Eindexamen scheikunde havo 2002 tijdvak 1 (oude stijl)

opgave 1Rood kwik

tekst- Er verschenen de afgelopen jaren fragment 1 met enige regelmaat artikelen over ’ rood kwik ’ in de pers , zonder dat bewijzen boven tafel kwamen over het bestaan ervan , of over de vermeende chemische eigenschappen. Rood kwik is een chemische verbinding met de formule Hg 2 Sb 2 O 7 . Er zou een kleine kernfusiebom mee gemaakt kunnen worden , een soort atoombom in broekzakformaat , luidt een van de claims. Dr. D. IJdo , werkzaam aan de Rijksuniversiteit Leiden , lacht naar: de Volkskrant Rood kwik kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit drie ionsoorten: O 2 – ionen, Hg 2 + ionen en antimoonionen.

→ Leid uit de formule van rood kwik de lading van deze antimoonionen af. Het is echter waarschijnlijker dat rood kwik bestaat uit Hg 2 + ionen en samengestelde ionen met de formule Sb 2 O 7 4 – .

→ Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een ion Sb 2 O 7 4 – ? Noteer je antwoord als volgt: aantal protonen: ... aantal elektronen: ...

opgave 2Wegwerpluiers

Sommige polymeren hebben de eigenschap dat ze water absorberen. Een polymeer met deze eigenschap

kan door additiepolymerisatie gevormd worden uit het monomeer met de volgende structuurformule:

53p

Geef de systematische naam van dit monomeer.

63p

Teken een stukje uit het midden van de structuurformule van het polymeer dat uit dit monomeer

gevormd wordt. In het getekende stukje moeten drie monomeer-eenheden zijn verwerkt.

Het vochtabsorberende vermogen wordt sterk vergroot als men dit polymeer laat reageren met

natronloog. Het ontstane polymeer, dat kan worden weergegeven met de formule

(-C₂H₃COONa-)_n, kan per monomeer-eenheid 300 watermoleculen opnemen!

Dit polymeer wordt gebruikt als vochtabsorberend materiaal in wegwerpluiers. In een bepaalde

wegwerpluier is 25,0 gram van dit polymeer (-C₂H₃COONa-)_n verwerkt.

73p

Bereken hoeveel gram water door het polymeer van deze wegwerpluier kan worden opgenomen.

opgave 3Magnesium(oxide)

Magnesium is een onedel metaal. Wanneer het in contact met de lucht wordt bewaard, wordt het al snel

bedekt met een laagje magnesiumoxide (MgO).

82p

Geef de vergelijking van de reactie van magnesium tot magnesiumoxide.

Magnesium reageert ook snel met oplossingen van sterke zuren. Bij de redoxreactie die dan optreedt,

ontstaat waterstofgas en er komt een aanzienlijke hoeveelheid warmte vrij.

93p

Geef de vergelijking van de reactie van magnesium met een oplossing van een sterk zuur.

102p

Teken een energiediagram van de reactie van magnesium met een oplossing van een sterk zuur.

Vermeld de termen beginstoffen en reactieproducten bij de juiste energieniveau’s.

Om te bepalen hoeveel warmte er vrijkomt als magnesium met zoutzuur reageert, voeren Ludo en

Janine de volgende proef uit:

Zij doen 50 mL zoutzuur in een goed geïsoleerd bekerglas. De temperatuur van het zoutzuur is 18,0 ^oC.

In dit zoutzuur wordt 0,15 gram zuiver magnesiumlint gebracht. Bijna onmiddellijk zien ze belletjes

ontstaan. Als al het magnesium gereageerd heeft, meten ze de temperatuur van de ontstane oplossing;

deze blijkt 31,2 ^oC te zijn.

112p

Bereken de energie in J die door deze oplossing is opgenomen. Neem bij de berekening aan dat de

dichtheid van het zuur en van de oplossing 1,0 g mL^–1 is, dat de soortelijke warmte van de oplossing

4,2 J g^–1 K^–1 is en dat er geen warmte-uitwisseling met het bekerglas plaatsvindt.

123p

Bereken met behulp van de uitkomst van vraag 11 de reactiewarmte van de reactie van magnesium met

zoutzuur in J per mol magnesium. Geef daarbij ook het teken aan.

