Eindexamen scheikunde havo 2003, tijdvak 2

Bereken het aantal neutronen in de kern van een atoom Kr-86.

Met de gegevens uit tekst 1 is het mogelijk het massagetal van de ontstane kern van een

atoom van element 118 te berekenen.

Bereken het massagetal van de ontstane kern van een atoom van element 118.

Welke lading heeft een alfa-deeltje?

Element 118 staat nog niet in het Periodiek Systeem van Binas-tabel 104. Toch is het

mogelijk dit element in deze tabel in te passen.

Geef het nummer van de groep in het Periodiek Systeem waartoe element 118 behoort.

In 2001 verscheen in het blad Physical Review Letters een bericht van dezelfde

onderzoekers uit Berkeley.

In 1999 hebben we de synthese gemeld van element 118 met een lood-krypton

reactie. Bij vervolgexperimenten bleek het niet mogelijk de synthese van element

118 te herhalen. Daarom hebben wij, samen met onafhankelijke experts, de

oorspronkelijke waarnemingen van onze experimenten van 1999 opnieuw

geanalyseerd. Op basis van deze nieuwe analyse trekken we onze claim op de

synthese van element 118 in.

naar: Physical Review Letters

De onderzoekers geven toe dat ze een fout hebben gemaakt.

We kunnen vier mogelijke fouten onderscheiden:

• onjuiste onderzoeksvraag;

• onjuiste uitvoering van het experiment;

• onjuiste waarnemingen bij het experiment;

• onjuiste conclusie getrokken uit de waarnemingen.

Leg aan de hand van tekst 2 uit, welke van deze vier fouten door de onderzoekers wordt

toegegeven.

Neem de onvolledige reactievergelijking uit de tekst over en zet er de juiste coëfficiënten

in.

Bij de reactie ontstaan twee zuren: zwavelzuur en waterstofsulfide.

Geef de molecuulformules van zwavelzuur en waterstofsulfide en leg met behulp van

gegevens uit Binas uit welk van de zuren zwavelzuur en waterstofsulfide het sterkste zuur

is.

Over het effect van propanal op de ogen wordt niets gezegd.

Beschrijf hoe je te weten kan komen of propanal ook irritatie van de ogen kan veroorzaken.

Verklaar waarom het gebruiken van een ui uit de koelkast kan voorkomen dat de ogen gaan

tranen.

Verklaar waarom het gebruik van een nat mes bij het snijden van een ui kan voorkomen dat

de ogen gaan tranen.

Noem uit tekst 4 een argument waarom de elektriciteitsproducenten de behoefte hadden om

steenkool te blijven stoken en, eveneens uit tekst 4, een argument waarom werd besloten de

kolen eerst te vergassen in plaats van direct te verbranden.

Noteer je antwoord als volgt:

argument voor gebruik van steenkool: …

argument voor kolenvergassing: …

Andere argumenten voor kolenvergassing staan op de website van Demkolec.

Het bedrijf Demkolec heeft als doel het opwekken van ‘schone’ elektriciteit door het

vergassen van steenkool. De kolenvergassing vindt plaats door fijn gepoederd

steenkool bij hoge temperatuur te laten reageren met zuivere zuurstof. Het eerst

vergassen van steenkool levert een aantal voordelen op ten opzichte van directe

verbranding. Zo is het rendement bij vergassing hoger, waardoor minder steenkool

nodig is per kWh stroom. Daardoor stoot Demkolec ook minder CO₂ uit. Bovendien

worden bij het vergassen weinig verzurende gassen (SO₂ en NO_x) in de lucht

gebracht.

naar: www.demkolec.com

Verklaar met behulp van het botsende-deeltjes-model welke invloed het verpoederen van de

steenkool heeft op de reactiesnelheid in de vergasser.

Belangrijke milieuproblemen zijn:

• aantasting van de ozonlaag;

• ontstaan van zure regen;

• versterking van het broeikaseffect.

Twee van deze drie milieuproblemen worden volgens Demkolec door de nieuwe

kolenvergasser gunstig beïnvloed.

Leg uit aan de hand van tekst 5 welke twee milieuproblemen gunstig beïnvloed worden.

De samenstelling van een bepaalde soort steenkool is in de volgende tabel weergegeven:

Bij de kolenvergassing ontstaat een mengsel van koolstofmono-oxide en waterstof. Dit

mengsel wordt ook wel synthesegas genoemd.

Bereken hoeveel kg koolstofmono-oxide maximaal ontstaat bij de vergassing van

2,0·10⁶ kg steenkool. Maak hierbij gebruik van tabel 1.

Het synthesegas bevat nog een aantal verontreinigingen, waaronder ammoniak (NH₃). Om

het ammoniakgas te scheiden van synthesegas wordt het synthesegas door water geleid.

Ammoniak lost in water op en synthesegas niet.

Geef de naam van de gebruikte scheidingsmethode.

In een oplossing van ammoniak in water, reageert het ammoniak met water. Hierdoor

ontstaat een basische oplossing.

Geef de vergelijking van de reactie van ammoniak met water.

