Vera heeft een munt die is gemaakt van een koperlegering. Zij onderzoekt het kopergehalte van de munt. De munt brengt ze in een overmaat geconcentreerd salpeterzuur. Alle metalen van de legering reageren met het salpeterzuur en er ontstaat een heldere oplossing. Hieronder is de vergelijking van de reactie van koper met geconcentreerd salpeterzuur weergegeven. Dit is een redoxreactie.
Cu (s) + 2 NO3- (aq) + 4 H+ (aq) --> Cu2+ (aq) + 2 NO2 (g) + 2 H2O (l)
Voor het uitvoeren van dit onderzoek heeft Vera een risicoanalyse uitgevoerd volgens het GHS-systeem. Er blijkt een aantal veiligheidszinnen van toepassing op dit experiment, zoals H314 en H330.
Na afloop van de reactie brengt Vera het reactiemengsel over in een maatkolf. Ze vult de oplossing aan met water zodat 1,000 L oplossing ontstaat. Deze lichtblauw gekleurde oplossing wordt verder in deze opgave ‘muntoplossing’ genoemd. De lichtblauwe kleur wordt veroorzaakt door gehydrateerde koper(II)ionen die met de formule Cu(H2O)42+ kunnen worden weergegeven. Uit deze formule blijkt dat elk koper(II)ion is omringd door vier watermoleculen.Hieronder is schematisch een koper(II)ion weergegeven.
Vervolgens voegt Vera 1,00 mL muntoplossing, 4,00 mL water en 5,00 mL ammonia bij elkaar in een reageerbuis en mengt deze stoffen goed. Alle gehydrateerde koper(II)ionen worden omgezet tot Cu(NH3)42+-ionen. Deze ionen zorgen ervoor dat er een donkerblauwe oplossing ontstaat. De procedure die Vera heeft gevolgd, is in figuur 1 schematisch weergegeven.
Vera meet met behulp van een zogenoemde colorimeter de kleurintensiteit van de verkregen donkerblauwe oplossing. De kleurintensiteit heeft geen eenheid en is een maat voor de concentratie Cu(NH3)42+-ionen. Ook meet Vera de kleurintensiteit van een aantal
standaardoplossingen met een bekende concentratie Cu(NH3)42+-ionen.
Met behulp van deze laatste metingen maakt zij de ijklijn die in figuur 2 is weergegeven.
De donkerblauwe oplossing in de reageerbuis van Vera heeft een kleurintensiteit van 0,29. Met behulp van figuur 2 bepaalt Vera het kopergehalte van de munt. De oorspronkelijke massa van de munt was 4,07 g.
Twee vliegen in één klap
Biogas kan een duurzaam, groen alternatief zijn voor fossiele brandstoffen. Het hoofdbestanddeel van biogas is methaan. Biogas bevat ook koolstofdioxide.
Omdat biogas vaak te veel koolstofdioxide bevat, moet biogas eerst behandeld worden. In 2014 hebben Deense onderzoekers een duurzame methode gepresenteerd om biogas te ontdoen van koolstofdioxide. In hun experiment, dat op kleine schaal is uitgevoerd, ‘voeren’ ze koolstofdioxide aan bacteriën die er barnsteenzuur van maken. De structuurformule van barnsteenzuur is hieronder weergegeven.
Via deze methode wordt biogas verkregen dat gebruikt kan worden voor het aardgasnet. Daarbij wordt ook een product gemaakt dat als grondstof gebruikt kan worden in de chemische industrie. Zo sla je twee vliegen in één klap. De methode is in onderstaand tekstfragment kort beschreven.
De beschrijving van de reactie die in de regels 6 tot en met 8 wordt gegeven, is niet volledig.
Barnsteenzuur kan worden gebruikt om PBS te maken. PBS is een kunststof die wordt gebruikt in de verpakkingsindustrie. PBS wordt gevormd uit barnsteenzuur en butyleenglycol. Hieronder is een fragment van PBS weergegeven, bestaande uit twee monomeereenheden van beide beginstoffen.
Het barnsteenzuur dat in het beschreven proces wordt gevormd, kan bij de productie van PBS worden gebruikt in plaats van barnsteenzuur dat uit aardolie afkomstig is. Dit PBS dat is gevormd uit “groen barnsteenzuur”, kan dan “groen PBS” worden genoemd.
SCR-techniek
In de motor van een dieselauto wordt diesel verbrand.
De uitlaatgassen van een dieselauto bevatten behalve de verbrandingsproducten van diesel ook stikstofoxiden (NOx). De uitstoot van NOx door dieselauto’s draagt in belangrijke mate bij aan de
concentratie van schadelijke NOx in de lucht. NOx heeft onder andere ongewenste effecten op de luchtkwaliteit.
Selectieve katalytische reductie (Engels: SCR) is een technische voorziening in de uitlaat van een dieselauto die de uitstoot van NOx vermindert. SCR maakt gebruik van AdBlue®. AdBlue® is een oplossing van ureum (CH4N2O) in water. De structuurformule van ureum is hieronder weergegeven.