De TOA (amanuensis) vindt in een oud doosje een hoeveelheid magnesium dat er niet best uitziet: het

is duidelijk dat het voor een aanzienlijk deel is omgezet in magnesiumoxide. Omdat deze TOA zuinig

is, wil hij het materiaal nog wel gebruiken. Hij wil weten hoeveel magnesium het materiaal nog bevat.

Hij vraagt aan Ludo en Janine om het massapercentage magnesium in dit materiaal te bepalen.

Ludo en Janine bouwen een opstelling waarmee het gas dat ontstaat bij de reactie van magnesium met

zoutzuur, kan worden opgevangen. Dan laten ze een stukje van 0,15 gram van het magnesium dat met

magnesiumoxide bedekt is, reageren met een overmaat zoutzuur. Na het uitvoeren van de proef hebben

Ludo en Janine gemeten dat er 89 cm³ waterstofgas is ontstaan.

Met het gegeven dat uit 1 mol magnesium 1 mol waterstof ontstaat, kan het massapercentage

magnesium berekend worden.

133p

Bereken het massapercentage magnesium in het onderzochte stukje materiaal. Neem hierbij aan dat

V_m = 24,0 dm³ mol^–1.

Bij de proef van Ludo en Janine reageert het aanwezige magnesiumoxide ook met het zoutzuur. Deze

reactie heeft bij deze proef echter geen invloed op de bepaling van de hoeveelheid magnesium in het

materiaal.

141p

Geef aan waarom deze reactie geen invloed heeft op de bepaling.

opgave 4Hoogoven

tekstfrag- 1 Het hoogovenproces vereist een aantal grote gescheiden fabrieken onder meer voor de ment 2 2 productie van cokes en de voorbehandeling van ijzererts. Cokes wordt gemaakt door 3 steenkool te verhitten, waarbij vluchtige componenten zoals teer en benzeen eruit 4 worden gehaald. Van het ijzererts worden bolletjes -pellets- gemaakt, die een 5 warmtebehandeling krijgen om ze compacter te maken. 6 Daarna gaan de cokes en de ijzerertspellets netjes gestapeld de oven in. Onder in de 7 oven wordt lucht geblazen waarmee de cokes wordt verbrand. Het koolstofmono- 8 oxidegas dat daarbij wordt gevormd, kan gemakkelijk door het poreuze cokes omhoog 9 en reageert met het ijzererts (Fe 2 O 3 ) tot koolstofdioxide en ijzer. Het ijzer kan in 10 vloeibare vorm beneden worden afgetapt. naar: de Volkskrant In tekstfragment 2 wordt het productieproces van ijzer in een hoogoven beschreven. Hieronder is het blokschema van dit productieproces weergegeven. In het schema zijn de namen van blok- een deel van de stoffen weergegeven met de letters A, B, C, D, E en F. schema 1

→ Welke stoffen worden aangeduid met de letters A, B, C, D, E en F? Noteer je antwoord als volgt: A: ... B: ... C: ... D: ... E: ... F: ... In de regels 2, 3 en 4 van tekstfragment 2 staat op welke wijze cokes uit steenkool wordt gemaakt. Bij dit proces mag geen lucht aanwezig zijn.

→ Leg uit waarom bij de productie van cokes geen lucht aanwezig mag zijn. In de hoogoven wordt de cokes omgezet in koolstofmono-oxide. Bij bepaalde temperaturen kan het volgende evenwicht ontstaan: 2 CO ←/→ C + CO 2

In diagram 1 is aangegeven hoe de samenstelling van het evenwichtsmengsel afhangt van de temperatuur. diagram1 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 ˚C Uit het feit dat ijzer in vloeibare vorm ontstaat én de gegevens uit diagram 1 kan worden afgeleid hoeveel volumeprocent van het ontstane CO in de hoogoven kan worden omgezet in CO 2 door het verlopen van de bovenstaande evenwichtsreactie.

→ Geef deze afleiding. Neem hierbij aan dat overal in de hoogoven dezelfde temperatuur heerst. In de regels 7, 8 en 9 van tekstfragment 2 staat beschreven hoe het ijzererts (Fe 2 O 3 ) wordt omgezet in ijzer (Fe).

