Examen scheikunde havo 1e tijdvak 2023 met video uitleg
Examen scheikunde havo 1e tijdvak 2023 met video uitleg
Zonnebrandstof
tekstfragment
“Iedere dertig minuten vangt de aarde een hoeveelheid zonlicht op waarmee we de hele wereld een jaar lang van energie kunnen voorzien.
Hier ligt voor ons de uitdaging. We moeten gebruikmaken van deze mogelijkheid.” Met deze woorden opende toenmalig kroonprins Willem Alexander in 2011 een seminar in Dresden.
naar: www.groenegrondstoffen.nl
Wetenschappers hebben iets bedacht om zonlicht te kunnen gebruiken als ‘zonnebrandstof’. Voor deze zonnebrandstof wordt zonne-energie gebruikt die is opgevangen door zonnecellen, om water te ontleden tot waterstof en zuurstof.
De gevormde waterstof wordt vervolgens door de genetisch aangepaste bacteriesoort R. eutropha met koolstofdioxide omgezet tot de zonnebrandstof isopropylalcohol (IPA). Dit proces is vereenvoudigd weergegeven in figuur 1a.
Het proces in figuur 1a heeft overeenkomsten met de natuurlijke fotosynthese.
Beide processen hebben bijvoorbeeld zonlicht als energiebron nodig.
Isopropylalcohol (IPA) is een triviale naam. De structuurformule van IPA is in figuur 1b weergegeven.
Een van de stappen in het proces waarbij bacteriën IPA produceren, is de omzetting van waterstof tot waterstofionen met behulp van ‘hydrogenasen’.
Een hydrogenase is een enzym met in het reactieve deel onder andere ijzeratomen. In figuur 2 is een fragment van een hydrogenase vereenvoudigd weergegeven. Het zwavelatoom in de restgroep van de cysteïne-eenheid is gebonden aan een ijzeratoom (Fe) in plaats van aan
De omzetting van waterstof tot waterstofionen door het enzym is een halfreactie.
De wetenschappers hebben onderzocht of het mogelijk is om bacteriën doelgericht IPA te laten produceren. Daarvoor hebben ze een experiment uitgevoerd waarbij waterstof en koolstofdioxide worden geleid door een suspensie van bacteriën in een verdunde zoutoplossing. De bacteriën kunnen zich in dit mengsel voortplanten. De groei van het aantal bacteriën in het mengsel werd gemeten. Hiervoor werd een maat gebruikt die de ‘optische dichtheid’ wordt genoemd. Hoe hoger de optische dichtheid, hoe meer bacteriën er in het mengsel aanwezig waren. Ook de productie van IPA door de bacteriën werd in de tijd gemeten. Beide resultaten zijn weergegeven in figuur 3.
Als hun voedingsstoffen (zoals de zoutoplossing) opraken, stoppen de bacteriën met zich te vermenigvuldigen en gaan ze IPA produceren. In het beschreven experiment gebeurt dit wanneer de optische dichtheid van 2,4 is bereikt.
Om IPA van het reactiemengsel te scheiden, wordt de suspensie met bacteriën gefiltreerd. Het filtraat bevat water en onder andere opgelost IPA. Hieraan wordt vervolgens zo veel keukenzout toegevoegd dat IPA en water zich als twee lagen van elkaar scheiden. Deze scheidingsmethode heet ‘uitzouten’. Door toevoeging van het zout raken alle watermoleculen betrokken bij de hydratatie van ionen uit het keukenzout. IPA-moleculen vormen dan waterstofbruggen met elkaar en niet meer met watermoleculen. Op de uitwerkbijlage zijn twee IPA-moleculen weergegeven.
Het proces dat beschreven wordt in deze opgave en wordt samengevat in figuur 1a, heeft eigenschappen van een batchproces.
