# Eindexamen Scheikunde VWO 2000 tijdvak 2

> Openbaar eindexamen. Bekijk en oefen het examen: https://slimmeexamens.nl/examens/vwo/scheikunde/2000/tijdvak-2

## Vragen in dit examen

### Vraag 1 – Opgave 1

### Vraag 2 – Opgave 2

### Vraag 3 – Opgave 1

### Vraag 4 – Opgave 4

### Vraag 5 – Opgave 1

### 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

## Opgaven (tekst van het examen)

### Pagina 1

Scheikunde
Voorbereidend
Wetenschappelijk
Onderwijs
20 00
Tijd vak 2
Woensdag 21 juni
13.30 – 16.30 uur
Dit examen bestaat uit 24 vragen.
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel
punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.
Voor de uitwerking van vraag 16 is een bijlage
toegevoegd.
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 er meer dan twee redenen,
worden alleen de eerste twee in de
beoordeling meegeteld.
000013 17
Begin

### Pagina 2

Opgave 1
Bij het lanceren van de Space Shuttle is zeer veel energie nodig om het gevaarte de ruimte in te krijgen. Een deel van de energie wordt opgewekt door een reactie tussen twee vaste stoffen: ammoniumperchloraat (NH₄ClO₄) en aluminium.
De bereiding van ammoniumperchloraat verloopt in een aantal stappen. Eén van die stappen is de bereiding van natriumperchloraat. Bij deze bereiding wordt in een reactievat van staal een oplossing van natriumchloraat (NaClO₃) geëlektrolyseerd.
De positieve elektrode is van platina. Het staal van het reactievat fungeert als negatieve elektrode. Bij deze
elektrolyse wordt ClO₃⁻ omgezet in ClO₄⁻. Tijdens de elektrolyse
wordt de pH op 6,5 gehouden.

4p 1 Geef de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van ClO₃⁻ in ClO₄⁻.
3p 2 Leg uit aan welke elektrode deze omzetting plaatsvindt.

Men kan de pH van een oplossing op 6,5 houden door een buffer te gebruiken.
Een buffer bestaat meestal uit een mengsel van een zwak zuur en de geconjugeerde base
van dat zuur. Bij een grootschalig proces als bovengenoemde elektrolyse zal men om een
buffer te maken liever geen stoffen gebruiken die lastig te hanteren zijn, zoals gassen.

4p 3 Leg mede met behulp van Binas tabel 49 uit, welk zuur en welke geconjugeerde base
geschikt zijn om een buffer te maken met pH = 6,5. Het zuur-base-koppel moet zo
gekozen zijn dat de ontstane buffer geen opgelost gas bevat.

Bij de lancering van de Space Shuttle wordt een mengsel van aluminium en
ammoniumperchloraat gebruikt. De vergelijking van de reactie tussen deze stoffen is:
$10 \text{ Al(s) } + 6 \text{ NH}_4\text{ClO}_4\text{(s) } \rightarrow 2 \text{ AlCl}_3\text{(s) } + 4 \text{ Al}_2\text{O}_3\text{(s) } + 3 \text{ N}_2\text{(g) } + 12 \text{ H}_2\text{O(l)}$

Elke lancering van de Shuttle vereist 700 ton ammoniumperchloraat (een ton is duizend kg).
Na 10 minuten is het mengsel van aluminium en ammoniumperchloraat verbruikt.
De onthalpieverandering per seconde is een maat voor het vermogen van de
aandrijfraketten.

5p 4 Bereken, met behulp van vormingsenthalpieën, de reactie-enthalpie in Joule per mol
ammoniumperchloraat. Neem hierbij aan dat de getalgegevens in Binas ook gelden bij de
omstandigheden van de lancering. De vormingsenthalpie van ammoniumperchloraat
bedraagt $-2,96 \cdot 10^5$ J mol⁻¹.
3p 5 Bereken, met behulp van de reactie-enthalpie, de enthalpieverandering per seconde als
gedurende 10 minuten 700 ton ammoniumperchloraat op deze wijze volledig wordt
omgezet.

