# Eindexamen Scheikunde VWO 2017 tijdvak 2

> Openbaar eindexamen. Bekijk en oefen het examen: https://slimmeexamens.nl/examens/vwo/scheikunde/2017/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 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

### Vraag 25 – Opgave 1

### Vraag 26 – Opgave 1

### Vraag 27 – Opgave 1

### Vraag 28 – Opgave 1

## Opgaven (tekst van het examen)

### Pagina 1

Examen VWO
2017
tijdvak 2
dinsdag 20 juni
13.30 - 16.30 uur
scheikunde
Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.
Dit examen bestaat uit 28 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 68 punten te behalen.
Voor elk vraagnummer staat 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 er meer dan twee
redenen, dan worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
VW-1028-a-17-2-0

### Pagina 2

Kerosine uit zonlicht

Europese chemici zijn erin geslaagd om vliegtuigbrandstof (kerosine) te
produceren uit koolstofdioxide en water. De onderzoekers gebruikten voor
deze omzetting een zogeheten solar-reactor. Hierin wordt zonlicht
gebundeld waardoor in de reactor een zeer hoge temperatuur ontstaat.
De reactie (reactie 1) tussen koolstofdioxide en water verloopt bij hoge
temperatuur (1000 K).
$$4 \text{ H}_2\text{O} + 2 \text{ CO}_2 \rightarrow 2 \text{ CO} + 4 \text{ H}_2 + 3 \text{ O}_2$$ (reactie 1)

3p 1 Bereken de reactiewarmte voor reactie 1 per mol water.
Neem aan dat onder deze omstandigheden de waardes van de
vormingswarmten uit Binas mogen worden gebruikt.

De gevormde zuurstof moet worden verwijderd voordat het gasmengsel
verder kan worden gebruikt. De onderzoekers hebben hiervoor in de
reactor een fijn gaas aangebracht, bedekt met cerium(III)oxide.
Als cerium(III)oxide reageert met zuurstof ontstaat cerium(IV)oxide
(reactie 2). Uiteindelijk wordt door reacties 1 en 2 een mengsel van CO en
$\text{H}_2$ verkregen.

2p 2 Geef de vergelijking voor reactie 2.
2p 3 Geef aan hoeveel mol cerium(III)oxide minimaal aanwezig moet zijn per
mol $\text{CO}_2$ voor het wegvangen van alle zuurstof die ontstaat bij reactie 1.
Licht je antwoord toe.

Het in de reactor gevormde cerium(IV)oxide kan door sterke verhitting
weer worden omgezet tot cerium(III)oxide (reactie 3).
De onderzoekers willen reacties 1 en 2 uitvoeren met een continue
instroom en uitstroom van de gassen.
Om de productie van CO en $\text{H}_2$ uit te voeren als een continuproces
moeten reacties 1 en 3 tegelijk plaatsvinden.

3p 4 Geef een mogelijk blokschema van deze productie van CO en $\text{H}_2$.
Uit het antwoord moet blijken dat het proces als een continuproces
verloopt. Geef reactoren en stofstromen weer. Zet bij alle stofstromen de
namen en/of formules van de stoffen.

VW-1028-a-17-2-0 2 / 13 lees verder

### Pagina 3

Het gasmengsel waar de zuurstof uit is verwijderd, ook wel syngas genoemd, werd door de onderzoekers met het Fischer-Tropsch-proces omgezet tot kerosine. De gevormde kerosine had een gemiddelde molecuulformule van $C_{14}H_{28}$. Als bijproduct ontstond alleen water.
2p 5 Geef de vergelijking voor de vorming van deze kerosine met het Fischer-Tropsch-proces.
3p 6 Bereken hoeveel ton $CO_2$ wordt afgevangen voor het produceren van 20 m³ van deze kerosine ($T = 298$ K, $p = p_0$). Ga er bij de berekening van uit dat geen andere koolwaterstoffen dan kerosine ontstaan. Maak gebruik van de volgende gegevens:
– neem aan dat $H_2$ in overmaat beschikbaar is;
– de dichtheid van de kerosine bedraagt $7,9 \cdot 10^{-1}$ $g mL^{-1}$.
VW-1028-a-17-2-o 3 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 4

KNOxOUT™-verf
Stikstofoxiden (NOx) worden voornamelijk uitgestoten door
motorvoertuigen en zijn een belangrijke veroorzaker van luchtvervuiling
en zure regen. Vooral het roodbruine NO, is giftig en een belangrijke
veroorzaker van smog. In Makati, een grote stad in de Filipijnen, is een
groot project van start gegaan om de NOx-uitstoot te verminderen.
Het gemeten gemiddelde volumepercentage NO₂ op de plek van het
project (metrostation Guadalupe) was in 2009 meer dan 9,6·10⁻⁶ %.

3p 7 Laat met een berekening zien of het gemeten gemiddelde
volumepercentage NO₂ hoger of lager was dan de grenswaarde
van NO₂ (TGG 8 uur). ($T = 298$ K, $p = p_0$)

In Makati verfde men het drukke metrostation Guadalupe met een
speciaal soort verf: de zogeheten KNOxOUT™-verf van de Filippijnse firma
Boysen. Deze verf zorgde ervoor dat de NO,-concentratie drastisch
daalde. Dit succes is te danken aan de katalysator TiO₂, die in de verf
verwerkt is. TiO₂ zet water- en zuurstofmoleculen onder invloed van
uv-straling om volgens reactie 1.

$$ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}^+ + \text{HO}\cdot + \text{O}_2^- \quad \text{(reactie 1)} $$

2p 8 Leg mede aan de hand van de formules van de betrokken deeltjes uit of
deze omzetting van water en zuurstof kan worden opgevat als een
redoxreactie of als een zuur-basereactie.

VW-1028-a-17-2-o 4 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 5

De gevormde deeltjes reageren met NO$_x$ tot salpeterzuur. Hierbij wordt uit
elk deeltje NO$_x$ één deeltje salpeterzuur gevormd.
Het gevormde salpeterzuur wordt vervolgens door het in de verf
aanwezige calciumcarbonaat (CaCO$_3$) volledig geneutraliseerd. De stoffen
die bij deze reactie ontstaan, spoelen tijdens een regenbui weg. Als het
gevormde salpeterzuur volledig wordt geneutraliseerd door
calciumcarbonaat ontstaan CO$_2$ en opgelost calciumnitraat.

3p 9 Geef de vergelijking van de reactie van calciumcarbonaat met opgelost
salpeterzuur waarbij onder andere CO$_2$ en opgelost calciumnitraat
ontstaan.

In het experiment in Makati werd in totaal 4100 m$^2$ muur geverfd.
Gemiddeld zette de verf per m$^2$ muur 0,26 gram aan NO$_x$ per dag om tot
salpeterzuur. Er is gepland om de muur elke vijf jaar opnieuw te verven.

4p 10 Leg uit, met behulp van een berekening van de benodigde massa aan
calciumcarbonaat per m$^2$ muur, of de verf gedurende vijf jaar het ontstane
salpeterzuur kan neutraliseren.
Maak onder andere gebruik van de volgende gegevens:
– per m$^2$ muur is 0,40 L verf nodig;
– de dichtheid van de verf bedraagt 1,52 kg L$^{-1}$;
– de gemiddelde molaire massa van NO$_x$ is 30,8 g mol$^{-1}$.

VW-1028-a-17-2-o 5 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 6

Batterijen opladen met NaSi

In 2012 werd op een vakantiebeurs een draagbare batterijoplader
gepresenteerd om bijvoorbeeld een mobieltje op te laden.
In de oplader bevindt zich een eenmalig te gebruiken capsule met
natriumsilicide. Het benodigde natriumsilicide wordt bereid door
siliciumpoeder en vloeibaar natrium met elkaar te laten reageren bij
400 °C.
De verhoudingsformule van natriumsilicide is NaSi. Natriumsilicide is
opgebouwd uit Na⁺ en Si⁴⁻ ionen. Een Si⁴⁻ ion heeft de vorm van een
tetraëder. Op elk hoekpunt van de tetraëder is een Si deeltje aanwezig.

