SCHEIKUNDE 4 HAVO UITWERKINGEN

SCHEIKUNDE 4 HAVO UITWERKINGEN Auteurs Tessa Lodewijks Toon de Valk Eindredactie Aonne Kerkstra Eerste editie Malmberg s-hertogenbosch www.nova-malmberg.nl

2 Bindingstypen Praktijk Water, een bruggenbouwer vragen 1 a De soortelijke warmte geeft het aantal Joule weer om 1 kg van de stof 1 graad in temperatuur te laten veranderen. b Overdag neemt water warmte op die het s nachts weer afstaat. Hierdoor stijgt overdag de temperatuur niet te veel en daalt de temperatuur s nachts ook niet te veel. c Water kan heel veel warmte (energie) opnemen zonder veel in temperatuur te veranderen. Dus water slaat per graad temperatuurverandering veel warmte (energie) op. d De soortelijke warmte van tetra is 0,84 J per g per K, dus voor 20,9 miljoen J en een 20,9 miljoen temperatuurverandering van 5,0 K is nodig 5,0 miljoen g = 5000 kg tetra. 0,84 5,0 2 a Een vaste stof heeft meestal een grotere dichtheid omdat de deeltjes in de vaste fase dichter op elkaar zitten. b In de vaste fase heeft water in zijn kristalstructuur grote open ruimtes zitten. c Dichtheid water is 0,998 g cm -3, dichtheid ijs is 0,917 g cm -3. De verhouding is water : ijs = 1 : 0,92. Dus de 10% boven water ten opzichte van 90% onder water komt daarmee aardig overeen. 3 a In DNA vormen de basen twee aan twee H-bruggen met elkaar: adenine (A) met thymine (T) 2 H- bruggen en guanine (G) met cytosine (C) 3 H-bruggen. b De H-bruggen zijn aangegeven met de stippellijntjes. c De NH-groep in adenine is H- brug vormend en de N in de ring is H-brug ontvangend. De dubbelgebonden O in thymine is H-brug ontvangend en de NHgroep is H-brug vormend.in guanine is de dubbelgebonden O H-brug ontvangend en is de NH in de ring en de NH-groep H-brug vormend. In cytosine is de dubbelgebonden O en de N in de ring H-brug ontvangend en is de NH-groep H-brug vormend.

4 a De kracht waarmee de deeltjes aan een vloeistofoppervlak elkaar aantrekken. b toepassing 5 a De dichtheid van ijs is 0,917 g cm -3 = 917 kg m -3. b Temperatuur ( C) Dichtheid (kg m -3 ) 0 917 (ijs) 0 999,8 (water) 4 1000,0 5 1000 10 999,8 15 999,2 20 998,3 25 997,1 30 995,7 35 994,1 40 992,3 45 990,2 50 988 55 986 60 983 65 980 70 978 75 975 80 972 85 968 90 965 95 962 100 958 c

