Scheikunde examen VWO 2025 1e tijdvak

Scheikunde examen VWO 2025 1e tijdvak

Tenzij anders vermeld, is er in dit examen sprake van standaardomstandigheden: T = 298 K en p = p0.

Kwaliteitscontrole voor straight whiskey

‘Straight whiskey’ is whiskey die minimaal twee jaar is gerijpt op eikenhouten vaten. De vaten worden eerst van binnen gebrand, waarbij door thermolyse onder andere karamel wordt gevormd. Straight whiskey heeft daarom een karakteristieke bruine kleur. Whiskey die minder lang is gerijpt, is lichter van kleur. Om deze whiskey dezelfde luxe uitstraling te geven als straight whiskey, wordt vaak de kleurstof E-150 toegevoegd aan het eindproduct. E-150 is een mengsel van verschillende stoffen dat wordt verkregen door thermolyse van sacharose (C12H22O11) bij 200 oC. Als eerste reageren hierbij de OH-groepen die zijn gebonden aan de C-atomen die in de ringen direct naast de etherbinding tussen de beide ringen van sacharose liggen. Onder afsplitsing van een molecuul water wordt een nieuwe etherbinding gevormd. De ontstane stof is isosachrosan.
Hieronder is de vergelijking van de omzetting van sacharose tot isosachrosan onvolledig weergegeven.

 

Een straight whiskey is wat betreft de kleur niet te onderscheiden van een whiskey waaraan E-150 is toegevoegd. Om toch onderscheid te kunnen maken is een test ontwikkeld. Deze test richt zich op de aanwezigheid van de stoffen furfural (FF) en 
5-hydroxymethylfurfural (HMF) die tijdens de thermolyse van het eikenhouten vat ontstaan. De schematische structuurformules van FF en HMF zijn in figuur 1 weergegeven.
In eikenhout komt behalve cellulose ook de polysacharide xylaan (H–(C5H8O4)n–OH) voor. Tijdens de thermolyse van het eikenhout wordt HMF gevormd uit cellulose, terwijl FF wordt gevormd uit xylaan. Het enige bijproduct van de vorming van FF uit xylaan is water.

Hieronder is de laatste reactiestap van het mechanisme van de vorming van HMF weergegeven.

In straight whiskey ligt de molverhouding van HMF en FF in het gebied


In whiskey waar E-150 aan is toegevoegd, is deze verhouding anders.
Dit geeft de mogelijkheid om te controleren of een whiskey eventueel onterecht als straight whiskey wordt verkocht.
Hiertoe bepaalt men met behulp van chromatografie de verhouding tussen HMF en FF. Aangezien de detector een verschillende gevoeligheid kent voor FF en HMF wordt eerst een chromatogram gemaakt met een standaardoplossing. Deze standaardoplossing bevat de stoffen HMF en FF in de molverhouding 1 : 1. In figuur 2 zijn het chromatogram van  de  standaardoplossing en dat van een monster whiskey weergegeven. Naast elke piek is het relatieve piekoppervlak genoteerd.

Dit onderzoek kon op twee manieren worden uitgevoerd:
1 een apolaire stationaire fase gecombineerd met een polaire mobiele fase;
2 een polaire stationaire fase gecombineerd met een apolaire mobiele fase.

Zwavelproductie

Zwavel is een belangrijke grondstof voor onder andere de productie van zwavelzuur.
Vroeger werd zwavel gedolven uit sulfaat-ertsen, maar tegenwoordig wordt vrijwel alle zwavel geproduceerd uit H2S, een product dat vrijkomt bij de verwerking van aardolie.
De omzetting van H2S tot zwavel vindt plaats via het claus-proces.
In het claus-proces verlopen twee reacties.

2 H2S (g) + 3 O2 (g) --> 2 SO2 (g) + 2 H2O (g) (reactie 1)
2 H2S (g) + SO2 (g)    \(\frac{3}{x}\)Sx (g) + 2 H2O (g) (reactie 2)

De waarde van x is hierin alleen afhankelijk van de temperatuur.
Hieronder is een deel van een claus-installatie weergegeven.
In reactor 1 (R1) wordt H2S onvolledig omgezet volgens reactie 1. In R1 verloopt ook al deels reactie 2.
Om het H2S verder om te zetten tot Sx volgens reactie 2 is een volgende reactor (R2) nodig. In R2 verloopt alleen reactie 2. Door het gebruik van een katalysator in R2 kan het evenwicht van reactie 2 zich snel instellen.
Om in het totale proces uiteindelijk een hoge omzettingsgraad van H2S naar zwavel te verkrijgen, wordt de zuurstoftoevoer in R1 zodanig geregeld dat de molverhouding H2S : O2 bij de invoer in R1 2 : 1 is.

