deeltjes dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was (is gelijk aan het aantal mg Fe + dat in de oplossing aanwezig was): het aantal mmol Fe + dat in de oplossing aanwezig was, vermenigvuldigen met de massa van een mmol Fe (55,85 mg) berekening van het aantal mg O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was: het aantal mg Fe deeltjes dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was, aftrekken van 67 berekening van het aantal mmol O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was: het aantal mg O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was, delen door de massa van een mmol O (6,00 mg) berekening van het aantal mmol Fe O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was: het aantal mmol O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was, vermenigvuldigen met / berekening van het aantal mg Fe O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was: berekening van het aantal mmol Fe O dat in het geroeste stukje ijzer aanwezig was, vermenigvuldigen met de massa van een mmol Fe O (59,69 mg) of berekening van het aantal mmol Fe + dat in de oplossing aanwezig was (is gelijk aan het aantal mmol Ce 4+ dat heeft gereageerd): 0, (ml) vermenigvuldigen met 0,0905 (mmol ml ) berekening van het aantal mmol Fe en het aantal mmol Fe O : x delen door de massa van een mmol Fe (55,85 mg) en y delen door de massa van een mmol Fe O (59,69 mg) berekening van het aantal mmol Fe + dat uit het Fe O is ontstaan: het aantal mmol Fe O vermenigvuldigen met opstellen van de vergelijking x + y = 67 x y opstellen de vergelijking 0, 0, ,85 59,69 berekenen van y uit de verkregen vergelijkingen 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 9

10 Opgave 4 Methamfetamine 7 punten Maximumscore elektrofiele substitutiereactie elektrofiel substitutiereactie Maximumscore 4 Een juist antwoord kan er als volgt uitzien: in de eerste structuur de dubbele bindingen in de benzeenring juist in de tweede structuur de dubbele bindingen in de benzeenring juist in de derde structuur de dubbele bindingen in de benzeenring juist in alle structuren de ladingen op de juiste plaats en rest van de formule juist Maximumscore 5 juiste structuurformule van A juiste structuurformule van B juiste structuurformule van C Indien in een overigens juiste antwoord als structuurformule van A de structuurformule van propanon is gegeven 4 Indien in een overigens juist antwoord als structuurformule van B de (structuur)formule van ammoniak is gegeven 4 Opmerkingen Wanneer als structuurformule van A de structuurformule van broompropanon is gegeven, dit goed rekenen. Wanneer voor C de formule H is gegeven, dit niet aanrekenen. Maximumscore Voorbeelden van een juist antwoord zijn: Een amine is een base. Het stikstofatoom heeft een vrije elektronenpaar. Het stikstofatoom kan een H + binden. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 0

11 Maximumscore 4 Het evenwicht kan als volgt worden opgeschreven: RNH + H O RNH + + OH Hiervoor geldt: K b + + [RNH ][OH ] [RNH, dus ] Kb [RNH] [RNH] [OH ] + 9,9 poh (4,00 ph) 9,5 [RNH [OH ] ] 0, dus 0,4. 9,5 [RNH] 0 Dus het percentage dat geprotoneerd aanwezig is, is juiste evenwichtsvoorwaarde, bijvoorbeeld genoteerd als 0,4 00% 0 %,4. K b + [RNH ][OH ] [RNH] berekening van de [OH ]: 0 (4,0 4,5) berekening van de verhouding omrekening van de verhouding + [RNH ] [RNH] + [RNH ] [RNH] naar het percentage dat geprotoneerd voorkomt Maximumscore Voorbeelden van een juist antwoord zijn: Het methamfetamine heeft een pk b = 4, en zal dus in licht zure oplossingen geprotoneerd aanwezig zijn Het geprotoneerde methamfetamine heeft een pk z = 9,9 en zal dus in licht zure oplossingen geprotoneerd aanwezig zijn Opmerkingen Wanneer een antwoord is gegeven als De aminestikstof heeft een pk b = 4, en zal dus in licht zure oplossingen geprotoneerd aanwezig zijn, dit goed rekenen. Wanneer een antwoord is gegeven als De geprotoneerde aminestikstof heeft een pk z = 9,9 en zal dus in licht zure oplossingen geprotoneerd aanwezig zijn, dit goed rekenen. 9 e Nationale Scheikundeolympiade 08 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen