Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2021 met uitlegfilmpjes
Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2021 met uitlegfilmpjes
Geleisuiker
Rian maakt aardbeienjam. Volgens haar recept moet ze gepureerde aardbeien vier minuten lang koken met wat citroensap en geleisuiker. Geleisuiker is een mengsel van suiker (sacharose), pectine en citroenzuur. Sacharose geeft de jam een zoete smaak. Ook bindt sacharose een groot deel van het water uit het fruit, waardoor micro-organismen in jam nauwelijks kunnen groeien en de jam lang houdbaar blijft. Hieronder is de structuurformule van een sacharosemolecuul weergegeven.
Het verdikkingsmiddel pectine maakt de jam minder vloeibaar. Hieronder is een fragment van een pectinemolecuul in structuurformule weergegeven.
Pectine is een copolymeer. Pectine wordt gevormd uit monomeren van galacturonzuur (monomeereenheid I) en monomeren van stof II (monomeereenheid II). Stof II kan beschouwd worden als de ester van galacturonzuur en één andere stof.
Wanneer de jam na het koken afkoelt, vormt zich een netwerk van pectinemoleculen dat de andere stoffen insluit. Een dergelijk netwerk wordt een gel genoemd. In onderstaande figuur zijn twee pectinemoleculen te zien die door middel van bindingen (zie 1) tussen de
estergroepen en bindingen (zie 2) tussen de carboxylgroepen met elkaar verbonden zijn.
Het citroensap dat Rian heeft toegevoegd, bevat een zuur dat de vorming van een gel
De structuurformule van het zuur in citroensap is te omschrijven als propaan met op het eerste, tweede en derde koolstofatoom een carboxylgroep in plaats van een H-atoom. Ook bevindt zich aan het middelste koolstofatoom een hydroxylgroep in plaats van een H-atoom. De molecuulformule is C6H8O7.
Als Rian vergeet om citroensap toe te voegen wordt de pH van de jam hoger dan 4,1. Bij deze hogere pH zal de meerderheid van de carboxylgroepen (COOH) in pectine zijn omgezet tot COO−-groepen. Zonder citroensap zullen er dus weinig tot geen carboxylgroepen zijn, waardoor de binding die in de figuur is aangeduid met cijfer 2 niet aanwezig is. De afwezigheid van deze binding zorgt ervoor dat de
pectinemoleculen niet bij elkaar worden gehouden en er zich geen gel vormt. Tussen de COO−-groepen vindt zelfs een interactie plaats die gelvorming tegengaat.
In Europa werd in 2016 van al het ingezamelde kunststofafval ongeveer 30% gerecycled. De rest van het kunststofafval belandde op de vuilnisbelt of werd verbrand. Sommige kunststoffen, zoals thermoharders, zijn moeilijk te recyclen.
In de haven van Rotterdam wordt een fabriek gebouwd die niet-recyclebaar kunststofafval gaat omzetten tot waardevolle chemicaliën. Een voorbeeld is de vorming van de grondstof methanol. In figuur 1 is een onvolledig blokschema van dit proces weergegeven.
In reactor 1 (R1) wordt kunststofafval omgezet tot een gasmengsel. Voor deze omzetting is energie nodig. Op de uitwerkbijlage is een onvolledig energiediagram weergegeven van deze reactie.
Het in R1 ontstane gasmengsel wordt vervolgens gezuiverd tot synthesegas: een mengsel van koolstofmono-oxide en waterstof. In reactor 2 (R2) wordt uit dit synthesegas methanol gevormd volgens onderstaande vergelijking.
In een chemische fabriek zal de vrijgekomen reactiewarmte zo veel mogelijk elders in het proces weer gebruikt worden. Hierbij worden warmtewisselaars ingezet. In deze opgave wordt een warmtewisselaar weergegeven zoals in figuur 2.
Hieronder is het blokschema uit figuur 1 weergegeven en uitgebreid met één warmtewisselaar. In dit blokschema ontbreekt een tweede warmtewisselaar.
De Rotterdamse fabriek kan 3,6.105 ton kunststofafval verwerken tot 2,13.105 ton methanol (1,0 ton = 1,0.103 kg). Deze opbrengst is lager dan volgens de theorie te verwachten is.
In een verkeerd afgestelde cv-ketel kan onvolledige verbranding van aardgas optreden. Daarbij kan, behalve water en koolstofdioxide, ook het giftige gas koolstofmono-oxide (CO) ontstaan.