d De dichtheid van waterdamp is 0,598 kg m -3. e Deze waarde is een factor 2000 kleiner dan de dichtheden van ijs en water, is dus niet in te passen in de grafiek. f Tussen 0 en 4 C worden de restanten van het kristalrooster afgebroken en komen de deeltjes dichter op elkaar te zitten. g Door de toenemende temperatuur gaan de deeltjes meer bewegen en nemen daardoor meer ruimte in. Ze komen gemiddeld minder dicht op elkaar te zitten. h Voer na de goedkeuring van het werkplan de proef uit en maak een verslag. i Bij metingen treedt vaak warmteverlies naar de omgeving op. Hierdoor lijkt het alsof je meer energie nodig hebt. Praktijk De vele gezichten van koolstof vragen 1 a grafiet, diamant, buckyball, nanobuisje en grafeen b grafiet, diamant, grafeen: C. Buckyball: C 60 c Overeenkomst: allemaal opgebouwd uit koolstofatomen. Verschillen: diamant heeft een tetraëderstructuur, grafeen en grafiet een lagenstructuur, buckyball een ringstructuur en nanobuisje een cilinderstructuur. 2 a Grafiet heeft tussen de lagen elektronen zitten die zich vrij kunnen bewegen (vergelijkbaar met de metaalbinding). Diamant heeft alleen maar atoombindingen, dus geen vrij bewegende elektronen. b Grafiet geleidt stroom, terwijl dit geen eigenschap is van niet-metalen, maar juist van metalen. c Het is een stof die relatief weinig voorkomt terwijl de vraag groot is. d De onderlinge afstand tussen de lagen in grafiet is relatief groot, groter dan de afstand tussen de atomen in diamant. Dus in diamant zitten de atomen dichter op elkaar. e Onder hoge druk en bij een hoge temperatuur worden de koolstofatomen in houtskool op elkaar geperst, waarbij uiteindelijk de structuur van diamant ontstaat. 3 a Nieuwe vormen zijn buckyball, nanobuisje en grafeen. b Ze hebben net als grafiet drie bindingen met andere koolstofatomen. c Buckyball heeft afwisselend zesringen en vijfringen. 4 a Grafeen heeft dezelfde structuur als elke laag in grafiet. b Grafeen heeft een zeer hoge treksterkte en geleidt elektrische stroom zeer goed. c Het is zeer moeilijk en ook zeer kostbaar om grafeen te maken in grote hoeveelheden. d eigen mening leerling 5 a koolstofdioxide b Leidt het gasmengsel door kalkwater, dit zal troebel worden. c 2 C2H5OH(l) + 2 Na(s) 2 C2H5ONa(s) + H 2(g) d C2H5ONa(s) 2 2 C(s) + NaOH(s) + 2 H (g) e Thermolyse, want het is een ontleding door middel van verhitting. f De zuurstof zal met hydrazine reageren tot stikstof en water.

toepassing 6 a Twee niet-metalen zullen een atoombinding vormen. b C(s) + H 2(g) 2 CH (s) c Grafeen heeft een lagenstructuur: alle koolstofatomen liggen daarbij in één vlak. d De verhouding waarin koolstof en waterstof reageren. Als die verhouding 1 : 1 is dan is de massaverhouding C : H = 12,01 : 1,008. Dus het massapercentage H is 1,008 100% 7,74%. 13,02 e Om grafaan weer in grafeen om te zetten is energie nodig (endotherm) dus de omzetting van grafeen in grafaan is exotherm. f 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H2O(l) g Bindingen tussen H-atomen in H 2 worden verbroken, bindingen tussen C en H-atomen worden gevormd. h Het totale proces is exotherm dus het vormen van de nieuwe bindingen levert meer op dan het kost aan verbreken van de oude bindingen. i In elke laag zijn alle C s gebonden aan drie andere C-atomen. Koolstof heeft echter vier valentieelektronen. Dat 4 e elektron kan vrij bewegen en zorgt voor de stroomgeleiding. j Atoombindingen en metaalbindingen: atoombindingen in de laag met de andere C-atomen, metaalbinding door de vrij bewegende elektronen. Theorie 1 Metalen 1 a Metalen geleiden de elektrische stroom en warmte; metalen hebben een glanzend uiterlijk als ze gepolijst zijn; metalen hebben meestal een hoog smeltpunt; metalen zijn goed vervormbaar; metalen kunnen goed gemengd worden met andere metalen als ze gesmolten worden. b Het zijn metalen met een kleine dichtheid. c Lichte metalen worden gebruikt om er vliegtuigen van te maken, verpakkingen/blikjes en chassis van auto s. d Magnesium is een brandgevaarlijk materiaal. Bij verhitting kan het ontbranden. +2 a Ring van 20 g: 14 20 12 g goud. 24 b De geelgouden ring bevat dus 12 g goud en 4 g zilver en 4 g koper. 3 a Vrijwel alle metalen zijn vast bij kamertemperatuur en hebben een vrij hoog smeltpunt. b De aantrekkingskracht tussen de vrij bewegende valentie-elektronen en de positieve atoomresten. +4 a De negatieve valentie-elektronen en de positieve atoomresten trekken elkaar aan. b De elektronen die aan de ene kant van de spanningsbron de draad verlaten komen er aan de andere kant van de spanningsbron via de draad weer in. c De vrij bewegende valentie-elektronen gaan heftiger bewegen, botsen meer waardoor de energie doorgegeven wordt. 5 a De metaallagen kunnen vrij gemakkelijk over elkaar heen bewegen. b Er zitten nu vreemde atomen in die groter (of kleiner) zijn. Hierdoor kunnen de lagen niet meer makkelijk over elkaar heen bewegen, ze komen een obstakel tegen.