In onderstaande figuur is het SCR-systeem vereenvoudigd en schematisch weergegeven.
Om NOx te verwijderen, vinden in de uitlaat de volgende processen plaats:
zone 1: AdBlue® wordt in de uitlaat gespoten en mengt met de hete uitlaatgassen.
zone 2: Alle ureum in AdBlue® wordt onder invloed van een katalysator omgezet tot ammoniak en
koolstofdioxide volgens:
CH4N2O (s) + H2O (g) --> 2 NH3 (g) + CO2 (g) (reactie 1)
zone 3: Met behulp van de SCR-katalysator reageert NOx met ammoniak tot stikstof en
waterdamp.
De gereinigde uitlaatgassen verlaten uiteindelijk de uitlaat.
Reactie 1 is een endotherme reactie. De benodigde warmte hiervoor wordt geleverd door de hete uitlaatgassen.
NOx is een mengsel van voornamelijk stikstofmono-oxide en stikstofdioxide.
Een grote dieselvrachtwagen heeft een AdBlue®-tank gevuld met 90 liter AdBlue®. Deze hoeveelheid AdBlue® bevat 3,2∙104 gram ureum.
Solar fuels
Wetenschappers onderzoeken manieren om zonne-energie op te slaan in de vorm van brandstoffen, zogenoemde ‘solar fuels’. De eerste stap daartoe is zonne-energie gebruiken om water om te zetten
tot waterstof en zuurstof. In de volgende stap moet men de gewonnen waterstof laten reageren met koolstofdioxide tot een koolstofhoudende brandstof. Dit proces komt in feite neer op het nabootsen van de natuurlijke fotosynthese die plaatsvindt in planten.
Veel onderzoek richt zich op het vinden van goede en goedkope katalysatoren om water te ontleden tot waterstof en zuurstof. In diagram 1 is het energiediagram van de ontleding
van water met katalysator onvolledig weergegeven. Het energieniveau van de reactieproducten ontbreekt. Daarnaast is in diagram 2 het energiediagram van de ontleding van water zonder katalysator onvolledig weergegeven. In diagram 2 ontbreken het energieniveau van de geactiveerde toestand en het energieniveau van de reactieproducten. Beide diagrammen zijn op dezelfde schaal weergegeven.
In onderstaand tekstfragment is een beschrijving gegeven van een onderzoek naar een geschikte katalysator. Dit onderzoek richt zich op een zogenoemd ‘kunstmatig plantenblad’.
tekstfragment
Het kunstmatige plantenblad (zie figuur 1 en 2) bestaat uit silicium met aan de zonkant een kobaltkatalysator die is bevestigd op een laagje ITO (een legering van onder andere indium en tin). Hier wordt H2O omgezet tot O2, H+ en elektronen. De elektronen verplaatsen zich door het silicium. Aan de andere kant zit een NiMoZn-katalysator, bevestigd aan een laagje
RVS (roestvast staal). Daar wordt H+ omgezet tot H2.
Als het kunstmatige plantenblad in een bak water wordt gezet en zonlicht op het blad valt, borrelen aan de zonkant zuurstofbelletjes en aan de andere kant waterstofbelletjes omhoog. Dit is weergegeven in figuur 2.
De vaste stof ITO is een geleider en kan bijvoorbeeld worden gemaakt door 90 gram In2O3 met 10 gram SnO2 te laten reageren. De stof ITO die daarbij ontstaat, is op te vatten als een legering van indium en tin waarbij in het rooster zuurstofmoleculen zijn ingebouwd.
Een van de solar fuels die uit waterstof en koolstofdioxide kan worden gemaakt, is propaan-2-ol (C3 H8O).
Door gebruik van micro-organismen is men in staat om propaan-2-ol te produceren volgens de volgende reactie:
9 H2 + 3 CO2 --> C3H8O + 5 H2O (reactie 1)
Grondstoffen uit spaarlampen
Oude spaarlampen en oude tl-buizen bevatten stoffen die worden aangeduid met de afkorting HALO. HALO geeft de gewenste kleur aan het licht. De kleur wordt onder andere bepaald door een klein percentage antimoonionen (Sb3+) in HALO. Het aantal elektronen (en de verdeling ervan over de schillen) in de Sb3+-ionen zijn daarbij van belang.
Aangezien antimoon hoog staat op de lijst van elementen die schaars dreigen
te worden, is men op zoek naar naar methoden om Sb3+-ionen uit HALO terug te winnen. Behalve Sb3+-ionen bevat HALO fosfaationen en calciumionen die kunnen worden gebruikt om hydroxyapatiet te maken. Hydroxy-apatiet is een grondstof voor kunstmest.
Onderzoekers hebben daarom een methode ontwikkeld waarbij uit HALO twee producten worden verkregen: antimoonoxide en hydroxy-apatiet.
