# Eindexamen Scheikunde VWO 1999 tijdvak 2

> Openbaar eindexamen. Bekijk en oefen het examen: https://slimmeexamens.nl/examens/vwo/scheikunde/1999/tijdvak-2

## Vragen in dit examen

### Vraag 1 – Opgave 1

### Vraag 2 – Opgave 1

### Vraag 3 – Opgave 1

### Vraag 4 – Opgave 1

### Vraag 5 – Opgave 5

### Vraag 6 – Opgave 1

### Vraag 7 – Opgave 1

### Vraag 8 – Opgave 1

### Vraag 9 – Opgave 1

### Vraag 10 – Opgave 1

### Vraag 11 – Opgave 1

### Vraag 12 – Opgave 1

### Vraag 13 – Opgave 1

### Vraag 14 – Opgave 1

### Vraag 15 – Opgave 1

### Vraag 16 – Opgave 1

### Vraag 17 – Opgave 1

### Vraag 18 – Opgave 1

### Vraag 19 – Opgave 1

### Vraag 20 – Opgave 1

### Vraag 21 – Opgave 1

### Vraag 22 – Opgave 1

### Vraag 23 – Opgave 1

### Vraag 24 – Opgave 1

### Vraag 25 – Opgave 1

## Opgaven (tekst van het examen)

### Pagina 1

Scheikunde
Examen VWO
Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs
19 99
Tijdvak 2
Dinsdag 22 juni
13.30–16.30 uur
Dit examen bestaat uit 25 vragen.
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel
punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.

Als bij een vraag een verklaring, uitleg,
berekening of afleiding gevraagd wordt,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring, uitleg,
berekening of afleiding ontbreekt.

Geef niet meer antwoorden (redenen,
voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
gevraagd en je geeft meer dan twee redenen,
worden alleen de eerste twee in de
beoordeling meegeteld.

900011 17

Begin

### Pagina 2

Opgave 1
Pyridine ($C_5H_5N$) is een bekend oplosmiddel. Pyridine bestaat uit cyclische moleculen; de vijf koolstofatomen en het stikstofatoom in een molecuul pyridine vormen een zesring. In deze zesring blijken alle koolstofatomen even lang te zijn. Ook de twee bindingen tussen het stikstofatoom en de twee aangrenzende koolstofatomen hebben een gelijke lengte. Deze gelijke bindingslengtes zijn te verklaren met mesomerie.

1 (4p) Geef de twee grensstructuren (elektronenformules) van pyridine.

Pyridine is één van de oplosmiddelen in het zogenoemde Karl Fischerreagens. Dit reagens wordt gebruikt voor de bepaling van het watergehalte in mengsels. Het Karl Fischerreagens bestaat uit de stoffen jood en zwaveldioxide, beide opgelost in een mengsel van methanol en pyridine.
Als het Karl Fischerreagens in contact komt met water, treedt een reactie op tussen jood, zwaveldioxide en water. Bij deze redoxreactie is de molverhouding waarin jood, zwaveldioxide en water met elkaar reageren, gelijk aan $1:1:1$. Uit van deze redoxreactie een andere is dan die van de redoxreactie die optreedt als zwaveldioxide wordt geleid in een oplossing van jood in water.

2 (3p) Geef van de reactie die optreedt als zwaveldioxide wordt geleid in een oplossing van jood in water de vergelijkingen van de beide halfreacties en leid daaruit de vergelijking van de totale reactie af.

Het Karl Fischerreagens is niet stabiel; het aantal mg water dat per ml van het reagens kan reageren, neemt af in de tijd. Deze afname is in onderstaand diagram weergegeven.

[FIGUUR: Een lijn die daalt van ongeveer 5,0 naar 3,5 op de y-as (mg water per ml reagens), waarbij de x-as de tijd in dagen vertegenwoordigt van 0 tot 12.]

diagram
mg water
per ml reagens
5,0
4,5
4,0
3,5
0+
0 2 4 6 8 10 12
→ tijd vanaf de bereiding van
het reagens (dagen)

Aangenomen mag worden dat de genoemde afname uitsluitend wordt veroorzaakt door een daling van het joodgehalte van het Karl Fischerreagens.