6 a in edelheid van metalen b Het valentie-elektron bij rubidium zit verder weg van de positief geladen kern dan het valentie-elektron bij natrium. c Ze hebben twee valentie-elektronen. d 7 a Onedele metalen vormen een dof metaaloxidelaagje. b Bij polijsten verwijder je de oxidelaag. 8 a Door verhoging van de temperatuur neemt de warmtebeweging van de deeltjes toe. Uiteindelijk wordt de warmtebeweging zo sterk dat de vaste plaats verlaten wordt: de stof is aan het smelten. b Een legering is een mengsel en heeft dus een smelttraject terwijl een zuiver metaal een smeltpunt heeft. 2 Moleculaire stoffen en bindingen 9 a Ze zijn opgebouwd uit niet-metaalatomen. b Copyright betekent dat alleen die firma het mag maken. Anderen kunnen dan niet meer zonder ervoor te betalen het product ook maken. c Kevlar is een materiaal dat kogels kan tegenhouden en wordt verwerkt in kogelwerende vesten. 10 a De molecuulmassa kan berekend worden als de molecuulformule bekend is. b alkaan kookpunt in K aantal C c methaan 112 1 ethaan 185 2 propaan 231 3 butaan 273 4 pentaan 309 5 d Bij toenemend aantal C-atomen per molecuul krijg je een steeds sterkere vanderwaalsbinding tussen de moleculen en dus een steeds hoger kookpunt. 11 a molecuulrooster b suikerkristallen, ijskristallen c kristalrooster of atoomrooster d diamant, grafiet, buckyball of grafeen

12 a atoombindingen b Positieve atoomresten worden bijeengehouden door negatieve elektronenparen. c Het aantal elektronen dat een atoom nodig heeft wordt steeds aangevuld tot acht. Dat betekent dat er ook net zoveel atoombindingen gevormd worden als er elektronen nodig zijn. 13 naam symbool covalentie waterstof H 1 zuurstof O 2 fosfor P 3 broom Br 1 seleen Se 2 zwavel S 2 14 a b Fosfor heeft nog drie elektronen nodig om tot acht valentie-elektronen te komen, elke chloor nog één elektron. c 15 a d Fosfor bindt vijfcl-atomen, dus covalentie 5. b Ja, C heeft covalentie 4, H covalentie 1, N covalentie 3 en O covalentie 2. c CH4N2O(s) + H2O(l) 2 3 CO (g) + 2NH (g) d Ureum wordt afgebroken dus de atoombindingen moeten daarbij verbroken zijn. e Ja, want er ontstaan nieuwe moleculen dus ook nieuwe atoombindingen. +16 a H: covalentie 1, N: covalentie 3. b Je hebt maar één H-atoom dus onvoldoende om alle N-atomen te voorzien. c 17 a Zwavel bindt twee O-atomen en twee Cl-atomen, dus zeker al vier bindingen terwijl de covalentie van S 2 is. b c Uit één stof ontstaan twee nieuwe stoffen. d SO2Cl 2(l) 2 2 SO (g) + Cl (g) e Zuurstof heeft covalentie 2 dus zwavel zou covalantie 4 moeten hebben en niet de verwachte covalentie 2.