→ Leg uit aan de hand van de gegeven formules of bij de omzetting van ijzererts in ijzer een redoxreactie optreedt. In een hoogoven wordt per jaar 2,0·10 6 ton Fe 2 O 3 verwerkt.

opgave 5Rookgasreiniging

Bij industriële processen kunnen gasvormige verbrandingsproducten ontstaan die belastend zijn voor het milieu. Deze verbrandingsproducten, meestal rookgassen genoemd, moeten worden behandeld alvorens ze de schoorsteen uit mogen. Hieronder is een deel van een artikel weergegeven waarin een mogelijke methode is beschreven. Biologische rookgasontzwaveling vindt plaats in een aantal gescheiden stappen. In de gaswasser komt de De sulfide-oplossing gaat daarna naar de aërobe reac- rook op een aantal contactplaten intensief in contact tor . Met behulp van lucht wordt het sulfide hier door met natronloog. Het zwaveldioxide lost daarin op als bacteriën omgezet in zwavel, dat daarna afgescheiden sulfiet. Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig en verkocht kan worden. Hierbij ontstaat bovendien HCl lossen op. natronloog, dat teruggevoerd wordt naar de gaswasser. De vloeistof gaat dan naar de anaërobe reactor . Daar Het enige verlies aan natronloog ontstaat in de gas- wordt het sulfiet door bacteriën omgezet in sulfide. wasser door de reactie met HCl tot keukenzout. Als elektronendonor wordt waterstofgas in de reactor Als de concentratie NaCl te hoog wordt, wordt het na- geblazen. In deze reactor wordt tegelijkertijd NO X om- tronloog volledig vervangen. gezet naar stikstofgas. naar: Chemisch Weekblad In de gaswasser wordt sulfiet (SO 3 2 – ) gevormd. Bij deze reactie ontstaat ook water.

→ Geef de vorming van sulfiet in de gaswasser in een reactievergelijking weer. Bij de beschrijving van het proces in de gaswasser staat: „Ook de stikstofoxiden en eventueel aanwezig HCl lossen op.” Het is niet juist dat HCl oplost.

→ Geef een zin uit artikel 1 waaruit blijkt dat het niet juist is dat HCl oplost. Een proces dat plaatsvindt in de anaërobe reactor is de omzetting van NO 2 tot N 2 . Dit is een redoxreactie. De vergelijking van de halfreactie van de oxidator is hieronder gedeeltelijk weergegeven. Enige coëfficiënten en e – zijn weggelaten. NO 2 + H 2 O → N 2 + 8 OH –

→ Neem deze vergelijking over, voeg aan de juiste kant van de pijl e – toe en maak de vergelijking kloppend door de juiste coëfficiënten in te vullen. In de aërobe reactor treedt ook een redoxreactie op. Daarbij is het sulfide de reductor.

→ Geef de formule van de stof die in de aërobe reactor als oxidator optreedt. Uit de tekst en de bijbehorende tekening in artikel 1 kun je opmaken dat keukenzout niet op dezelfde manier van het natronloog kan worden afgescheiden als zwavel. Dit wordt veroorzaakt doordat keukenzout en zwavel verschillen in eigenschappen.

Voordat het rookgas gezuiverd wordt, kan eerst het gehalte zwaveldioxide in het rookgas worden bepaald. Men leidt daartoe een hoeveelheid rookgas door een wasfles met een jood-oplossing waaraan wat zetmeel is toegevoegd.

→ Welke kleur heeft een jood-oplossing waaraan zetmeel is toegevoegd? De reactie van zwaveldioxide met jood is een redoxreactie. Deze reactie kan met de volgende vergelijking worden weergegeven: SO 2 + I 2 + 2 H 2 O → SO 4 2 – + 2 I – + 4 H +

→ Geef de halfreacties van deze redoxreactie. Noteer je antwoord als volgt: halfreactie van de oxidator: ………… halfreactie van de reductor: ………… Bij een dergelijke bepaling werd het rookgas geleid door 50,0 mL 0,0102 M jood-oplossing. Na het doorleiden van 47,5 dm 3 rookgas was de oplossing ontkleurd.