3 (4p) Bereken de gemiddelde reactiesnelheid, uitgedrukt in mol $I_2$ per liter per seconde, waarmee het jood in het reagens in de eerste 10 dagen wordt omgezet.

Omdat het Karl Fischerreagens niet stabiel is, wordt de molariteit van het reagens niet op
de fles vermeld. De bepaling van het watergehalte in een mengsel met behulp van het
Karl Fischerreagens wordt zodanig uitgevoerd dat bij de berekening de molariteit van het
reagens niet bekend hoeft te zijn. Daartoe wordt gebruik gemaakt van een zogenoemde
ijkoplossing. Deze ijkoplossing, een mengsel van water en methanol, heeft een bekend
watergehalte.
Het Karl Fischerreagens wordt, in combinatie met een ijkoplossing, toegepast bij de
bepaling van het watergehalte in meel. Zo'n bepaling gaat als volgt.

900011 17 2 Lees verder

### Pagina 3

Een afgewogen hoeveelheid meel wordt gedurende enige tijd geschud met watervrije
methanol. Het water in het meel lost op in de methanol. Het ontstane extract wordt
getitreerd met het Karl Fischerreagens. Direct daarna wordt een afgemeten hoeveelheid
van de ijkoplossing getitreerd met hetzelfde Karl Fischerreagens.
Bij de uitvoering van bovengenoemde bepaling aan een bepaalde meelsoort werden de
volgende gegevens verkregen:
- de afgewogen hoeveelheid meel: 4,72 gram;
- nodig voor de titratie van het extract: 30,5 ml Karl Fischerreagens;
- watergehalte van de ijkoplossing: 15,0 gram per liter;
- nodig voor de titratie van 10,0 ml van de ijkoplossing: 33,2 ml Karl Fischerreagens.
4p 4 □ Bereken het massapercentage water in het onderzochte meel.
900011 17
3
Lees verder

### Pagina 4

Opgave 2

Bepaalde voorwerpen die meestal van staal werden gemaakt, zoals bijvoorbeeld scheepskabels, werden tegenwoordig ook wel van zogenoemde supersterke vezels gemaakt. Een voorbeeld van een supersterke vezel is Twaron. Twaron wordt gemaakt uit een zogenoemd aramiedepolymeer. Voor de bereiding van dit aramiedepolymeer heeft men twee monomeren nodig, een monomeer A en een monomeer B. De structuurformule van monomeer A is:

[FIGUUR: Structuurformule van monomeer A met twee koolstofatomen met chloor gebonden aan een benzeenring.]

monomeer A

Voor de industriële bereiding van monomeer A gaat men uit van twee koolstofverbindingen. Het industriële proces kan als volgt in een blokschema worden weergegeven:

[FIGUUR: Blokschema van de industriële bereiding van monomeer A. Input stoffen zijn een koolstofverbinding met twee methylgroepen op een benzeenring en chloor. Deze gaan reactor 1 in. Hieruit komt een koolstofverbinding met twee trichloormethylgroepen op een benzeenring en waterstofchloride. Waterstofchloride wordt afgevoerd naar opslag (Y). De koolstofverbinding met twee trichloormethylgroepen gaat naar reactor 2. Input voor reactor 2 is een koolstofverbinding met twee hydroxylgroepen en een benzeenring. Output van reactor 2 is monomeer A en waterstofchloride. Waterstofchloride wordt afgevoerd naar opslag (Y).]

blokschema

3p 5 $\square$ Geef de systematische naam van de koolstofverbinding waarvan de structuurformule bij X (zie blokskschema) is weergegeven.

Men bereidt 1000 mol van monomeer A door een juiste hoeveelheid koolstofverbinding in reactor 1 volledig om te zetten en de hoeveelheid gechloreerde koolstofverbinding die daarbij ontstaat vervolgens in reactor 2 volledig om te zetten. Zowel in reactor 1 als in reactor 2 ontstaat waterstofchloridegas als enig bijproduct.