3 Polaire stoffen en materialen 18 a Een binding waarbij twee positieve atoomresten bijeengehouden worden door negatieve elektronenparen. b Een polaire atoombinding betekent dat het ene atoom in die binding harder aan het elektronenpaar trekt dan het andere atoom. H-H is een normale atoombinding, H-Cl is een polaire atoombinding omdat chloor sterker elektronegatief is en dus harder trekt aan het gemeenschappelijk elektronenpaar. 19 a Elektronegativiteit geeft de mate aan hoe hard een atoom aan een gemeenschappelijk elektronenpaar trekt. b H: elektronegativiteit 2,1 en I: elektronegativiteit 2,2. c Uit antwoord b blijkt dat er maar een zeer klein verschil is in elektronegativiteit. Daardoor is de H-Ibinding maar zeer zwak polair. 20 a Tussen O en H want daar is het verschil in elektronegativiteit het grootst. b Het centrum van δ + enδ vallen bij koolstofdioxide samen, bij water niet. 21 a b Ja, want er is een vrij groot verschil in elektronegativiteit: Cl 2,8 en O 3,5. c Nee, alleen een gebogen molecuul levert een dipoolmolecuul op, want dan vallen het centrum van δ + enδ niet samen. Bij een lineair molecuul vallen ze wel samen en is het dus geen dipoolmolecuul. d In de gasfase, want het vindt plaats bij een hogere temperatuur dan het kookpunt. e Een zeer snelle reactie waarbij een geweldige expansie optreedt. f 2 Cl2O(g) 2 Cl 2(g) + O 2(g) 22 a De sterkte hangt af van de grootte van het molecuul. b SO 2 en SO 3 c Zwaveltrioxide heeft een grotere molecuulmassa, dus zal een sterkere vanderwaalsbinding hebben. d Dat zijn atoombindingen waarbij er een groot verschil is in elektronegativiteit tussen beide atomen. e Bij SO 2 vallen het centrum van δ + enδ niet samen, bij SO 3 juist wel. Dus SO 2 is een dipoolmolecuul, SO 3 niet. f Kookpunt SO 2 : 263 K; kookpunt SO 3 : 318 K g De vanderwaalsbinding speelt een grotere rol dan de dipoolbinding. +23 a Ja, want is opgebouwd uit niet-metaalatomen. b c De elektronegativiteiten zijn: S 2,4, C 2,5 en O 3,5. Dus het centrum van negatieve lading ligt bij COS links van de C richting O en het centrum van positieve lading ligt rechts van de C richting S. Bij CO 2 en CS 2 vallen het centrum van δ + enδ steeds samen. d COS als vloeistof: polaire atoombindingen IN het molecuul en vanderwaalsbindingen en dipoolbindingen TUSSEN de moleculen onderling. e CO 2 komt niet voor als vloeistof.

f CS 2 heeft een veel grotere molecuulmassa dan CO 2, dus een sterkere vanderwaalsbinding en dus een hoger kookpunt. g Kookpunt COS is 50 C = 223 K. Sublimatiepunt CO 2 is 195 K, kookpunt CS 2 is 319 K. Dus het polair zijn heeft weinig invloed. +24 a C staat hier voor coulomb, de eenheid voor lading. b Deze afstand is 5,4 10 1,6 10 30 19 11 3,4 10 m. Je deelt dan Cm door C, dus dan houd je de afstand in m over. 4 Water 25 a b De molecuulmassa van water is kleiner dan van waterstofsulfide. c Het verschil in elektronegativiteit is tussen H en O groter dan tussen H en S. d In water kunnen de moleculen H-bruggen vormen, een verhoudingsgewijs zeer sterke binding. 26 a H-bruggen zijn bindingen tussen H-atomen van een OH- of NH-groep van een molecuul met een O of N van een ander molecuul. b Zeer sterk, want het kookpunt van dergelijke stoffen is veel hoger dan van vergelijkbare stoffen zonder H-bruggen. c d De moleculen zitten dan te ver van elkaar af. 27 a Ze kunnen alle drie H-bruggen vormen. b Methanol: kleinste molecuul met één OH-groep; ethanol: groter molecuul met één OH-groep; ethaandiol: groter molecuul met twee OH-groepen. Ethaandiol kan per molecuul 2 zoveel H-bruggen vormen en zal het hoogste kookpunt hebben. Methanol het laagste kookpunt vanwege zwakste vanderwaalsbinding. Volgorde van opklimmend kookpunt: methanol, ethanol, ethaandiol. c d Door te destilleren: de drie stoffen verschillen in kookpunt.