Een betrekkelijk kleine claus-installatie verwerkt per dag 20 ton H2S. 

Lucht bevat 20,9 volume-% zuurstof.

Reactie 2 blijkt een bijzondere reactie te zijn. Omdat de waarde van x afhangt van de temperatuur, heeft de reactiewarmte van reactie 2 geen constante waarde.
Dit wordt veroorzaakt doordat de vormingswarmtes van S2 en S8 niet gelijk zijn.
De vormingswarmte van S8 is gelijkgesteld aan nul. De vormingswarmte van S2 is +1,28·105 J mol–1.

Het verband tussen de omzettingsgraad en de temperatuur in R2 van een claus-installatie is onderzocht bij temperaturen boven

100 °C. In de figuur zijn de resultaten van de metingen weergegeven.
De omzettingsgraad is in deze opgave gedefinieerd als het percentage H2S dat wordt omgezet tot Sx. Behalve de omzettingsgraad is in de figuur ook de gemiddelde waarde van x in Sx weergegeven.

Uit de figuur kan worden afgeleid of de reactie naar rechts van reactie 2 endotherm of exotherm is in het temperatuurgebied waar 
x > 6.

De normen voor de maximale uitstoot van H2S en SO2 zijn bijzonder streng. Men streeft met het claus-proces dan ook naar de maximale omzettingsgraad.

De energie die in R1 vrijkomt, wordt door het gebruik van warmtewisselaars voor een groot deel elders in het proces gebruikt als bron van energie. In de warmtewisselaars wordt gebruikgemaakt van water om energie op te nemen of af te staan.
Na R2 is er geen zuurstof meer aanwezig in het gasmengsel.
In scheidingsruimte 1 (S1) wordt een deel van de gevormde zwavel gescheiden van de rest van de stoffen. Om de omzettingsgraad van H2S en SO2 nog verder te vergroten, wordt het mengsel in een warmtewisselaar weer verwarmd en in een volgende reactor (R3) geleid.
In R3 verloopt dezelfde reactie als in R2.
Na R3 zijn alle zwavelhoudende stoffen nog steeds niet volledig omgezet.

Veiligheidsglas

Gelaagd veiligheidsglas is een composiet, die is opgebouwd uit twee of meer lagen glas, met daartussen steeds een laag van een kunststof. Dit soort veiligheidsglas wordt gebruikt in auto’s 
en als kogelwerend glas.
De kunststof is vervormbaar, waardoor veiligheidsglas beter bestand is tegen breuk en er geen  stukken glas loslaten als een glaslaag toch breekt. De glaslagen zorgen voor krasbestendigheid  en vormvastheid.
De meest gebruikte kunststof voor gelaagd glas is het willekeurig (random) copolymeer PVA- PVB. In figuur 1 is de structuurformule gegeven van de twee monomeer-eenheden in de keten van PVA-PVB.
Hierbij staat VA voor vinylalcohol en VB voor vinylbutyral.
PVA-PVB wordt geproduceerd door PVA in een waterige oplossing te laten reageren met 
butanal. Hierbij reageren steeds twee OH-groepen van naast elkaar gelegen VA-eenheden met 
één molecuul butanal. Bij deze reactie wordt een willekeurig (random) copolymeer gevormd en
ontstaat nog één andere stof. Hieronder staat deze omzetting onvolledig weergegeven.
De reactie tussen PVA en butanal vindt plaats in een batch-reactor bij een constante temperatuur. Op de uitwerkbijlage is een mogelijk verloop van de reactiesnelheid tegen de tijd weergegeven. De reactiesnelheid is hier gedefinieerd als de hoeveelheid butanal per liter mengsel die per seconde reageert.
Op t0 bevindt zich in de reactor een oplossing van PVA en butanal in water. Naarmate de reactie vordert, stijgt het percentage VB-eenheden.
Vanaf t1 begint zich een suspensie te vormen van het gevormde PVAPVB.
De vorming van de suspensie heeft invloed op de reactiesnelheid.
Hierdoor is het verloop van de reactiesnelheid niet zoals dat in de grafiek
is weergegeven.

Voor de toepassing in gelaagd glas moet de reactie worden gestopt voordat alle OH-groepen met butanal hebben gereageerd. Voor gebruik in autoruiten wordt PVA-PVB-78 gebruikt. Dit copolymeer bestaat voor 78 massa-% uit VB-eenheden.
De molaire massa van een eenheid VA is 44,1 g mol–1.