Opgave 2
De productie van ammoniak uit de elementen wordt meestal uitgevoerd bij een hoge
druk en met een ijzerverbinding als katalysator. Als in een reactor bij 200 bar en 450 °C
stikstof en waterstof in een molverhouding van 1 : 3 bij elkaar worden gebracht, worden
deze stoffen voor ongeveer 20% omgezet in ammoniak.
$N_2(g) + 3 H_2(g) \rightleftharpoons 2 NH_3(g)$

Het werken bij hoge druk is duur, maar de opbrengst aan ammoniak is per uur groter dan
bij lage druk.

4p 6 Geef twee oorzaken waarom de opbrengst per uur bij hoge druk groter is dan bij lage
druk.

000013 17
Lees verder

### Pagina 3

Reeds lange tijd is men op zoek naar een goedkopere productiemethode voor ammoniak.
Men probeert vooral processen te ontwikkelen die bij normale druk plaatsvinden.
Zo’n proces is onlangs op laboratoriumschaal getest. De onderstaande proefopstelling is
daarbij gebruikt.
[FIGUUR: Schematische tekening van een proefopstelling met aanduidingen H2, N2, NH3, F, A, C, D, E en B]
A een glazen pot
B een pot van een keramisch materiaal dat uitsluitend H+ ionen doorlaat
C en D onaantastbare poreuze elektroden
E een gelijkstroombron die aangesloten op de elektroden C en D
F een deksel met vier gasdoorlaten
Bij elektrode D vindt de volgende reactie plaats:
$$ \text{H}_2 \rightarrow 2 \text{ H}^+ + 2 \text{ e}^- $$
De H+ ionen verplaatsen zich door het keramische materiaal heen naar elektrode C.
Bij elektrode C ontstaat uitsluitend ammoniak.
3a (4p) Geef de vergelijking van de halfreactie van de vorming van ammoniak aan elektrode C.
In de opstelling wordt gedurende een lange periode in een continu proces ammoniak
gevormd. De stroomsterkte is 1,5 mA (A is ampère; 1 ampère = 1 coulomb per seconde).
4p 8 Bereken hoeveel mol waterstofgas per seconde bij D wordt omgezet. Gebruik hierbij
onder andere Binas tabel 7.

Opgave 3

Papier bevat cellulose, een biopolymeer van glucose. Cellulose kan worden weergegeven
met de formule (C$_6$H$_{10}$O$_5$)$_n$. Cellulose wordt langzaam gehydrolyseerd wanneer het
vochtig wordt. Door H+ ionen wordt de hydrolyse versneld. Er ontstaan bruken in de
cellulosemoleculen. Hierdoor neemt de gemiddelde waarde van n af. Het papier gaat in
kwaliteit achteruit, het wordt bros en kan op den duur uit elkaar vallen.
Hieronder is een stukje uit een cellulosemolecuul in structuurformule weergegeven.
[FIGUUR: Structuurformule van een deel van een cellulosemolecuul]
4p 9 Teken de structuurformules van de fragmenten die ontstaan als in dit stukje hydrolyse
een breuk optreedt.

000013 17 3 Lees verder

### Pagina 4

Het in papier aanwezige zuur ontstaat voor een deel door een reactie va zwaveldioxide uit de lucht met stoffen in het papier.
Sommige papiersoorten bevatten echter zelf ook zuur. Bij de fabricage van dat papier is een oplossing van aluminiumsulfaat gebruikt. Van deze oplossing, die een pH kleiner dan 7 heeft, blijft iets in het papier achter.

3a (3p) 10 Geef de reactievergelijking waaruit blijkt dat een oplossing van aluminiumsulfaat een pH heeft die kleiner is dan 7.

