NATIONALE SCHEIKUNDEOLYMPIADE CORRECTIEMODEL VOORRONDE 2 af te nemen in de periode van 30 maart tot en met 3 april 205 Deze voorronde bestaat uit 20 meereuzevragen verdeeld over 7 onderwerpen en 3 opgaven met in totaal 8 open vragen. De maximumscore voor dit wer bedraagt 94 punten (geen bonuspunten). Benodigde hulpmiddelen: reenapparaat en BINAS 5 e dru Bij ele vraag is het aantal punten vermeld dat een juist antwoord op die vraag oplevert. Bij de correctie van het wer moet bijgaand antwoordmodel worden gebruit. Daarnaast gelden de algemene regels, zoals die bij de correctievoorschriften voor het CE worden verstret.
Opgave Meereuzevragen (totaal 40 punten) per juist antwoord: 2 punten D 2 D Reenen De molverhouding Mg : P : O = 2,9 27,7 50,4 : : 0,90:0,894:3,5 2:2:7 24,3 30,97 6,00. 3 Als de molaire massa van het gas M is, is het aantal mol n. Uit de ideale gaswet, M RT 8,34 (273 + 80) pv = nrt, volgt dan M 3 3 38 gmol. pv 5 3 5,0,00 2,0 0 Dat is de molaire massa van fluor, F 2. Analyse 3 E Propanon is te herennen aan de pie bij circa 700 cm (C = O stre). Benzeen is te herennen aan de pie bij circa 800 cm (C H buig uit vla, aromaat). Ethanol is te herennen aan de pie bij circa 3600 cm (O H stre). 4 B Bij een langere verblijftijd in de olom treedt pieverbreding op. Er is dezelfde hoeveelheid geïnjecteerd, dus moet het pieoppervla hetzelfde zijn, dus rijg je lagere pieen. 5 D Structuren en formules 6 C De eletronenformule is: 7 A Rubidium staat in periode 5, dus het hoofdquantumgetal n = 5. Verder staat rubidium in groep I, dus het nevenquantumgetal l = 0. Dan is het magnetisch quantumgetal m l oo 0. Het spinquantumgetal m s an + of ½ zijn. 8 B Een ideaal gas is een gas waarin de moleculen geen volume innemen en geen invloed op elaar uitoefenen. Hoe hoger de dru, hoe minder de afmetingen van de moleculen te verwaarlozen zijn. Hoe lager de temperatuur hoe sterer de rachten die de moleculen op elaar uitoefenen. 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde 2 Scoringsvoorschrift meereuzevragen 2
ph / Zuur-base 9 C Alleen F is de geconjugeerde base van een zwa zuur en dus zelf een (zwae) base. Br, Cl en I zijn geen basen. 0 B Dichloorazijnzuur is CHCl 2 COOH; K z = 5,0 0 2. Dus als x mol is geïoniseerd, is D 2 B 2 x 2 5,0 0. Dit levert x = 0,078, dus het percentage dat is geïoniseerd, is 0,20 x 0,078 2 0 39% 0,20. aantal mol zuur Er geldt [H3O ] Kz. Omdat de molariteiten gelij zijn, wordt dit aantal mol base aantal ml zuur [H 3,00 [H3O ] Kz, dus 3O ] aantal ml zuur 0,79. aantal ml base aantal ml base K 4 z 5,6 0 Tevens geldt aantal aantal ml zuur + aantal ml base = 250. Dit levert aantal ml zuur = 60 en aantal ml base = 90. Redox en eletrolyse Voor het ontstaan van,0 g Al is Voor het ontstaan van,0 g Cu is Voor het ontstaan van,0 g Na is,0(g) 26,98(g mol ),0(g) 63,55(g mol ),0(g) 22,99(g mol ) 3 0, mol eletronen nodig. 2 0,03 mol eletronen nodig. 0,043 mol eletronen nodig. Voor het ontstaan van,0 g Cu is dus het leinste aantal eletronen nodig. Bij gelije stroomsterte gaat dat het snelst. 3 E V + 2+ bron VH /H VZn /Zn 0,64 V ; V 2+ Zn /Zn 0,76 V, dus 2 V + H /H 0,64+( 0,76) 0,2 V. Dus 0,00 + 2 +2 0,059 log[h ] 2 = 0,2 of log[h + ] = 0,2 0,059 = 2,03. 4 A Per mol O 2 wordt 4 mol eletronen opgenomen, dus n = 5 4 = 20. 0 6 0 Dus rg 2,0 Vbron V,09 V. nf 4 20 9,649 0 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde 2 Scoringsvoorschrift meereuzevragen 3
Reactiesnelheid en evenwicht 5 A De langzaamste stap is snelheidsbepalend. En voor dit mechanisme geldt voor de eerste stap: s = [NO 2 ] 2. 6 D Temperatuursverhoging bevordert de endotherme reactie. Toevoegen van een vaste stof heeft geen invloed op de ligging van het evenwicht. Druverhoging bij constante temperatuur leidt tot volumeverleining; volgens het principe van van t Hoff en le Chatelier verschuift de ligging van het evenwicht dan naar de ant van het minste aantal deeltjes in de gasfase hier dus naar lins. 7 C Voor het evenwicht na(g) + mb(g) q r pc pd m n pa pb Kp qc(g) + rd(g) geldt dat q [C] [D] m [A] [B] ; K C = K p als n + m = q + r. Dat is het geval bij evenwicht II. r n K en c 8 G Koolstofchemie 9 C Het is een polyester, dus condensatiepolymeer. De stof is ontstaan uit één monomeer, namelij 3-hydroxypropaanzuur: 20 B Met methode I rijg je oo methoxymethaan en ethoxyethaan. 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde 2 Scoringsvoorschrift meereuzevragen 4
Open opgaven Opgave 2 De Volhardtitratie (totaal 54 punten) 26 punten Maximumscore Om te verhinderen dat ijzer(iii)hydroxide neerslaat. Opmering Wanneer een antwoord is gegeven als: In basisch milieu zou Ag + met OH unnen reageren (tot Ag 2 O). of In basisch milieu zou NH 4 + met OH unnen reageren (tot NH 3 dat met Ag + een complex zou unnen vormen). dit goed reenen. Maximumscore 3 Een voorbeeld van een juist antwoord is: Het equivalentiepunt wordt bereit als het oorspronelij aantal mol Ag + gelij is aan het aantal mol toegevoegd SCN. Dan moet, omdat alle reacties in de molverhouding : verlopen, in het equivalentiepunt de [Ag + ] gelij zijn aan het totaal van de concentraties van alle SCN bevattende deeltjes. het equivalentiepunt is bereit als het oorspronelij aantal mol Ag + gelij is aan het aantal mol toegevoegd SCN alle reacties verlopen in de molverhouding : dus moet in het equivalentiepunt de [Ag + ] gelij zijn aan het totaal van de concentraties van alle SCN bevattende deeltjes Maximumscore 4 Voorbeelden van een juiste bereening zijn: 2 Ks (AgSCN),0 0 [Ag ]= = [SCN ] [SCN ] 2, dit invullen in [Ag + ] = [SCN ] + [Fe(SCN) 2+ ] levert,0 0 = [SCN ] + 6,4 0 6, of [SCN ] 2 + 6,4 0 6 [SCN ],0 0 2 = 0. [SCN ] Dit levert [SCN ] =,5 0 7 mol L. De evenwichtsvoorwaarde van evenwicht 2 is: 2+ [Fe(SCN) ] [Fe ][SCN ],0 3+ 3 3 2+ 3 6 3+,0 [Fe(SCN) ],0 6,4 0 2 [Fe ] 4,6 0 7 7,5 0,5 0, dus mol L. [Ag + ] = [SCN ] + [Fe(SCN) 2+ ] invullen in de evenwichtsvoorwaarde van evenwicht levert ([SCN ] + [Fe(SCN) 2+ ])[SCN ]] =,0 0 2, dus [SCN ] 2 + 6,4 0 6 [SCN ],0 0 2 = 0. Dit levert [SCN ] =,5 0 7 mol L. De evenwichtsvoorwaarde van evenwicht 2 is: 2+ [Fe(SCN) ] [Fe ][SCN ],0 3+ 3 3 2+ 3 6 3+,0 [Fe(SCN) ],0 6,4 0 2 [Fe ] 4,6 0 7 7,5 0,5 0, dus mol L. 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 5
uitdruen van de [Ag + ] in de [SCN ]: het oplosbaarheidsproduct van AgSCN (bijvoorbeeld via Binas-tabel 46:,0 0 2 ) delen door de [SCN ] bereening van de [SCN ] in het equivalentiepunt: oplossen van de vierantsvergelijing [SCN ] 2 + 6,4 0 6 [SCN ],0 0 2 = 0 juiste evenwichtsvoorwaarde van evenwicht 2: (bijvoorbeeld via Binas-tabel 47:) 2+ [Fe(SCN) ] 3+ 3 [Fe ][SCN ],0 rest van de bereening of invullen van [Ag + ] = [SCN ] + [Fe(SCN) 2+ ] in de evenwichtsvoorwaarde van evenwicht bereening van de [SCN ] in het equivalentiepunt: oplossen van de vierantsvergelijing [SCN ] 2 + 6,4 0 6 [SCN ],0 0 2 = 0 juiste evenwichtsvoorwaarde van evenwicht 2: (bijvoorbeeld via Binas-tabel 47:) 2+ [Fe(SCN) ] 3+ 3 [Fe ][SCN ],0 rest van de bereening Maximumscore 6 Een voorbeeld van een juiste bereening is: Voor de titratie is nodig 50(mL) 0,050(mmol ml ) 0,0(mmol ml ) ml KSCN oplossing. De totale Fe 3+ concentratie is [Fe 3+ ] + [Fe(SCN) 2+ ] = 4,6 0 2 + 6,4 0 6 4,6 0 2 mol L. IJzer(III)ammoniumsulfaatdodecahydraat is Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2.2H 2 O; de molaire massa is 482,3 g mol. Dus aan het begin van de titratie moet worden toegevoegd: 50(mL) 0,050(mmol ml ) 2 3 50(mL) + 4,6 0 (mmol ml ) 0 (mol mmol ) 482,3(gmol ),7 g 0,0(mmol ml ) ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat. bereening van het aantal ml 0,0 M KSCN oplossing dat voor de titratie nodig is: 50 (ml) vermenigvuldigen met 0,050 (mmol ml ) en delen door 0,0 (mmol ml ) bereening van het volume van de oplossing die in het equivalentiepunt is ontstaan: het aantal ml 0,0 M KSCN oplossing dat voor de titratie nodig is, optellen bij 50 (ml zilvernitraatoplossing) bereening van het aantal mmol ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat dat aan het begin moet worden toegevoegd (is gelij aan het aantal mmol Fe 3+ dat aanwezig is in de oplossing die in het equivalentiepunt is ontstaan): het volume van de oplossing die in het equivalentiepunt is ontstaan vermenigvuldigen met de [Fe 3+ ] in de oplossing die in het equivalentiepunt is ontstaan (is het antwoord op de vorige vraag) juiste formule voor ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat: Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2.2H 2 O (eventueel impliciet) bereening van de molaire massa van ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat: (bijvoorbeeld via Binas-tabel 99:) 482,3 (g mol ) bereening van het aantal g ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat dat aan het begin van de titratie moet worden toegevoegd: het bereende aantal mmol ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat vermenigvuldigen met 0 3 (mol mmol ) en met de bereende molaire massa van ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 6
Indien in een overigens juist antwoord een onjuiste formule voor ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat is gebruit, die wel in overeenstemming is met de ladingen van de er in vooromende ionen maar geen 2 mol ristalwater per mol Fe 3+ heeft, zoals bijvoorbeeld Fe 2 (NH 4 ) 4 (SO 4 ) 5.2H 2 O (M = 880,4 g mol ) 5 Indien in een overigens juist antwoord een onjuiste formule voor ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat is gebruit, die niet in overeenstemming is met de ladingen van de er in vooromende ionen 4 Opmeringen Wanneer een onjuist antwoord op vraag 4 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 3, dit antwoord op vraag 4 goed reenen. Wanneer niet is vermeld dat de [Fe(SCN) 2+ ] in de oplossing die in het equivalentiepunt is ontstaan te verwaarlozen is ten opzichte van de [Fe 3+ ], dit niet aanreenen. Wanneer in een overigens juist antwoord een onjuiste formule voor ijzer(iii)ammoniumsulfaatdodecahydraat is gebruit, die wel in overeenstemming is met de ladingen van de er in vooromende ionen en 2 mol ristalwater per mol Fe 3+ heeft, zoals bijvoorbeeld Fe(NH 4 ) 3 (SO 4 ) 3.2H 2 O (M = 64,4 g mol ), dit goed reenen. Maximumscore 3 BH 4 + 3 H 2 O H 2 BO 3 + 8 H + + 8 e BH 4 en H 2 O voor de pijl H 2 BO 3, H + en e na de pijl juiste coëfficiënten Maximumscore 6 Een voorbeeld van een juiste bereening is: 50,00 0,978,36 0,052 250,0 3 0 53,94 8 50,00 0,3405 2 0 97,23% bereening van het aantal mmol Ag + en het aantal mmol SCN dat bij de bepaling is gebruit: 50,00 (ml) vermenigvuldigen met 0,978 (mmol ml ) respectievelij,36 (ml) vermenigvuldigen met 0,052 (mmol ml ) bereening van het aantal mmol Ag + dat met BH 4 heeft gereageerd: het aantal mmol SCN dat in de titratie is gebruit aftreen van het aantal mmol Ag + dat is toegevoegd bereening van het aantal mmol BH 4 dat met Ag + heeft gereageerd: aantal mmol Ag + dat