3p 11 Geef de Lewisstructuur van een ion Si₄⁻ . Geef formele ladingen aan.

In de oplader wordt het natriumsilicide in contact gebracht met water,
waarbij waterstof ontstaat (reactie 1).
2 NaSi (s) + 5 H₂O (l) → Na₂Si₂O₅ (s) + 5 H₂ (g) (reactie 1)
In de technische toelichting bij de oplader staat dat een capsule 4,5 g
natriumsilicide-poeder bevat.
Per capsule ontstaat 4,0 L waterstofgas ($T = 298$ K, $p = p_0$).

3p 12 Bereken het rendement van de waterstofproductie in de oplader
($T = 298$ K, $p = p_0$).

De gevormde waterstof stroomt naar het andere deel van de oplader waar
zich een waterstofbrandstofcel bevindt. In de waterstofbrandstofcel wordt
de waterstof omgezet tot water.
Bijzonder aan deze oplader is dat de oplader voor gebruik moet worden
gevuld met water. Een persbericht over deze oplader kreeg daarom als
titel ‘Mobieltje opladen met water’. Deze titel lijkt te suggereren dat de
oplader zijn energie uit water haalt.

2p 13 Geef de vergelijking van de reactie die verloopt in de
waterstofbrandstofcel en leg uit dat de energie die de oplader levert
niet wordt geleverd door het toegevoegde water.

De oplader wordt in persberichten aangeprezen als duurzaam.
Om dat te onderbouwen, noemt de fabrikant de volgende punten:
– natriumsilicide wordt bereid uit grondstoffen die zeer ruimschoots
aanwezig zijn op aarde: natriumchloride en siliciumdioxide (zand);
– de reactie waarbij natriumsilicide wordt gevormd uit natrium en silicium
kost geen energie en levert geen enkel bijproduct op;
– tijdens stroomlevering komt alleen waterdamp in de atmosfeer;
– de capsule kan na gebruik bij het gewone afval omdat de uitgewerkte
capsule geen schadelijke stoffen bevat.

VW-1028-a-17-2-o 6 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 7

Twee leerlingen twijfelen over de duurzaamheid van deze oplader.
Ze merken dat de fabrikant positieve punten noemt, zoals de goede
atoomeconomie van de vorming van natriumsilicide. Om een goede
afweging te kunnen maken of deze oplader duurzaam is in productie en
gebruik, vullen ze de bovenstaande opsomming aan. Ze noteren enkele
gegevens over productie en gebruik van de oplader, waaruit blijkt dat niet
wordt voldaan aan enkele uitgangspunten in de groene chemie.

3p 14 Noteer bij elk van de volgende uitgangspunten in de groene chemie een
gegeven waaruit blijkt dat niet wordt voldaan aan deze uitgangspunten.
Gebruik gegevens uit de voorgaande teksten over de productie en het
gebruik van de oplader. Gebruik onder andere Binas-tabel 97F.
Noteer je antwoord als volgt:
– Uitgangspunt 2: ...
– Uitgangspunt 6: ...
– Uitgangspunt 12: ...

Om de waterstofproductie per gram poeder te verhogen heeft de fabrikant
nog een andere capsule ontwikkeld waarin behalve natriumsilicide ook
natriumboorhydride ($NaBH_4$) aanwezig is.
De reactie tussen natriumsilicide-poeder en water verloopt snel en
exotherm. Natriumboorhydride-poeder reageert maar heel langzaam met
water. Opmerkelijk is dat in het mengsel van natriumsilicide-poeder en
natriumboorhydride-poeder beide stoffen snel worden omgezet.