Koolstofmono-oxide is giftig doordat het zuurstof uit het lichaam verdringt. Bij inademing van schone lucht wordt zuurstof uit de lucht gebonden door het eiwit hemoglobine (Hb). Hierbij ontstaat oxyhemoglobine (HbO2), dat zuurstof via de bloedbaan door het lichaam verspreidt. Wanneer lucht is verontreinigd met koolstofmono-oxide, wordt koolstofmono-oxide in plaats van zuurstof door Hb gebonden. Er ontstaat dan HbCO. Slechts een kleine concentratie koolstofmono-oxide leidt al tot een vergiftiging. Inademing van lucht die 0,10 volumeprocent koolstofmono-oxide bevat, leidt ertoe dat 50% van alle Hb-moleculen bindt met CO-moleculen en 50% van de Hb-moleculen bindt met O2-moleculen.
Bij een vermoeden van CO-vergiftiging kan het CO-gehalte in de uitgeademde lucht worden gemeten met een CO-meter. Deze meting is mogelijk omdat koolstofmono-oxide dat aan hemoglobine is gebonden, ook weer kan loslaten en geleidelijk wordt uitgeademd. Uit de meetwaarde wordt vervolgens het HbCO-gehalte in het bloed berekend. Het verband tussen het CO-gehalte in de uitgeademde lucht en het HbCO-gehalte in het bloed is in de figuur weergegeven.
Bij een HbCO-gehalte van meer dan 12% is er sprake van CO-vergiftiging. Het CO-gehalte op de horizontale as is uitgedrukt in volume-ppm. 1 volume-ppm komt overeen met 1.10–6 liter koolstofmono-oxide per liter lucht. Bij een meting blijkt de uitgeademde lucht van een persoon 3,0∙102 μg koolstofmono-oxide te bevatten. Het volume van de uitgeademde lucht van deze persoon was 4,0 L.
De werking van de CO-meter is gebaseerd op een redoxreactie in een elektrochemische cel. De uitgeademde lucht wordt langs een van de elektroden geleid. Het CO wordt daarbij omgezet tot CO2 volgens onderstaande halfreactie.
H2O + CO → 2 H+ + CO2 + 2 e–
Aan de andere elektrode van de CO-meter reageert zuurstof. Bij deze omzetting reageren ook H+-ionen.
Iemand met een CO-vergiftiging moet snel schone lucht inademen die geen koolstofmono-oxide bevat. CO-moleculen die loslaten van Hb-moleculen worden dan verdrongen door de overmaat aan O2-moleculen die wordt ingeademd. De vrijgekomen Hb-moleculen binden vervolgens O2-moleculen in plaats van CO-moleculen. De snelheid waarmee de concentratie HbCO in het bloed afneemt is zodanig dat elke 5 uur de concentratie HbCO halveert. De concentratie HbCO in het bloed van een patiënt is 2,28 mmol L–1.
Een nadeel van de inademing van lucht is dat het lang duurt voordat de concentratie HbCO op een niet-giftig niveau is gekomen. Bij ernstige CO-vergiftiging wordt daarom vaak beademd met zuivere zuurstof. De tijd die nodig is om de concentratie HbCO te halveren wordt dan teruggebracht tot 1,0 uur.
Voor het verbouwen van gewassen zoals rijst is veel water nodig. Grondwater bevat vaak te veel opgeloste zouten om het water voor gewasteelt te kunnen gebruiken. Deze zouten moeten worden verwijderd. Hierna wordt het water ‘zoet water’ genoemd. Destillatie van grote hoeveelheden grondwater kost veel energie en is duur. Een mogelijk alternatief is elektrodialyse. Bij elektrodialyse stroomt zout grondwater door een opstelling met membranen waarover een spanning is aangelegd (figuur 1). De benodigde elektrische energie wordt met behulp van zonlicht opgewekt.
In figuur 1 is weergegeven hoe zout grondwater van onderaf een opstelling met zes compartimenten binnenstroomt. Na inschakelen van de spanningsbron kunnen de ionen die in het zoute water aanwezig zijn zich door een membraan verplaatsen. Membraan A laat uitsluitend positieve ionen door en membraan B uitsluitend negatieve ionen. Doordat de membranen A en B afwisselend zijn geplaatst, vindt in sommige
compartimenten een verwijdering van ionen plaats en in andere compartimenten een toename van de concentratie van ionen. Er stromen dus twee vloeistoffen uit de opstelling: zoet water en zeer zout water.
Aan de negatieve elektrode ontstaat waterstof volgens halfreactie 1. Als deze waterstof wordt opgeslagen, kan die gebruikt worden voor een brandstofcel die ‘s nachts de opstelling van energie voorziet. De waterstof wordt gevormd volgens onderstaande halfreactie:
2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– (halfreactie 1)
Langs beide elektroden wordt een elektrolyt-oplossing geleid. Hiervoor wordt een oplossing van natriumsulfaat (Na2SO4) gebruikt.