IPA is een energiedrager en heeft een hoge energiedichtheid. De energiedichtheid van een brandstof is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van een bepaalde hoeveelheid van die brandstof. De energiedichtheid van vloeibare brandstoffen wordt vaak uitgedrukt in megajoule per liter (MJ L–1). De volledige verbranding van IPA is hieronder met een vergelijking weergegeven.
2 C3H8O (l) + 9 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 8 H2O (l)
De reactiewarmte van deze reactie is −20,1∙105 J mol–1 IPA.
video uitleg zonnebrandstof
Alpaca
Tom koopt een gedenkmuntje bij een dierentuin. Het muntje is gemaakt van alpaca, een legering van koper, nikkel en zink. Het materiaal wordt vanwege zijn luxe, zilverkleurige uitstraling ook wel nikkelzilver genoemd.
Er zijn verschillende soorten alpaca. Elke soort bevat een specifieke verhouding van de elementen koper, nikkel en zink. Het gedenkmuntje is gemaakt van ‘alpaca-12’. Alpaca-12 bevat 12,0 massaprocent nikkel. Tom heeft met een proefje het massapercentage koper en het massapercentage zink in het muntje bepaald. Hierbij heeft hij zijn muntje in voldoende 6,0 M zoutzuur gebracht. Zowel nikkel als zink reageert volledig met zoutzuur, volgens onderstaande reacties. Koper reageert niet.
Ni + 2 H+ → Ni2+ + H2
Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2
De reactie van Ni met H+ en die van Zn met H+ zijn van hetzelfde reactietype.
Tom had behalve 6,0 M zoutzuur ook zoutzuur met een hogere pH tot zijn beschikking.
Nadat de reactie van nikkel en zink met zoutzuur is afgelopen, heeft Tom de overgebleven vaste stof gespoeld en gedroogd. Daarna heeft hij de massa ervan bepaald. Uit de volgende gegevens heeft hij de massapercentages van koper en zink berekend:
– Alpaca-12 bevat 12,0 massaprocent nikkel.
– De massa van het muntje vóór de reactie bedroeg 12,9 g.
– De massa van de overgebleven vaste stof na de reactie bedroeg 8,3 g.
video uitleg alpaca
Chemie in olieverf
Olieverf is een vloeibaar mengsel van kleurpigmenten en een olie, meestal lijnzaadolie. Lijnzaadolie bestaat uit triglyceriden. Triglyceriden zijn tri-esters van glycerol en vetzuren. In figuur 1a is de structuurformule weergegeven van een triglyceridemolecuul dat in lijnzaadolie voorkomt. In figuur 1b is een triglyceridemolecuul schematisch weergegeven.
De triglyceriden in lijnzaadolie bevatten veel C=C-bindingen.
In het verleden werd in gele olieverf het kleurpigment Pb3O4 gebruikt. Nadat de gele olieverf op het doek is aangebracht, treden verschillende soorten reacties op waardoor de olieverf langzaam hard wordt. In deze opgave worden drie soorten reacties besproken, die in willekeurige volgorde kunnen plaatsvinden:
reactie 1: vorming van crosslinks
reactie 2: hydrolyse van triglyceriden
reactie 3: reactie van Pb3O4 met vetzuren
Bij reactie 1 reageren de CH2-groepen náást de C=C-bindingen in triglyceridemoleculen met zuurstofmoleculen uit de lucht. Hierbij worden crosslinks tussen triglyceridemoleculen gevormd, zoals schematisch is weergegeven in figuur 2 hieronder.
Bij reactie 2 worden sommige estergroepen van de verschillende triglyceridemoleculen gehydrolyseerd. Hierbij ontstaan onder andere vetzuurmoleculen.
Hieronder is de vergelijking van een hydrolysereactie in olieverf onvolledig weergegeven.
Bij deze hydrolyse wordt uitsluitend het vetzuur palmitinezuur afgesplitst. Het triglyceridemolecuul op de uitwerkbijlage is een ander molecuul dan in figuur 1a.