1p 15 Geef een verklaring voor het gegeven dat zuiver natriumboorhydride
slechts moeizaam met water reageert, maar wel snel reageert als het is
gemengd met natriumsilicide.

De fabrikant vermeldt niet in welke verhouding de twee stoffen gemengd
zijn, maar wel dat 100 g van het mengsel na de reactie met water
maximaal 15,7 g waterstof kan leveren.
Uit de reactie van natriumboorhydride met water ontstaan waterstof,
natriumhydroxide en $B(OH)_3$. Dit is reactie 2.

2p 16 Geef de vergelijking van reactie 2.
4p 17 Bereken met behulp van reacties 1 en 2 hoeveel gram natriumsilicide
aanwezig is in 100 g van dit mengsel.
Neem aan dat het rendement van beide reacties 100% bedraagt.

VW-1028-a-17-2-o 7 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 8

Zwetende gebouwen koelen af

Het koelen van kantoorgebouwen kost veel energie. Een manier om de
energiekosten voor het koelen te verminderen is het dak van het gebouw
met sponsachtig materiaal te bedekken dat regenwater opneemt.
Wanneer later de zon schijnt, verdampt het water waardoor het gebouw
minder opwarmt. Een groep wetenschappers heeft onderzocht of een
hydrogel hiervoor een geschikt materiaal is. Een hydrogel is een
homogeen mengsel van een polymeer met water. De watermoleculen zijn
ingesloten tussen de polymeerketens. Interacties tussen de ketens zorgen
ervoor dat het mengsel niet vloeibaar is en niet ontsnapt.
Wetenschappers onderzochten eerst of een hydrogel gebaseerd op het
polymeer pHEMA geschikt was om gebouwen te koelen.
pHEMA is het additiepolymeer van HEMA.
[FIGUUR: Structuurformule van HEMA]
pHEMA wordt bereid door aan een mengsel van HEMA met water een
kleine hoeveelheid ammoniumpersulfaat, $(NH_4)_2S_2O_8$, toe te voegen. De
initiatiereactie van de polymerisatie is hieronder weergegeven.
$S_2O_8^{2-} \to 2 SO_4^{-}$ (initiatie)
Het deeltje $SO_4^{-}$ is het radicaal dat de polymerisatie op gang brengt.

2p 18 Geef een mogelijke Lewisstructuur van het deeltje $SO_4^{-}$, waaruit blijkt dat
het deeltje een radicaal is. Geef formele ladingen aan.
Neem aan dat de covalentie van zwavel zes is.

Het radicaal $SO_4^{-}$ reageert met HEMA, waardoor uiteindelijk pHEMA
ontstaat.

3p 19 Geef de vergelijking van de propagatiereactie van een deeltje $SO_4^{-}$ met
een molecuul HEMA. Geef het deeltje $SO_4^{-}$ aan met $R\bullet$.
Geef met pijlen aan hoe elektronen zich verplaatsen tijdens de reactie.

pHEMA kan veel water opnemen. Als pHEMA geheel met water wordt
verzadigd, bedraagt het massapercentage water in de ontstane hydrogel
72%.

2p 20 Bereken hoeveel moleculen water per monomereenheid in deze hydrogel
van pHEMA worden opgenomen.
Neem aan dat het massapercentage ammoniumpersulfaat in de hydrogel
te verwaarlozen is.