In de opstelling van figuur 1 wordt voorkómen dat chloride-ionen in de elektrolyt-oplossing aan de positieve elektrode komen. Dit voorkomt het optreden van een ongewenste halfreactie van Cl– aan deze elektrode. Volgens het GHS-systeem zou dan gevarenzin H330 van toepassing zijn.
In figuur 2 is de structuurformule weergegeven van een additiepolymeer waaruit een van de twee soorten membranen uit de opstelling is gemaakt. Dit additiepolymeer is gevormd uit twee soorten monomeren. Een van de monomeren is ook apart in figuur 2 weergegeven. Het andere monomeer zorgt voor crosslinks tussen de ketens van het polymeer.
Een belangrijk voordeel van elektrodialyse is het lage energieverbruik. Met 2,3 kWh aan energie kan 1,0 m3 zout grondwater worden gezuiverd. De benodigde energie kan bovendien met zonlicht worden opgewekt. Bij het destilleren van zout grondwater ligt het energieverbruik veel hoger, doordat veel energie nodig is om water te laten verdampen. Met behulp van onderstaande gegevens kan worden berekend dat met 2,3 kWh aan energie via destillatie veel minder dan 1,0 m3 zout grondwater gezuiverd kan worden.
Gegevens:
− 1,0 kWh komt overeen met 3,6.106 J.
− De verdampingsenergie van zout grondwater is 2,26.106 J per kg.
− De dichtheid van zout grondwater is 1,02.103 kg m–3.
Planten maken de zwavelbevattende aminozuren cysteïne en methionine uit sulfaationen. Deze ionen worden opgenomen uit de bodem. Door het eten van planten krijgen mensen deze aminozuren binnen. In het menselijk lichaam worden vrijwel alle zwavelbevattende stoffen gemaakt uit de aminozuren cysteïne of methionine. Zo wordt de stof diwaterstofsulfide, die helpt de bloeddruk te reguleren, gemaakt uit cysteïne. Deze omzetting is hieronder schematisch weergegeven.
cysteïne + H2O → aminozuur X + H2S
Het lichaam bewaart cysteïne door het om te zetten tot glutathion en dit vervolgens op te slaan. Glutathion is een verbinding van de aminozuren glutaminezuur, cysteïne en glycine. Glutathion kan worden weergegeven als:
Glu*-Cys-Gly
Hierbij is het aminozuur glutaminezuur weergegeven als Glu*, omdat dit
aminozuur op een opmerkelijke manier aan cysteïne is gebonden. De carboxylgroep van de restgroep van glutaminezuur is gebonden aan de aminogroep van cysteïne. Cysteïne en glycine zijn wel op de gebruikelijke manier aan elkaar gebonden.
Het overschot aan zwavelbevattende aminozuren wordt in het lichaam van
mensen en dieren omgezet tot sulfaationen die via de urine worden uitgescheiden. Deze ionen kunnen via het grondwater door planten worden opgenomen, maar kunnen ook via het oppervlaktewater in zee belanden. In zee kunnen de sulfaationen worden omgezet tot organische verbindingen. Bij de afbraak van deze verbindingen ontstaan vluchtige zwavelbevattende stoffen, zoals carbonylsulfide. De molecuulformule van carbonylsulfide is COS.
De vluchtige zwavelbevattende stoffen komen vrij uit de oceaan en worden in de atmosfeer omgezet tot zwaveldioxide. Vervolgens worden de zwaveldioxidemoleculen in een reactie met andere moleculen omgezet tot sulfaationen. De sulfaationen komen, met bijvoorbeeld regen, in de bodem terecht.
Hieronder is het gedeelte van de kringloop dat in deze opgave wordt beschreven vereenvoudigd en onvolledig weergegeven. De verschillende zwavelbevattende stoffen ontbreken en de richting van vier stofstromen is niet aangegeven
Het arrangement Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2021 met uitlegfilmpjes is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Wouter Renkema
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2021-07-23 15:17:02
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.
Dick Naafs heeft het arrangement met de vragen en antwoorden gemaakt. Wouter Renkema heeft de uitlegfilmpjes erbij gezet.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Het havo eindexamen scheikunde 3e tijdvak 2021 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2021 met uitlegfilmpjes
nl
Wouter Renkema
2021-07-23 15:17:02
Het havo eindexamen scheikunde 3e tijdvak 2021 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
Pectine is een copolymeer. Pectine wordt gevormd uit monomeren van galacturonzuur (monomeereenheid I) en monomeren van stof II (monomeereenheid II). Stof II kan beschouwd worden als de ester van galacturonzuur en één andere stof.