De vetzuurmoleculen die bij reactie 2 door de hydrolyse van triglyceriden zijn afgesplitst, reageren met het pigment Pb3O4 volgens reactie 3, die hieronder onvolledig is weergegeven:
De vetzuurmoleculen en de zuurrestionen zijn in bovenstaande vergelijking weergegeven met de formules R-COOH en
R-COO–. Hierbij stelt R een willekeurig koolwaterstofgedeelte voor.
Geef de formules van de twee soorten loodionen die in Pb3O4 aanwezig zijn en geef de molverhouding waarin deze twee ionsoorten in Pb3O4 voorkomen.
Noteer je antwoord als volgt: Pb… : Pb… = … : …
De eerder beschreven hydrolyse (reactie 2) en de vervolgreactie met Pb3O4 (reactie 3) kunnen ook optreden bij gecrosslinkte triglyceriden die zijn ontstaan door reactie 1.
Het door hydrolyse afgesplitste vetzuurmolecuul is in dat geval via een crosslink verbonden met een ander triglyceride. Zo ontstaat er door reactie 3 een gecrosslinkt R-COO–-ion in plaats van een vrij R-COO–-ion.
Zowel de vrije R-COO–-ionen als de gecrosslinkte R-COO–-ionen binden de loodionen. Door het binden met loodionen wordt de verflaag extra stevig.
Het ontstane netwerk is in figuur 3 schematisch weergegeven.
Op sommige schilderijen zijn na honderden jaren de gele kleuren vervaagd doordat witte vlekjes zijn ontstaan op het oppervlak van deze schilderijen.
Deze witte vlekjes bevatten voornamelijk verbindingen van loodionen met R-COO–-ionen die afkomstig zijn van verzadigde vetzuren uit de gebruikte olie.
De witte vlekjes zijn ontstaan doordat beide ionsoorten zich langzaam naar het oppervlak van de verflaag verplaatsten.
video uitleg chemie in olieverf
Kunstgrasmat
Al sinds 1964 worden kunstgrasmatten gebruikt, bijvoorbeeld voor voetbalvelden. Een bepaald type kunstgrasmat bestaat uit een onderlaag van bijvoorbeeld rubber of polypropeen waaraan kunstgrassprieten zijn bevestigd. Een grondstof voor rubber is buta-1,3-dieen.
Het materiaal waarmee de kunstgrassprieten worden gemaakt, is in de loop der jaren verbeterd. De sprieten worden steeds sterker, veerkrachtiger en duurzamer. LLDPE is een veelgebruikte materiaalsoort voor kunstgrassprieten. LLDPE is een copolymeer dat wordt gevormd door additie van voornamelijk etheen en een kleine hoeveelheid oct-1-een (figuur 1a). De aanwezigheid van
oct-1-een zorgt ervoor dat de polymeerketens van LLDPE zijketens bevatten (figuur 1b).
Door middel van extruderen worden van het copolymeer lange polymeervezels gevormd. Deze vezels worden verwerkt in de kunstgrasmat.
Figuur 2 geeft een vereenvoudigde weergave van de structuur van het copolymeer. De polymeerketens worden in deze figuur als lange draden voorgesteld. Er zijn delen waarin de ketens evenwijdig zijn gerangschikt. Dit noemen we de kristallijne delen. In andere delen, die amorf worden
genoemd, zijn de polymeerketens kriskras door elkaar aanwezig.
Een hoger aandeel kristallijne delen verhoogt vooral de sterkte van het
kunstgras, terwijl een hoger aandeel amorfe delen het kunstgras juist
veerkrachtiger maakt.
Na ongeveer 10 jaar is een voetbalveld van kunstgras versleten. Het versleten kunstgras kan op verschillende manieren worden verwerkt. Kunstgrasmatten kunnen bijvoorbeeld worden verbrand in energiecentrales. Een versleten kunstgrasmat met een onderlaag van polypropeen en sprieten van LLDPE kan ook gerecycled worden. De mat wordt dan als geheel gesmolten en verwerkt tot één soort kunststofgranulaat. Dit granulaat kan worden gebruikt om bijvoorbeeld verkeerspaaltjes van te maken.