In deze methode wordt een ionische vloeistof gebruikt. Een ionische vloeistof is een zout dat vloeibaar is bij lage temperaturen, bijvoorbeeld bij kamertemperatuur. De gebruikte ionische vloeistof ((C8H17)3CH3NCl) bestaat uit (C8H17)3CH3N+-ionen en Cl–-ionen. De (C8H17)3CH3N+-ionen zijn in figuur 1 met een vereenvoudigde structuurformule en op schematische wijze weergegeven.
De vaste stof (C8H17)3CH3NCl heeft een veel lager smeltpunt dan het zout NaCl. Het verschil in smeltpunt kan verklaard worden aan de hand van de roosteropbouw van beide stoffen.
Een mogelijke roosteropbouw van (C8H17)3CH3NCl is vereenvoudigd en schematisch weergegeven in figuur 2.
De ontwikkelde methode verloopt in een aantal stappen.
stap 1: Aan HALO wordt een overmaat zoutzuur gevoegd. Daarbij ontstaat een waterige
oplossing. De Sb3+-ionen uit HALO worden omgezet tot SbCl4– -ionen.
stap 2: Aan de oplossing uit stap 1 wordt de eerdergenoemde ionische vloeistof toegevoegd.
De ionische vloeistof mengt niet met de oplossing die in stap 1 is ontstaan. Er ontstaat een
twee-lagensysteem. Tussen de twee vloeistoffen worden de Cl–-ionen uit de ionische
vloeistof met de SbCl4– -ionen van stap 1 uitgewisseld (zie figuur 3). Na enige tijd worden
de twee vloeistoflagen A en B van elkaar gescheiden.
stap 3: Aan laag A wordt een natriumhydroxide-oplossing toegevoegd. De twee vloeistoffen
worden flink door elkaar geschud. De volgende reactie treedt op:
2 SbCl4– + 6 OH– --> Sb2O3 (s) + 3 H2O + 8 Cl–
Sb2O3 wordt afgescheiden van de twee vloeistoffen.
stap 4: Nadat Sb2O3 is afgescheiden, worden ook de twee vloeistoffen (de ionische vloeistof en de
ontstane natriumchloride-oplossing) van elkaar gescheiden.
stap 5: Aan de laag B die in stap 2 is afgescheiden, wordt ook een natriumhydroxide-oplossing
toegevoegd. Fosfaationen en calciumionen, afkomstig van HALO, reageren met
hydroxide-ionen tot vast hydroxy-apatiet. Het hydroxy-apatiet en de overgebleven
natriumchloride-oplossing (die ook enige verontreinigingen bevat) worden gescheiden.
Hydroxy-apatiet bestaat uit calciumionen, fosfaationen en hydroxide-ionen. De fosfaationen en de hydroxide-ionen komen voor in de molverhouding 3 : 1.
Hieronder is het beschreven proces om Sb2O3 en hydroxy-apatiet te produceren uit HALO, in een vereenvoudigd en nog onvolledig blokschema weergegeven. In dit blokschema ontbreken enkele
stofstromen en de namen van de bijbehorende stoffen.
Fluimucil®
Bij een vastzittende hoest schrijft de huisarts soms Fluimucil® voor om het vastzittende slijm in de longen gemakkelijker te kunnen ophoesten. Het werkzame bestanddeel in Fluimucil® is NAC (N-acetylcysteïne). Behalve NAC bevat Fluimucil® onder andere de zoetstof aspartaam.
De structuurformules van NAC en aspartaam zijn in figuur 1 weergegeven.
Een molecuul aspartaam is opgebouwd uit twee aminozuureenheden die door een peptidebinding aan elkaar gekoppeld zijn. Een van deze aminozuureenheden is ook veresterd. In de structuurformule van aspartaam is een aantal atoombindingen voorzien van een nummer.
Slijm bestaat onder andere uit eiwitten, water en zouten. In dik, vastzittend slijm komen relatief veel eiwitten voor. Tussen de eiwitketens komen crosslinks voor in de vorm van S–S bindingen, zogenoemde zwavelbruggen. In figuur 2 is zo’n zwavelbrug schematisch weergegeven.
De werking van NAC berust op het verbreken van zwavelbruggen in het slijm. Het verbreken van de zwavelbruggen is een redoxreactie. Op de uitwerkbijlage is de vergelijking van de halfreactie van het verbreken van zwavelbruggen in slijm schematisch weergegeven. De structuurformule van NAC is hierbij weergegeven als R-CH2-SH. De vergelijking van deze halfreactie is onvolledig: de elektronen (e–) en de coëfficiënten ontbreken.
Door Fluimucil® te gebruiken verandert de microstructuur van slijm, waardoor het slijm beweeglijker wordt. Vastzittend slijm is hierdoor gemakkelijker op te hoesten.
Het arrangement Examen scheikunde havo 2019 1e tijdvak is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Dick Naafs
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2019-05-24 10:24:38
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Het havo eindexamen scheikunde 1e tijdvak 2019 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
Het havo eindexamen scheikunde 1e tijdvak 2019 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