Als de hoeveelheid zuur in het boek van een boek te hoog is, kan men dit boek ontzuren. Een verdere afbraak van het boek wordt dan voorkomen. Er is een ontzuringsproces ontwikkeld dat gebruik maakt van gasvormig di-ethylzink (DEZ): $(\text{C}_2\text{H}_5)_2\text{Zn}$. In een tank die hermetisch kan worden afgesloten, worden de boeken zo geplaatst dat het gas op het papier kan inwerken. De tank wordt vacuüm gezogen. Daarna wordt bij $25$ $^\circ$C gasvormig DEZ in de tank toegelaten tot de druk $0,025$ bar is. De tank heeft een inhoud van $190$ $m^3$, de boeken in de tank nemen een volume van $125$ $m^3$ in.

4p 11 Bereken hoeveel kg DEZ nodig is om de tank te vullen tot $0,025$ bar ($298$ K). Neem hierbij aan dat tijdens het vullen van de tank het DEZ nog niet met het papier reageert.

De ontzuring door DEZ blijkt uit de volgende vergelijking:
$$(\text{C}_2\text{H}_5)_2\text{Zn} + 2 \text{H}^+ \to \text{Zn}^{2+} + 2 \text{C}_2\text{H}_6$$

DEZ reageert ook met water dat in het papier aanwezig is:
$$(\text{C}_2\text{H}_5)_2\text{Zn} + \text{H}_2\text{O} \to \text{ZnO} + 2 \text{C}_2\text{H}_6$$

3p 12 Leg aan de hand van de twee gegeven reactievergelijkingen uit of de druk in de tank tijdens de DEZ-behandeling afneemt, gelijk blijft of toeneemt.

Het zinkoxide in het papier beschermt het papier langere tijd tegen verzuring. Het is na een DEZ-behandeling van belang om te weten hoeveel zinkoxide het papier bevat. Een voorschrift voor de bepaling daarvan is:

[FIGUUR: Een procedurebeschrijving met stappen zoals "Droog één gram van het ontzuurde papier en weeg het daarna nauwkeurig af", "Breng het over in een erlenmeyer van 150 mL en voeg 30,00 mL 0,100 M zoutzuur toe. Kook gedurende één minuut", "Voeg 5 tot 7 druppels methylroodoplossing toe.", "Titreer het nog aanwezige zoutzuur met 0,100 M natronloog tot de oplossing geel kleurt."]

Bij een bepaling volgens dit voorschrift bleek dat voor $0,945$ g gedroogd papier $25,2$ mL natronloog nodig was.

6p 13 Bereken het massapercentage zinkoxide in dit gedroogde papier.

000013 17 4 Lees verder

### Pagina 5

Opgave 4

In Twente zit in de bodem een laag steenzout die hoofdzakelijk uit natriumchloride bestaat. De winning van het steenzout en de verwerking tot zuiver natriumchloride is een complex proces.
De eerste stap in dit proces is extractie. Een buis wordt tot in het steenlaag neer gelaten. In deze buis wordt een smallere buis neer gelaten, die dieper in de steenlaag reikt. Door de ruimte tussen de beide buizen wordt water naar beneden gevoerd, waarin de oplosbare bestanddelen van het steenzout oplossen. De gevormde oplossing, die ruwe pekel wordt genoemd, gaat door de druk van het water via de binnenbuis naar boven. Het bovengrondse verwerkingsproces kan in een blokschema worden weergegeven. In dit blokschema komen drie blokken (aangeduid met ruimte 1, ruimte 2 en ruimte 3) voor. Hieronder is dit blokschema onvolledig afgebeeld. Vrijwel alle stoffen ontbreken.

[FIGUUR: Blokschema met pijlen. Pijl 1 gaat naar "ruwe pekel". Van "ruwe pekel" gaat een pijl naar "ruimte 1". Van "ruimte 1" gaat een pijl naar "ruimte 2", deze pijl is gelabeld met "pekel (pH=11,1)". Van "ruimte 2" gaat een pijl naar "ruimte 3", deze pijl is gelabeld met "pekel (pH=ca.7)". Van "ruimte 3" gaat een pijl naar "natriumchloride".]