met BH 4 heeft gereageerd delen door het aantal eletronen dat in de vergelijing van de halfreactie van BH 4 staat (zie het antwoord op vraag 5) bereening van het aantal mmol BH 4 in de 250,0 ml oplossing: het aantal mmol BH 4 dat met Ag + heeft gereageerd vermenigvuldigen met 250,0 (ml) en delen door 50,00 (ml) bereening van het aantal g KBH 4 in de onderzochte vaste stof: het aantal mmol BH 4 in de 250,0 ml oplossing vermenigvuldigen met 0 3 (mol mmol ) en met de molaire massa van KBH 4 (bijvoorbeeld via Binas-tabel 99: 53,94 g mol ) bereening van het massapercentage: het aantal g KBH 4 in de onderzochte vaste stof delen door 0,3405 (g) en vermenigvuldigen met 0 2 % Opmering Wanneer een onjuist antwoord op vraag 6 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 5, dit antwoord op vraag 6 goed reenen. 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 7
Maximumscore 3 Een voorbeeld van een juist antwoord is: Wanneer [Fe 3+ ] te lein is, is meer thiocyanaat nodig om de rode leur te zien. De hoeveelheid overgebleven Ag + wordt dan te hoog ingeschat en het aantal mmol Ag + dat met BH 4 heeft gereageerd te laag. Er wordt dus een te lage uitomst verregen. bij de titratie wordt teveel thiocyanaat toegevoegd de hoeveelheid overgebleven Ag + wordt dan te hoog ingeschat het aantal mmol Ag + dat met BH 4 heeft gereageerd wordt te laag ingeschat en conclusie Opgave 3 Atropisomeren 2 punten Maximumscore 2 In de moleculen van,2-dichloorethaan heerst vrije draaibaarheid rond de C C binding, daardoor gaat structuur I heel gemaelij over in structuur II en omgeeerd (zodat,2-dichloorethaan niet apart als structuur I of structuur II an bestaan). In de moleculen van S a en R a wordt (beneden een bepaalde temperatuur) de vrije draaibaarheid rond de enelvoudige binding tussen beide benzeenringen gehinderd door de grootte van de COOH en NO 2 groepen (hierdoor unnen beide isomeren wel als aparte stof bestaan). er heerst vrije draaibaarheid rond enelvoudige bindingen in de moleculen van S a en R a is sprae van sterische hindering ten gevolge van de grootte van de COOH en NO 2 groepen Opmering Wanneer het ontbreen van vrije draaibaarheid rond de enelvoudige binding tussen beide benzeenringen wordt verlaard door de aanwezigheid van waterstofbruggen, dit goed reenen. Maximumscore Voorbeelden van een juist antwoord zijn: Het zijn spiegelbeeldisomeren. Het zijn dissymmetrische moleculen. Opmering Wanneer het antwoord: Het zijn asymmetrische moleculen. is gegeven, dit goed reenen. Maximumscore 3 Een voorbeeld van een juist antwoord is: Omdat S a en R a elaars spiegelbeeld zijn, mag je verwachten dat de absolute waardes van specifiee draaiingen van beide isomeren aan elaar gelij zijn. Verder mag je verwachten dat er geen vooreur voor één van beide isomeren is, dus dat in het evenwicht [S a ] = [R a ]. Dan zal in de evenwichtstoestand de draaiingshoe van het gepolariseerde licht 0 zijn. de absolute waardes van de specifiee draaiingen van beide isomeren zijn aan elaar gelij in het evenwicht [S a ] = [R a ] conclusie Indien een antwoord is gegeven als: Als het evenwicht zich heeft ingesteld, veranderen [S a ] en [R a ] niet meer. De draaiingshoe van het gepolariseerde licht blijft dan constant. 2 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 8