28 a Een ammoniakmolecuul heeft NH-groepen die H-bruggen kunnen vormen met andere ammoniakmoleculen, methaanmoleculen kunnen dat niet. b Watermoleculen kunnen net als ammoniakmoleculen H-bruggen vormen dus dergelijke stoffen lossen goed in elkaar op. Methaanmoleculen kunnen geen H-bruggen vormen met de watermoleculen, daarom lost methaan niet op in water. c 800 L vloeibaar ammoniak: dichtheid 0,6 g cm -3, dus 800 L = 800 000 0,6 = 480 000 g ammoniak = 480 000/17,03 = 28 186 mol. Er lost bij 298 K 27,8 mol ammoniak per L water op dus 28 186/27,8 = 1000 L water (afgerond) nodig. d Bij een hogere temperatuur lost er minder van een gas per liter op. +29 a b c Ethanol, want het apolaire gedeelte is bij ethanol veel kleiner dan bij hexanol. 30 stof molecuulformule vanderwaalsbinding: ja of nee? polaire stof: ja of nee? water H 2O ja ja ja pentaan C 5H 12 ja nee nee ethaanamine C 2H 5NH 2 ja ja ja 1-butanol C 4H 9OH ja ja ja 1,2,3-propaantriol CH 2OHCHOHCH 2OH ja ja ja H-bruggen: ja of nee? 31 a Het heeft een polaire kop en een lange apolaire staart. b De apolaire staarten steken in de olie, de polaire koppen in het water. Zo blijven water en olie gemengd zonder met elkaar in contact te komen. 32 a 1,2-ethaandiolmoleculen hebben twee OH-groepen die H-bruggen kunnen vormen met de watermoleculen. Verder is het een klein molecuul. b

c Het smeltpunt zal verlaagd worden, want het smeltpunt van glycol is lager dan van water. Opmerking: het is een mengsel dus er zal sprake zijn van een smelttraject. +33 a Atoombindingen tussen de atomen in de ketens en H-bruggen tussen de OH-groepen van verschillende ketens. b Cellulose kan door de aanwezigheid van heel veel OH-groepen heel veel H-bruggen met water vormen en dus heel veel water opnemen. c De OH-groepen in cellulose binden via H-bruggen met watermoleculen. +34 a Beide stoffen hebben OH-groepen die met water H-bruggen kunnen vormen. b acetylsalicylzuur: C 9 H 8 O 4 ; salicylzuur: C 7 H 6 O 3 c kookpunt = 211 + 273 = 484 K d Twee moleculen vormen onderling H-bruggen. e Ja, want bij stijgende temperatuur lost er meer vaste stof op. 5 Ionbinding 35 a Een metaalatoom staat één of meer elektronen af en vormt zo een positief ion. b Een niet-metaalatoom neemt één of meer elektronen op en vormt zo een negatief ion. c de binding tussen positieve ionen en negatieve ionen in een zout d Bij de atoombinding worden de elektronen gemeenschappelijk gebruikt, bij de ionbinding worden elektronen helemaal overgedragen van het metaalatoom naar het niet-metaalatoom. 36 a Metaalatomen zijn veel minder elektronegatief dan niet-metaalatomen. b Het smeltpunt: bij sterke bindingen is het smeltpunt hoog tot zeer hoog. En gegeven is dat alle zouten vaste stoffen zijn. c Dat hangt af van het aantal valentie-elektronen. Dat zijn de elektronen die afgestaan worden aan de nietmetaalatomen. 37 a De uitgang ide, zoals bij oxide, chloride en sulfide. b Oxide is O 2-, want zuurstof heeft nog twee elektronen nodig om op een edelgas te lijken, lettend op het aantal valentie-elektronen. Chloride is Cl - want chloor heeft nog één elektron nodig om op een edelgas te lijken, lettend op het aantal valentie-elektronen. c Natrium is Na +, want natrium moet één elektron afstaan om net zoveel elektronen te bevatten als een edelgas. Magnesium is Mg 2+,want magnesium moet twee elektronen afstaan om net zoveel elektronen te bevatten als een edelgas.