3p 6 $\square$ Geef de vergelijking van de reactie die verloopt in reactor 2. Schrijf de reactie in de reactievergelijking in structuurformules in totaal via Y (zie blokskschema) naar de opslag wordt afgevoerd als volgende bovengenoemde beschrijving 1000 mol van monomeer A wordt bereid.

Voor de opslag van waterstofchloridegas zou, onder normale temperatuur en druk, een opslagvat met een zeer groot volume nodig zijn. Door het gas in water op te lossen kan worden volstaan met een kleiner volume.

2p 8 $\square$ Bereken hoeveel liter oplossing ontstaat uit 1,00 m$^3$ waterstofchloridegas ($T = 298$ K, $p = p_0$) als het gas in water wordt opgelost tot zoutzuur ($T = 298$ K) met een massapercentage van 36,0%. Gebruik hierbij onder andere een gegeven uit Binas tabel 42 A.

900011 17 4 Lees verder


### Pagina 5

Het ontstane monomeer A wordt vervolgens samen met een monomeer B opgelost. Bij de
polymerisatie die dan optreedt, reageren de monomeren A en B in de molverhouding
1,0 : 1,0. Naast het aramidepolymeer ontstaat uitsluitend waterstofchloride.
Een gedeelte uit het midden van een molecuul van het aramidepolymeer kan als volgt
worden weergegeven:
[FIGUUR: structuurformule van het aramidepolymeer]
3p 9 Geef de structuurformule van monomeer B.
4p 10 Bij de polymerisatie van de monomeren A en B wordt een reactor gevuld met $1,5 \cdot 10^3$ liter
oplos-sing van de monomeren A en B. De concentratie van elk van de monomeren is
$0,41 \text{ mol } \text{ l}^{-1}$.
Bereken hoeveel kg van het aramidepolymeer in de reactor wordt gevormd als de
monomeren volledig zijn omgezet in het polymeer.

Opgave 3

Suikerbieten bevatten een hoog percentage saccharose (suiker). In een suikerfabriek wordt
door een combinatie van een groot aantal bewerkingen, zoals scheidingsmethoden en
chemische reacties, zuivere saccharose gemaakt uit suikerbieten. Een suikerfabriek bestaat
uit een aantal 'eenheden'. In één van die eenheden worden calciumoxide en kooldioxide
gemaakt. Deze beide stoffen worden gebruikt bij de zuivering van de saccharose.
In de genoemde eenheid vinden de volgende twee reacties plaats:
$\text{CaCO}_3(\text{s}) \rightarrow \text{CaO(s)} + \text{CO}_2(\text{g})$ reactie 1
$\text{C(s)} + \text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g})$ reactie 2
Reactie 1 is endotherm; de benodigde energie wordt geleverd door reactie 2.

2p 11 Bereken van reactie 1 de enthalpieverandering in joule per mol $\text{CaCO}_3$ ($T = 298 \text{ K}, p = p_0$).
3p 12 Bereken hoeveel mol $\text{CO}_2$ in totaal zal ontstaan bij de productie van $1,0 \text{ mol CaO}$. Neem
hierbij aan dat $55%$ van de warmte die bij reactie 2 vrijkomt ($T = 298 \text{ K}, p = p_0$), wordt
benut om reactie 1 te laten verlopen.

Het calciumoxide wordt vervolgens aan water toegevoegd. Hierdoor ontstaat een
suspensie van calciumhydroxide. Deze suspensie wordt kalkmelk genoemd. In kalkmelk
heeft zich het volgende evenwicht ingesteld:
$\text{Ca(OH)}_2(\text{s}) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + 2 \text{ OH}^-(\text{aq})$

4p 13 Bereken de pH van kalkmelk ($T = 298 \text{ K}$). Maak hierbij onder andere gebruik van Binas
tabel 46.