Bas meent dat bovenstaand recycle-proces past bij het cradle-to-cradle-principe. Alina is het hier niet mee eens.
video uitleg kunstgrasmat
Scheepvaart over op LNG?
Schepen varen grotendeels op stookolie. Stookolie is een van de destillatiefracties van aardolie. Deze fractie bevat behalve koolwaterstoffen ook zwavelverbindingen. Daardoor komt bij de verbranding in de scheepsmotoren zwaveldioxide (SO2) vrij. De uitstoot van zwaveldioxide, maar ook van koolstofdioxide, stikstofoxiden en fijnstof leidt in havens en steden tot milieuproblemen.
Een groot cruiseschip verbruikt zoʼn 2,4∙105 kg stookolie per dag. Volgens nieuwe milieueisen moet het gehalte zwavel in stookolie wereldwijd omlaag. In Europa geldt de norm van 0,1 massaprocent S.
LNG (liquified natural gas, ofwel vloeibaar aardgas) is een zwavelvrij alternatief voor stookolie. LNG wordt gemaakt uit aardgas. Aardgas bestaat voornamelijk uit methaan, met kleine hoeveelheden koolstofdioxide, waterstofsulfide (H2S) en waterdamp. In figuur 1 is het productieproces van LNG vereenvoudigd en onvolledig weergegeven.
In ruimte I worden CO2 en H2S door middel van een waterige oplossing (oplossing A) uit het aardgas verwijderd. In ruimte II wordt het ontstane mengsel gescheiden. Hierbij worden de gassen CO2 en H2S afgescheiden van oplossing A en in een ander proces verder verwerkt. Oplossing A wordt volledig gerecirculeerd. Neem hierbij aan dat er geen verlies optreedt van water uit oplossing A.
Het gereinigde aardgas wordt ‘gedroogd’ in ruimte III. De waterdamp die nog in het aardgas aanwezig is, wordt hier verwijderd. Het gedroogde aardgas gaat naar ruimte IV. Hier wordt het afgekoeld tot het aardgas vloeibaar is geworden.
Dit vloeibare aardgas heet LNG. Vervolgens wordt LNG in grote tanks opgeslagen. Hier onder is het onvolledige blokschema nogmaals weergegeven.
Als het water niet zou worden verwijderd in ruimte III, zou het water in ruimte IV tot problemen leiden. Dit kan worden afgeleid uit de temperatuurgrenzen waarbinnen in ruimte IV vloeibaar aardgas (vloeibaar methaan) wordt verkregen.
In discussies over duurzaamheid van brandstoffen wordt de volgende stelregel gehanteerd: “Hoe lager de C/H-verhouding in een brandstof is, hoe meer energie er zal vrijkomen bij de verbranding van 1 gram stof en hoe minder CO2 er wordt gevormd per kJ geproduceerde energie.”
De C/H-verhouding berekent men als volgt:
Het arrangement Examen scheikunde havo 1e tijdvak 2023 met video uitleg 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
2023-05-24 16:07:08
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 vragen en antwoorden gemaakt. Wouter Renkema heeft alleen de video uitleg erbij gezet.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Het havo eindexamen scheikunde 1e tijdvak 2023 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
Leerniveau
VWO 6;
VWO 5;
Leerinhoud en doelen
Scheikunde;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Studiebelasting
3 uur en 0 minuten
Trefwoorden
2023, examen, examentraining, havo, scheikunde, uitleg, video
Examen scheikunde havo 1e tijdvak 2023 met video uitleg
nl
Wouter Renkema
2023-05-24 16:07:08
Het havo eindexamen scheikunde 1e tijdvak 2023 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