Maximumscore 3 Een voorbeeld van een juiste bereening is: [S a] 0 Voor een eerste orde reactie geldt: ln t. Als de halveringstijd is verstreen, is [S a ] ln2 0,693 [S a ] =½[S a ] 0, dus ln 2 = t 4 /2 of 6,9 0 s. t 3,0 0 /2 notie dat na de halveringstijd [S a ] = ½[S a ] 0 ln 2 = t /2 bereening van en juiste eenheid Maximumscore 2 Een voorbeeld van een juiste bereening is: 4 9,30 8,345 735 735K Ae 22 9 e 3,6 0 ; 4 9,30 300K Ae 8,345 300 ln2 oo geldt: 735K t/2(735k) t/2(300k), dus ln 2 300K t/2(735k) t (300K) /2 3,0 0 7 t/2(735k) 2,8 0 s. 9 3,6 0 bereening van de verhouding 735K : bereening van t /2 (735K) 300K 4 9,30 Ae 8,345 735 3,0 0 t/2(735k) delen door 9 3,6 0, of :,0 0 3 delen door de gevonden verhouding 735K 4 9,30 Ae 8,345 300 Maximumscore Een voorbeeld van een juist antwoord is: Alex heeft gelij: de halveringstijd voor de reactie S a R a aan het oppervla van Venus is zo lein dat de isomeren heel snel in elaar overgaan. 300K 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 9
Opgave 4 Olympisch vuur 6 punten Maximumscore 5 Een voorbeeld van een juiste bereening is: Als een reactie optreedt, moet Δ r G < 0 zijn; Δ r G = Δ r H T Δ r S, dus 5 5 5 rh ( 0,76 0 ) 2 ( 2,42 0 ) ( 3,935 0 ) T 962 K rs 87 2 89 24 4 3 notie dat Δ r H T Δ r S < 0 in de bereening van Δ r H alle vormingsenthalpieën juist verwert met het juiste teen in de bereening van Δ r S alle absolute entropieën juist verwert met het juiste teen in de bereening van Δ r H en Δ r S alle coëfficiënten juist verwert bereening van de minimale temperatuur: de bereende Δ r S delen op de bereende Δ r H Indien in een overigens juist antwoord de eenheid niet is vermeld of fout is 4 Maximumscore 2 Een voorbeeld van een juist antwoord is: Er is (ennelij in de aardorst) een atalysator aanwezig. Indien antwoord is gegeven als: Men heeft een atalysator toegevoegd. of Er wordt een atalysator gebruit. Indien een antwoord is gegeven als: Door het verbranden van het methaan omt de temperatuur boven de minimumtemperatuur van de reactie te liggen. 0 Maximumscore 4 Een juist antwoord an er als volgt uitzien: in SiO 2 3 alle bindende en niet-bindende eletronenparen juist geteend de structuur van het Si 2 O 2 5 ion juist in Si 2 O 2 5 alle bindende en niet-bindende eletronenparen juist geteend in beide structuurformules de ladingen op de juiste plaats Maximumscore 2 Voorbeelden van een juiste bereening zijn: 0,04 3 Uit de Fe balans volgt x 0,.,2 En y = 2 0, =,9. Uit de Mg balans volgt dat,2 y + 0,7 = 3, dus y =,9. En x = 2,9 = 0, bereening van x: 0,04 3,2 notie dat x + y = 2 moet zijn en bereening van y of opstellen van de vergelijing,2 y + 0,7 = 3 en bereening van y uit de verregen vergelijing notie dat x + y = 2 moet zijn en bereening van x 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen 0
Maximumscore 3 Voorbeelden van een juiste bereening zijn: De vergelijing van de redoxreactie waarbij waterstof wordt gevormd is: 2 Fe 2+ + 2 H 2 O 2 Fe 3+ + H 2 + 2 OH. In een mol Fe 3 O 4 omt 2 mol Fe 3+ voor, dus per mol Fe 3 O 4 dat ontstaat, zou één mol H 2 moeten ontstaan. De molverhouding : 2 lopt dus niet. De vergelijing van de redoxreactie waarbij waterstof wordt gevormd is: 2 Fe 2+ + 2 H 2 O 2 Fe 3+ + H 2 + 2 OH. In 0,04 mol Fe 3 O 4 omt 0,08 mol Fe 3+ voor, dan zou 0,04 mol H 2 moeten ontstaan. De molverhouding : 2 lopt dus niet. aantonen, bijvoorbeeld met behulp van een reactievergelijing, dat Fe 3+ en H 2 in de molverhouding 2 : ontstaan een mol Fe 3 O 4 bevat twee mol Fe 3+ rest van de uitleg en conclusie of aantonen, bijvoorbeeld met behulp van een reactievergelijing, dat Fe 3+ en H 2 in de molverhouding 2 : ontstaan 0,04 mol Fe 3 O 4 bevat 0,08 mol Fe 3+ rest van de uitleg en conclusie Indien een antwoord is gegeven als: Fe 2+ en H 2 O unnen (volgens Binas-tabel 48) niet met elaar reageren. Dan ontstaan magnetiet en waterstof niet in de molverhouding : 2. 0 36 e Nationale Scheiundeolympiade 205 Voorronde Scoringsvoorschrift open vragen