38 a Verhouding 1 : 1 want ze hebben dezelfde lading. b Verhouding Al 3+ : O 2- = 2 : 3, want de totale lading moet weer 0 opleveren. c Ladingen 2+ en 3 trekken elkaar sterker aan dan ladingen 1+ en 1. d KI: smeltpunt 954 K, kookpunt 1603 K; Al 2 O 3 : smeltpunt 2345 K, kookpunt 3253 K. Dit komt dus overeen met het antwoord op vraag c. 39 a smeltpuntbao: 2191 K; smeltpuntcao: 2887 K; smeltpuntmgo: 3125 K b Mg 2+ is het kleinste ion, Ba 2+ het grootste ion. Een kleiner ion betekent dat de ladingen in het oxide dichter bij elkaar zitten en dus een sterkere aantrekkingskracht op elkaar uitoefenen. c BeO: het berylliumion is nog kleiner dan het magnesiumion, dus zal het smeltpunt van BeO hoger zijn dan van MgO. Het strontiumion staat qua grootte tussen het calcium- en het bariumion in, dus zal het smeltpunt van SrO ook tussen de twee smeltpunten van CaO en BaOinstaan.Opmerking: smeltpunt BeO is 2780 K, smeltpunt SrO is 2804 K. Het klopt dus wel voor SrO, niet voor BeO. +40 a IJzer kan als ion twee ladingen hebben, namelijk 2 + of 3 +. b IJzerionen kunnen vervelende nevenreacties opleveren en geven een lichtgele kleur aan het water. Natriumionen leveren geen problemen op. +41 a Als er positieve loodionen aanwezig zijn, moeten er ook negatieve ionen aanwezig zijn. b Lood- en loodverbindingen zijn zeer giftig. c Lood(II)oxide. d 2 PbO(s) + O 2(g) 2 PbO 2(s) 42 a Atoombinding, want het is een binding tussen twee niet-metaalatomen. b Dat zijn de H-bruggen, want er zitten OH-groepen aan de buitenkant. c Weeg een bepaalde hoeveelheid silicagel nauwkeurig af. Voeg een overmaat water toe en laat enige tijd staan. Giet dan het overgebleven water eraf en laat de silicagel droog worden. Weeg dan opnieuw de silicagel. De massatoename is de hoeveelheid opgenomen water. Dit delen door het aantal gram silicagel levert de gevraagde waarde op. d Je zou het zakje kunnen wegen en daarna nog een keer verhitten en weer opnieuw wegen. Als de massa niet anders is, kun je ervan uitgaan dat er geen kristalwater meer aanwezig is. 43 a b Voor het eerst is het gelukt om velletjes zuiver grafeen te maken van maar liefst 20 bij 40 μm. c Ze hebben eerst grafiet omgezet in grafietoxide en daarna in hydrazine gebracht. Hierbij ontstonden dunne laagjes grafeen. d e Eén laagje grafeen heeft een dikte van 2 de vanderwaalsstraal, dus 2 185 10-12 m = 3,7 10-10 m. f De atomen worden onderling bijeengehouden door de zeer sterke atoombinding. g Het is lastig om precies één laagje koolstofatomen los te krijgen, want dat is een zeer dunne laag en de binding tussen de lagen is vrij sterk. h SiC(s) Si(s) + C(s) i Het woordje go is waarschijnlijk een afkorting van grafeenoxide.