Ruwe pekel bestaat uit water, natriumchloride en geringe hoeveelheden van diverse ionsoorten, zoals magnesiumionen ($240 \text{ g m}^{-3}$) en sulfaationen. In ruimte 1 wordt aan de ruwe pekel calciumoxide toegevoegd. Vrijwel alle magnesiumionen slaan als magnesiumhydroxide neer. De pH van het mengsel is dan 11,1 en de temperatuur van het mengsel is $30\ ^{\circ}\text{C}$.

14. Laat door berekening zien dat in ruimte 1 minder dan 1% van de magnesiumionen die in ruwe pekel voorkomen, opgelost blijft. De waarde van het oplosbaarheidsproduct van magnesiumhydroxide bij omstandigheden in ruimte 1 is $K_{\text{s}} = 9,0 \times 10^{-11}$ en $p K_{\text{w}} = 13,83$.

Een deel van de toegevoegde calciumionen slaat in ruimte 1 als calciumsulfaat neer. Na bezinking van de vaste stoffen wordt de pekel met pH = 11,1 naar ruimte 2 gepompt. Daar wordt koolstofdioxidehoudend rookgas, dat op andere plaatsen in de zoutwinningsfabriek ontstaat, doorgeleid. Door het leiden van koolstofdioxide door de pekel met pH = 11,1 treedt een reactie op waardoor de pH wordt verlaagd én de concentratie van de calciumionen wordt verlaagd, omdat calci um carbonaat neerslaat.

15. Geef de vergelijking van deze reactie waarmee zowel de pH wordt verlaagd als de concentratie van de calciumionen wordt verlaagd.

Omdat het rookgas onvoldoende koolstofdioxide bevat om alle calciumionen neer te slaan, wordt in ruimte 2 bovendien natriumcarbonaat aan de pekel met pH = 11,1 toegevoegd. Na bezinking van de vaste stoffen wordt de nu vrijwel neutrale pekel naar ruimte 3 gepompt. Hier wordt de pekel gedestilleerd ingedampt, zodat een groot deel van het natriumchloride kristalliseert. Dit wordt door centrifugeren afgescheiden. Er blijft een geconcentreerde oplossing over die moedervloeistof wordt genoemd. Een deel van de moedervloeistof wordt rechtstreeks teruggeleid naar ruimte 1. Het andere deel van de moedervloeistof wordt verenigd met de afvalstromen uit de ruimten 1 en 2 en teruggevoerd naar de bodem.

16. Maak op de bijlage het blokschema af van de zoutwinning zoals in deze opgave beschreven, door het plaatsen van de volgende stoffen op de juiste plaats: calciumcarbonaat, calciumsulfaat, magnesiumhydroxide, moedervloeistof, natriumcarbonaat, rookgas, waterdamp.

Als men in ruimte 1 geen andere stof dan calciumoxide aan de ruwe pekel zou toevoegen, zou daar uitsluitend magnesiumhydroxide neerslaan. Doordat men een deel van de moedervloeistof ook naar ruimte 1 recirculeert, slaat daar ook calciumsulfaat neer.

17. Leg uit waarom als gevolg van de recirculatie van de moedervloeistof naar ruimte 1 calciumsulfaat in deze ruimte neerslaat.

000013 17 Lees verder


### Pagina 6

Opgave 5
Men gebruikt oplossingen van natriumalkanolaten in een alkanol onder andere bij de
zogenaamde Williamson-reactie. Een reactie waarbij een alkoxyaalkaan ontstaat door een
oplossing van een alkanolaten laten reageren met een halogenalkaan wordt een
Williamson-reactie genoemd.
Een oplossing van natriumethanolaat in methanol bevat behalve CH3OH moleculen
ook Na+ ionen en CH3O- ionen. Bij de Williamson-reactie, die optreedt als men deze
oplossing laat reageren met chloorethaan, reageren CH3O- ionen met CH3CH2Cl
moleculen. Hierbij ontstaat methoxyethaan:
CH3O- + Cl - CH2 - CH3 --> CH3 - O - CH2 - CH3 + Cl-

Men kan methoxyethaan nog op een andere manier via een Williamson-reactie bereiden.
Men moet dan andere deeltjes dan CH3O- en CH3CH2Cl met elkaar laten reageren.