2p 14 In een andere eenheid van de suikerfabriek worden de suikerbieten zodanig voorbewerkt
dat daarna extractie met heet water kan plaatsvinden. De voorbewerking bestaat uit een
aantal stappen, zoals het schoonspoelen en verwijdering van aarde en stenen. Tot slot
zullen de suikerbieten, voordat extractie plaatsvindt, nog een bewerking ondergaan.
Geef aan welke bewerking dat zal zijn.

900011 17 5 Lees verder

### Pagina 6

Door extractie, gevolgd door filtratie, wordt een oplossing verkregen die ruw sap
genoemd. Dit ruw sap bevat naast saccharose ook opgeloste zouten. Zie onderstaande
tabel.
[FIGUUR: Tabel met ionen die in ruw sap voorkomen]
ionen die in
ruw sap voorkomen
K$^+$ HPO$_4^{2-}$
Na$^+$ H$_2$PO$_4^-$
Mg$^{2+}$ SO$_4^{2-}$
Ca$^{2+}$ Cl$^-$
NO$_3^-$

Als volgende stap in het zuiveringsproces, voegt men in een reactor kalkmelk aan het
ruw sap toe. Hierdoor treden reacties op die leiden tot het ontstaan van neerslagen van
zouten die volgens Binus tabel 45 A matig of slecht oplosbaar zijn.
De ontstane suspensie bevat dan een aantal vaste zouten. Naast het vaste
calciumhydroxide dat uit de reacties is overgebleven, zal de suspensie onder andere
calciumfosfaat bevatten.

3p 15 $\Box$ Leg uit hoe het ontstaan van calciumfosfaat kan worden verklaard.
3p 16 $\Box$ Geef de namen van drie zouten die naast de twee genoemde zouten kunnen neerslaan.

vervolgens wordt de suspensie in een andere reactor geleid. In deze reactor wordt zowel
het vaste als het opgeloste calciumhydroxide grotendeels omgezet in calciumcarbonaat
door kooldioxide in te leiden. Daarna worden de vaste stoffen door filtratie verwijderd
als afval afgevoerd.
De [Ca$^{2+}$] en de [OH$^-$] in het filtraat zijn dan nog te hoog. Daarom wordt in een volgende
reactor in de vloeistof nog een keer kooldioxide ingeleid; ook dan ontstaat (vast)
calciumcarbonaat. De toediening van kooldioxide in deze laatste reactor moet zo lang
plaatsvinden dat een minimale hoeveelheid vaste stof ontstaat. Als de toediening van het
kooldioxide te lang zou plaatsvinden, zou door het optreden van een reactie tussen
kooldioxide en stoffen in de suspensie, de hoeveelheid vaste stof weer afnemen.

3p 17 $\Box$ Geef de vergelijking van deze reactie tussen kooldioxide en stoffen in de suspensie.

De suspensie die in de laatste reactor is ontstaan, wordt gefiltereerd. Het residu wordt als
afval afgevoerd. Het filtraat, het zogenoemde dunsap, is geschikt voor de uiteindelijke
winning van sacharose.
De productie van dunsap uit ruw sap is weer te geven in een blokschema waarin vijf
ruimten zijn getekend: drie reactoren en twee scheidingsruimten.

5p 18 $\Box$ Teken het blokschema van de productie van dunsap uit ruw sap. Geef hierin aan:
• een reactor als een blok met daarin R en een scheidingsruimte als een blok met daarin S;
• de stofstromen als lijnen en pijlen;
• bij de juiste stofstromen de aanduidingen: ruwsap, dunsap, kalkmelk, kooldioxide en
afval.

Opgave 4

Polypropeenmoleculen kunnen verschillende structuren hebben. Van een mogelijke
structuur is hieronder het begin van de keten weergegeven (structuur A):

CH$_3$ CH$_3$ CH$_3$
| | |
CH$_3$ - CH - CH - CH$_2$ - CH - CH$_2$ - CH -
structuur A