Met een titratie kan het percentage overgebleven OH-groepen worden bepaald. Op deze wijze kan worden gecontroleerd of het geproduceerde materiaal voldoet aan de specificaties.
Hieronder is deze bepaling beschreven:
1 Een monster PVA-PVB wordt in een organisch oplosmiddel opgelost. 
   Daarna wordt een reagens toegevoegd dat in een aflopende reactie alle overgebleven OH-groepen omzet.
   Per mol OH-groepen wordt hierbij 1 mol ethaanzuur gevormd.
2 Na de reactie wordt water toegevoegd.
   Ethaanzuur en het oplosmiddel lossen op in water, de omgezette PVA-PVB lost niet op. 
   De gevormde oplossing wordt afgescheiden van de overige stoffen.
3 De oplossing die ethaanzuur bevat, wordt vervolgens getitreerd met een KOH-oplossing met fenolftaleïen als indicator. 
Voor een monster van 2,200 g PVA-PVB was 16,00 mL KOH-oplossing met een molariteit van 0,650 M nodig om alle ethaanzuur volledig om te zetten.

Bij het omslagpunt van de indicator is alle ethaanzuur omgezet.

De batch-productie van PVA-PVB levert korrels op. Deze korrels worden verwarmd en gewalst tot een vervormbare folie. Bij een temperatuur van 70 °C wordt de folie vervolgens tussen de glaslagen aangebracht. Hierbij wordt geen lijm gebruikt omdat de folie vanzelf hecht.
Wanneer de temperatuur tijdens het aanbrengen lager is dan 70 °C, is na het afkoelen de hechting tussen het glasoppervlak en PVA-PVB minder sterk. Dit is te verklaren aan de hand van de eigenschappen van PVA-PVB bij verschillende temperaturen.

Van PVA-PVB bestaan vele varianten. Bij veel soorten wordt voor de verwerking nog een weekmaker toegevoegd. In de tabel zijn enkele gegevens over drie soorten PVA-PVB opgenomen.

In figuur 2 zijn enkele atomen uit de bovenste lagen van het glasoppervlak op microniveau weergegeven.

 

Dystrofine

Dystrofine is een groot eiwit dat ervoor zorgt dat spiercellen na uitrekken weer terugveren en hun stevigheid behouden. In dystrofine kunnen drie belangrijke delen worden aangewezen: domeinen A, B en C.
Domein A van dystrofine bindt aan het eiwit actine. In een onderzoek naar deze binding heeft men een verkort dystrofine-eiwit gemaakt dat alleen uit domein A bestaat.
Het binden van actinemoleculen aan moleculen dystrofine-A (Dys-A) kan worden opgevat als een evenwicht (evenwicht 1).

In een experiment is een oplossing gebruikt met 3,0 μM actine en 6,0 μM dystrofine-A. Toen het evenwicht zich had ingesteld, bleek dat 28% van de actinemoleculen aan moleculen Dys-A was gebonden.

In domein B zijn ruim 20 spectrine-repeats aanwezig. Een spectrinerepeat is een deel van de peptideketen waarin alpha-helices in een S-vormige lus zijn gevouwen (figuur 1). De achterzijde van de peptideketen is hierbij weergegeven in het grijs.

Uit onderzoek aan domein B is gebleken dat dit domein elastische eigenschappen heeft. De elasticiteit wordt toegeschreven aan de vorm van de spectrine-repeats. Elke spectrine-repeat kan uitrekken en weer terugveren. In figuur 1 is dit uitrekken schematisch weergegeven. 
Als gevolg van het uitrekken verandert de ruimtelijke structuur van de spectrine-repeats.

Domein C verbindt dystrofine met membraan-eiwitten. Hierbij speelt een serine-eenheid in de peptideketen een grote rol. 
Het H-atoom van de OH-groep in de restgroep van deze serine-eenheid is vervangen door een PO32–-groep. De covalentie van het P-atoom is 5.

Dystrofine wordt gecodeerd door één gen. Niet het gehele mRNA wordt uiteindelijk vertaald. Het startcodon van dystrofine bevindt zich namelijk op het codon met base-nummers 209, 210 en 211 van het mRNA.
Dit startcodon codeert voor de aminozuureenheid met nummer 1. 
Wanneer zich een mutatie bevindt in het gen dat codeert voor dystrofine,
heeft dat soms ernstige gevolgen. In figuur 2 is een gedeelte van de mRNA-volgorde bij gezond dystrofine weergegeven en dat gedeelte van de mRNA-volgorde bij een mutatie van de  aangegeven base.

De base met nummer 3396 in gezond mRNA is onderdeel van een codon dat codeert voor een aminozuureenheid in gezond dystrofine.

  • Het arrangement Scheikunde examen VWO 2025 1e tijdvak is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Dick Naafs
    Laatst gewijzigd
    2025-05-22 12:56:16
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie 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.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Het vwo eindexamen 1e tijdvak 2025 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
    Leerniveau
    VWO 6;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    3 uur 0 minuten

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van