4p 18 Geef de formules van die andere deeltjes.

Als men een oplossing van natriummethanolat in methanol laat reageren met
chloorethaan, treedt behalve de Williamson-reactie nog een andere reactie op. Bij die
andere reactie ontstaat etheen:

CH3O- + Cl - CH2 - CH3 --> CH3OH + CH2 = CH2 + Cl-

Alkenevorming kan optreden als men een oplossing van natriummethanolat in methanol
laat reageren met een chlooraalkaan met minstens twee C atomen per molecuul.
Men kan zich voorstellen dat de vorming van een alkeen uit CH3O- en zo'n chlooraalkaan
verloopt volgens de volgende twee deelreacties.

Deelreactie 1: een CH3O- ion onttrekt aan een molecuul van het chlooraalkaan een
H+ ion. Voor de levering van het H+ ion komen alleen H atomen in aanmerking die
gebonden zijn aan een C atoom naast het C atoom waaraan het Cl atoom gebonden is.

Deelreactie 2: van het ion dat in deelreactie 1 gevormd is, wordt een Cl- ion afgesplitst.
Hierbij ontstaat een molecuul van een alkeen.

4p 19 Geef de elektronenformule van het ion dat in deelreactie 1 ontstaat als men een molecuul
chloorethaan een H+ ion wordt onttrokken. Zet de lading in de elektronenformule bij het
juiste atoom.

Er zijn monochlooralakanen, waarmee geen
alkenevorming optreedt als men die laat reageren met een oplossing van
natriummethanolat in methanol.

3p 20 Geef de structuurformule van zo'n monochlooraalkaan.

Ook als men een oplossing van natriummethanolat in methanol laat reageren met
2-chloorpertaan, CH3 - CH - CH2 - CH2 - CH3, treedt zowel de Williamson-reactie als
Cl
alkenevorming op.
Het is gebleken dat hierbij drie alkenen gevormd worden.

4p 21 Geef de namen van die drie alkenen.

000013 17
Lees verder

### Pagina 7

De Williamson-reactie die optreedt als men een oplossing van natriumethanolaat in
methanol laat reageren met 2-chloorpentaan, kan als volgt in een vergelijking worden
weergegeven:
$$ \text{CH}_3\text{O}^- + \text{CH}_3 - \text{CH} - \text{CH}_2 - \text{CH}_2 - \text{CH}_3 \rightarrow \text{CH}_3 - \text{CH} - \text{CH}_2 - \text{CH}_2 - \text{CH}_3 + \text{Cl}^- $$
$$ \qquad \qquad \quad \text{Cl} \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \text{OCH}_3 $$
Van 2-chloorpentaan bestaan twee optische isomeren, een D- en een L-isomeer. Ook van
2-methoxypentaan bestaan twee optische isomeren.
Als men uitsluitend (optisch actief) D-2-chloorpentaan met een oplossing van
natriumethanolaat in methanol laat reageren, ontstaan beide optische isomeren van
2-methoxypentaan. Er blijkt dan een reactiemengsel te ontstaan waarin D-2-methoxypentaan
en L-2-methoxypentaan in de molverhouding 2 : 3 aanwezig zijn.
3p 22 $\Box$ Leg uit of dit mengsel optische activiteit zal vertonen.
Men kan D-2-methoxypentaan bereiden zonder dat L-2-methoxypentaan ontstaat.
Dit kan met de Williamson-reactie, maar men moet dan uitgaan van een ander
chlooraalkaan dan (D)-2-chloorpentaan en een oplossing van een ander alkanaat dan
methanolat.
3p 23 $\Box$ Geef de namen van het alkanaat en het chlooraalkaan die men met elkaar moet laten
reageren via de Williamson-reactie om D-2-methoxypentaan te bereiden zonder dat
L-2-methoxypentaan ontstaat.
2p 24 $\Box$ Leg uit hoe het komt dat bij de Williamson-reactie tussen deze twee soorten deeltjes geen
L-2-methoxypentaan ontstaat.
Einde
000013 17