900011 17 6 Lees verder


### Pagina 7

Structuur A ontstaat door aanhechting van een propeenmolecuul aan de groeiende polymeerketen soms plaatsvindt met het eerste koolstofatoom van het propeenmolecuul en soms met het tweede koolstofatoom.
Het is ook mogelijk polymeerketenen te maken met een regelmatigere structuur. Van zo'n regelmatigere structuur is hieronder het begin van de keten weergegeven (structuur B):
[FIGUUR: chemische structuur van een polymeerketen met CH3 groepen.]
Structuur B ontstaat door aanhechting van een propeenmolecuul aan de groeiende polymeerketen steeds plaatsvindt met het eerste koolstofatoom van het propeenmolecuul.
Polymeerketenen met een structuur zoals structuur B kunnen gemaakt worden met behulp van zogenaamde structuurspecifieke katalysatoren. Structuur B wordt in de praktijk gemaakt door de polymeerisatie uit te voeren met een bepaald zuur als katalysator.
In de initiatiestap van de optredende kettingreactie ontstaat uit een propeenmolecuul en een H+-ion een C$_3$H$_7$+-ion. In het ontstane ion zit de positieve lading op het middelste koolstofatoom.
In de eerste propagatiestap hecht een molecuul C$_3$H$_6$ zich in een voorkeursoriëntatie aan het C$_3$H$_7$+-ion. Ook in de volgende propagatiestappen vindt aanhechting in deze voorkeursoriëntatie plaats.

6p 19 $\square$ Geef van deze kettingreactie, die leidt tot structuur B, de vergelijking van de initiatie- en de vergelijkingen van de twee daarop volgende propagatiestappen in structuurformules weer.

Hoewel structuur B een regelmatigere structuur is dan structuur A, kan bij het ontstaan van structuur B toch een bepaalde onregelmatigheid optreden. Deze onregelmatigheid hangt samen met stereoisomerie: doordat bij de aanhechting van propeenmoleculen aan de keten ontstaan, zijn er voor de ruimtelijke oriëntatie van de CH$_3$ groepen aan de keten steeds twee mogelijkheden.
Bij de hierboven beschreven vorming van structuur B blijkt elk van de C$_3$H$_6$ groepen aan de keten ook een bepaald patroon te moeten hebben, maar dit patroon hoeft niet te resulteren in een regelmatige structuur. Er zijn vier soorten katalysatoren die we onderscheiden:
Katalysator type A: niet structuurspecifiek en niet stereospecifiek
Katalysator type B: alleen structuurspecifiek
Katalysator type C: alleen stereospecifiek
Katalysator type D: zowel structuurspecifiek als stereospecifiek
De genoemde katalysatoren verschillen aanzienlijk in prijs. Aangenomen mag worden dat de prijs toeneemt in de volgorde A - B - C - D.
Ook bij de polymerisatie van alkenen met vier koolstofatomen per molecuul wil men vaak met een zo groot mogelijke regelmaat in de structuur bereiken. Men gebruikt hiertoe het goedkoopste type katalysator waarmee de gewenste regelmaat in de structuur bereikt kan worden.

Welk type katalysator men bij de polymerisatie toepast, is afhankelijk van de structuur van het monomeer.
Men wil twee polymeren maken met een zo groot mogelijke regelmaat in de structuur:
• polymeer 1: het polymeer van methylpropeen;
• polymeer 2: het polymeer van cis-2-buteen.

4p 20 $\square$ Leg uitgaande van de structuur van het monomeer uit wat het goedkoopste type katalysator (A, B, C of D) is dat men kan gebruiken voor het maken van polymeer 1.

4p 21 $\square$ Leg uitgaande van de structuur van het monomeer uit wat het goedkoopste type katalysator (A, B, C of D) is dat men kan gebruiken voor het maken van polymeer 2.

Let op: de laatste vragen staan op de volgende pagina.