VW-1028-a-17-2-o 8 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 9

Omdat pHEMA in de praktijk
bleek tegen te vallen, is het
vervante polymeer pNIPAM
onderzocht. In figuur 1 is een
gedeelte van de
microstructuur van pNIPAM
weergegeven. pNIPAM is een
netwerkpolymeer dat wordt
gemaakt uit twee monomeren.
Bij de polymerisatie treden
uitsluitend additiereacties op.
figuur 1
CH - CH₂ - CH - CH₂ ~
C=O
N-H
CH-CH3
CH3
C=O
N-H
CH-CH3
CH3
~CH - CH₂ - CH - CH₂ - CH - CH₂ ~
C=O
N-H
CH-CH₃
CH3
C=O
N-H
CH-CH3
CH3
2p 21 Geef de structuurformule van het monomeer dat voor de crosslinks in
pNIPAM zorgt.
Als pNIPAM-korrels worden samengevoegd met water bij een temperatuur
onder 33 °C zwelt het materiaal op door opname van water. Ketendelen
van pNIPAM worden dan volledig omgeven door watermoleculen.
Op de uitwerkbijlage is figuur 1 nogmaals weergegeven.
2p 22 Geef op de uitwerkbijlage weer hoe twee watermoleculen gebonden zijn
aan pNIPAM.
Als een dak wordt bedekt met een laag pNIPAM-korrels, kan het materiaal
water opnemen tijdens regenbuien. Als dan later de zon schijnt neemt de
natte hydrogel energie op én verdampt het water. Hierdoor zal een
gebouw minder opwarmen. Omdat het proces herhaalbaar is, kan het
materiaal langere tijd worden gebruikt.
Het eerder onderzochte pHEMA is niet geschikt voor deze toepassing
omdat bij het verdampen van water zich een harde korst van pHEMA
vormt. Hierdoor wordt de opname van water belemmerd.
De onderzoekers veronderstellen dat dit wordt veroorzaakt doordat tijdens
het opdrogen de polymeerketens van pHEMA zich regelmatig
rangschikken waardoor kristallijne gebieden worden gevormd. De
interacties tussen de ketens zijn dan zo sterk dat watermoleculen niet
meer tussen de ketens kunnen dringen.
2p 23 Leg uit op microniveau waarom in pNIPAM geen kristallijne gebieden
worden gevormd tijdens het opdrogen.
VW-1028-a-17-2-o
9/13
lees verder

### Pagina 10

Om de koelende werking van pNIPAM te onderzoeken, zijn temperatuurmetingen gedaan aan een miniatuurhuis waarvan het dak met een laag pNIPAM-korrels is bedekt. Aan het begin van de meting werd de laag verzadigd met water. Het miniatuurhuis werd vervolgens verwarmd onder een sterke lamp, terwijl de temperatuur van de natte hydrogel werd gemeten. De temperatuur van de natte hydrogel steeg van $24 \ ^\circ \text{C}$ tot $33 \ ^\circ \text{C}$ door de opname van energie. Bij $33 \ ^\circ \text{C}$ bleef de temperatuur constant totdat al het aanwezige water was verdampt. De totale hoeveelheid energie die op dat moment is opgenomen door de pNIPAM-laag hoeft niet meer door koeling te worden afgevoerd.

3p 24 Bereken hoeveel energie per m$^2$ is opgenomen door de pNIPAM-laag als gevolg van de temperatuurstijging en het verdampen van het water. Maak onder andere gebruik van de volgende gegevens:
- in de laag was 2,8 kg water per m$^2$ aanwezig;
- het massapercentage water in de pNIPAM-laag bedroeg 84%;
- de soortelijke warmte van de natte hydrogel bedraagt $4,0 \cdot 10^3 \ \text{J kg}^{-1}$;
- de verdampingswarmte van water bedraagt $2,26 \cdot 10^6 \ \text{J kg}^{-1}$.

VW-1028-a-17-2-o 10 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 11

Ga verder op de volgende pagina.
VW-1028-a-17-2-o 11 / 13 lees verder ►►►

### Pagina 12

De bacteriële celwand

Bacteriën hebben behalve een celmembraan ook een celwand om hun cellen. Het belangrijkste bestanddeel van deze celwand is mureïne. Mureïne bestaat uit lange saccharide-ketens die door korte peptideketens met elkaar zijn verbonden. In de saccharide-keten zijn afwisselend eenheden NAG en NAM aanwezig. In figuur 1 is een deel van de keten van mureïne weergegeven.