900011 17
Lees verder


### Pagina 8

Opgave 5

Een oplossing van een ijzer(II)zout kan worden getitreerd met een oplossing van een cerium(IV)zout. De vergelijking van de daarbij optredende reactie is:
$Fe^{2+} + Ce^{4+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + Ce^{3+}$
Dit is een evenwichtsreactie. Het evenwicht ligt uiterst rechts.
Bij deze titratie verandert de potentiaal in het titratievat. Onder de potentiaal in het titratievat wordt de opgave verstaan de potentiaal van een in de oplossing geplaatste platina-elektrode, gemeten ten opzichte van de standaardwaterstofelektrode.
De verandering van de potentiaal kan tijdens de titratie worden gevolgd. Omdat in de praktijk de standaardwaterstofelektrode niet erg bruikbaar is, wordt bij zo'n titratie meestal gebruik gemaakt van een andere referentie-elektrode, bijvoorbeeld een koperelektrode geplaatst in een 1,0 M kopersulfaatoplossing. Een opstelling die men bij zo'n titratie zou kunnen gebruiken is de volgende:

[FIGUUR: Schematische weergave van een elektrochemische opstelling met een burette met Ce4+ oplossing, een titratievat met Fe2+ oplossing en een Pt elektrode, en een halfcel met 1,0 M CuSO4 oplossing met een Cu elektrode, verbonden via een zoutbrug en een voltmeter.]

Gebruikt men deze opstelling, dan is bij iedere meting van het potentiaalverschil tijdens de titratie de platina-elektrode positief ten opzichte van de koperelektrode.

3p 22 $\Box$ Bereken de potentiaal (in V, bij 298 K) in het titratievat als het gemeten potentiaalverschil 0,85 V bedraagt.

Tijdens de titratie veranderen de [Fe$^{2+}$] en de [Fe$^{3+}$]. De potentiaal in het titratievat kan worden berekend aan de hand van het evenwicht $Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$. Men streeft er naar dat bij het eindpunt de [Fe$^{3+}$] 1000 maal zo groot is als de [Fe$^{2+}$]. In dat geval heeft de potentiaal in het titratievat een bepaalde waarde bereikt.

4p 23 $\Box$ Bereken met behulp van de wet van Nernst bij welke waarde van de potentiaal in het titratievat (in volt, bij 298 K) de [Fe$^{3+}$] 1000 maal zo groot is als de [Fe$^{2+}$].

Men kan de beschreven titratie gebruiken om de samenstelling van een stukje geroest ijzer te bepalen. Aangenomen mag worden dat het stukje geroest ijzer uitsluitend bestaat uit Fe en Fe$_2$O$_3$. Ter bepaling van de samenstelling laat men het stukje geroest ijzer reageren met een overmaat zoutzuur. De ontstaande oplossing bevat zowel Fe$^{2+}$ (gevormd uit het Fe) als Fe$^{3+}$ (gevormd uit het Fe$_2$O$_3$). Al het gevormde Fe$^{3+}$ wordt daarna omgezet in Fe$^{2+}$. Door een overmaat zilver als reductor toe te voegen. Daarbij zijn twee halfreacties vermeld waarin Ag als reductor fungeert. Als voor het oplossen van het stukje geroest ijzer in plaats van zoutzuur een zwavelzuuroplossing zou zijn gebruikt, zou niet alle Fe$^{3+}$ worden omgezet in Fe$^{2+}$.

4p 24 $\Box$ Leg mede aan de hand van het evenwicht $Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$ uit dat in het geval van het gebruik van zoutzuur wel alle Fe$^{3+}$ wordt omgezet in Fe$^{2+}$ en in het geval van het gebruik van zwavelzuuroplossing niet.

Na het oplossen van het stukje geroest ijzer in zoutzuur en de omzetting van Fe$^{3+}$ in Fe$^{2+}$ wordt het mengsel gefiltreerd. Het filtraat wordt daarna volgens de beschreven methode getitreerd met een cerium(IV)sulfaat-oplossing.
Bij zo'n bepaling bedroeg de massa van het stukje geroest ijzer 167 mg. Voor de titratie van alle Fe$^{2+}$, dus zowel het Fe$^{2+}$ gevormd uit het Fe als het Fe$^{2+}$ gevormd uit het Fe$_2$O$_3$, was 30,2 ml 0,0905 M cerium(IV)sulfaat-oplossing nodig.

6p 25 $\Box$ Bereken hoeveel mg Fe$_2$O$_3$ het stukje geroest ijzer bevatte.

Einde

900011 17