[FIGUUR: Structuur van een deel van een mureïne keten met een saccharide ruggengraat bestaande uit afwisselende NAG en NAM eenheden, en aan R1 en R2 getoonde groepen.]

figuur 1

R1 = $\underset{\substack{\text{H}}}{-\text{N}}-\underset{\substack{\text{O}}}{\text{C}}-\text{CH}_3$

R2 = $-\text{O}-\text{CH}-\text{C}\stackrel{\text{1}}{\text{--}}\stackrel{\text{2}}{\text{--}}\stackrel{\text{3}}{\text{--}}\text{}$ peptideteken

NAG en NAM zijn beide afgeleid van één van de monosachariden die zijn weergegeven in Binas-tabel 67F.

1p 25 Geef de naam van de monosacharide waarvan NAG en NAM beide zijn afgeleid.

Aan iedere NAM-eenheid is in R2 een korte peptideketen gebonden. Zowel het aantal aminozuren in de peptideketen als de samenstelling van de aminozuren is hierbij afhankelijk van de bacteriesoort. In figuur 2 is de peptideketen weergegeven die voorkomt in mureïne van de bacteriesoort $E.$ $coli$. Deze peptideketen is op een afwijkende manier in de keten opgenomen.

[FIGUUR: Structuur van een peptideketen, genummerd van 1 tot 4, die verbonden is aan een NAM eenheid.]

figuur 2

~NAG-NAM-NAG~

$\underset{\substack{\text{O}}}{\text{CH}} - \underset{\substack{\text{CH}_3}}{\text{CH}} -$

$\stackrel{\text{HN}}{\text{}} - \underset{\substack{\text{CH}_2 \\ \text{1}}}{\text{C}} \stackrel{\text{O}}{\text{=}} \stackrel{\text{HN}}{\text{}} - \underset{\substack{\text{CH} \\ \text{2}}}{\text{C}} - \underset{\substack{\text{C}=\text{O}}}{\text{}} \stackrel{\text{HN}}{\text{}} - \underset{\substack{\text{CH} \\ \text{H}}}{-} \underset{\substack{\text{O} \\ \text{||}}}{\text{C}} - \text{NH} - \underset{\substack{\text{CH} \\ \text{H}}}{-} \underset{\substack{\text{C}=\text{O}}}{\text{}} - \text{OH}$

2p 26 Geef de naam van aminozuur 2 en geef aan wat er afwijkend is in de manier waarop dit aminozuur in de peptidketen is opgenomen. Gebruik Binas-tabel 67H.

Amino zuur 3 in de peptidketen bij $E.$ $coli$ is het zogeheten diaminopimelinezuur (DAP).

2p 27 Geef de structuurformule van het aminozuur DAP. Gebruik figuur 2. Het aminozuur DAP is niet in Binas opgenomen.

VW-1028-a-17-2-o

12 / 13

lees verder ►►►


### Pagina 13

De verschillende saccharide-ketens van mureïne liggen parallel aan elkaar.
Tussen de peptideketens aan de NAM-eenheden worden
peptidebindingen gevormd. Hierdoor ontstaan crosslinks zoals in figuur 3
schematisch is weergegeven.

figuur 3
[FIGUUR: Schematische weergave van saccharide-ketens van mureïne met daaraan peptideketens, en crosslinks tussen de peptideketens.]

In $E.\ coli$ komen crosslinks voor tussen het derde en het vierde aminozuur
in de peptidketens.
Op de uitwerkbijlage zijn de structuurformules van twee mureïne-ketens
van $E.\ coli$ tweemaal weergegeven: eenmaal vóór de vorming van de
crosslink en eenmaal na de vorming van de crosslink.
In de weergave 'na vorming crosslink' zijn van sommige aminozuren
enkele O en H atomen weggelaten.

2p 28 Geef op de uitwerkbijlage in de weergave 'na vorming crosslink' weer hoe
de peptideketens in mureïne van $E.\ coli$ door middel van één
peptidebinding met elkaar zijn verbonden.
Vul de weggelaten H en O atomen aan waar nodig.

VW-1028-a-17-2-o 13 / 13 einde ■