Het gezuiverde synthesegas bevat koolstofmono-oxide en waterstof in de

molverhouding 2: 1. In de gasturbine wordt dit mengsel verbrand.

Geef de verbranding van synthesegas in de gasturbine in één reactievergelijking weer.

Geef de structuurformules van de twee dipeptiden die kunnen worden gevormd door

reacties van een molecuul alanine met een molecuul cysteïne. Gebruik Binas-tabel 67 C.

Wetenschappers proberen erachter te komen hoe miljarden jaren geleden leven is ontstaan.

Onderstaande tekst gaat over onderzoek naar de mogelijke rol die hete diepzeebronnen

hierbij hebben gehad.

Ziedende diepzeebron brouwt levenselixer

Hete diepzeebronnen smeden stoom en stikstof om tot ammoniak, essentieel

voor leven op aarde. Zo ging het jaren geleden ook, denken onderzoekers die

het proces in het lab nabootsen.

In heetwaterbronnen op de oceaanbodem spelen zich nog steeds reacties af die

mogelijk een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van leven op aarde, miljarden

jaren geleden.

Bij extreem hoge druk en temperatuur op die diepten reageert stikstofgas namelijk

met waterdamp. Daarbij wordt ammoniak gevormd. Ammoniak is een van de

reactiecomponenten voor de vorming van aminozuren, de bouwstenen voor

eiwitten.

Dat ammoniak kan worden gevormd onder de barre omstandigheden die heersen

op de oceaanbodem is gebleken bij proeven in het geofysisch laboratorium in

Washington, waar men in staat is deze omstandigheden na te bootsen.

Amerikaanse onderzoekers gebruikten bij hun experimenten gouden kokertjes die

met enorme kracht in elkaar werden gedrukt.

In deze kokertjes deden ze stikstofgas (of stikstofoxiden) en water; ze stopten er

tevens basalt uit de aardkorst bij. Daarin zitten diverse ijzerhoudende verbindingen

in de vorm van oxiden en sulfiden. IJzerhoudende verbindingen katalyseren de

reactie tussen stikstof of stikstofverbindingen en water.

Uit het Amerikaanse onderzoek blijkt dat ammoniak wordt gevormd bij 300 tot

en een druk van één tot vier miljoen atmosfeer, vergelijkbaar met de

condities in de buurt van onderzeese geisers. Afhankelijk van de druk en

temperatuur wordt bij gebruik van basalt maximaal 17 procent van het stikstofgas in

het gouden kokertje in ammoniak omgezet.

Wanneer blijkt dat zich voorlopers van leven vormen onder extreme

omstandigheden roept dat mogelijk nieuwe inzichten op over het ontstaan van leven

op aarde.

De vorming van ammoniak is een stap in die richting. Net als de vondst enige tijd

geleden van enkele onderzoekers van de Universiteit van München. Zij ontdekten

dat onder extreme omstandigheden azijnzuur kan worden gevormd door een reactie

tussen koolstofmono-oxide en waterstofsulfide (H₂S). Daarbij waren eveneens

metaalsulfiden als katalysator nodig. Azijnzuur is ook een van de beginstoffen in de

synthese van aminozuren.

Leg aan de hand van een gedeelte uit tekst 6 uit waarom ammoniak “essentieel voor het

leven op aarde” is (de regels 1 en 2). Geef van het tekstgedeelte dat je in je uitleg gebruikt

de regelnummers of citeer die tekst letterlijk.

Bij de vorming van ammoniak op de zeebodem zijn de reactie-omstandigheden van groot

belang. Deze reactie-omstandigheden moeten bij de proeven met de gouden kokertjes

zoveel mogelijk hetzelfde zijn als op de zeebodem. Uit tekst 6 blijkt dat de onderzoekers

ammoniak uit stikstof(verbindingen) en water hebben bereid. Daarbij hebben zij de reactie-

omstandigheden, zoals die op de zeebodem heersen, nagebootst.

Geef drie reactie-omstandigheden die de onderzoekers hebben nagebootst. Geef in je

antwoord voor elke door jou genoemde omstandigheid het nummer van de regel uit tekst 6

waar die omstandigheid is genoemd.

Bij de vorming van ammoniak bij de diepzeebronnen spelen ijzerverbindingen een grote rol.

De vergelijking van een van de mogelijke reacties voor de vorming van ammoniak is:

6 FeO + N₂ + 3 H₂O → 3 Fe₂O₃ + 2 NH₃ (reactie 1)

Leg uit of het woord “katalyseren” in regel 18 in overeenstemming is met reactie 1.

Reactie 1 kan beschouwd worden als een combinatie van twee opeenvolgende reacties:

reactie 2 en reactie 3.

De vergelijking van reactie 2 luidt:

Geef de vergelijking van reactie 3.

De ontdekking van de vorming van azijnzuur (ethaanzuur) onder extreme omstandigheden

is ook belangrijk in het onderzoek naar het ontstaan van leven in het verre verleden.

Geef de vergelijking van de reactie van de vorming van azijnzuur zoals die door de

onderzoekers van de Universiteit van München ontdekt is. Neem aan dat bij deze reactie

ook zwavel ontstaat.

De totale hoeveelheid stikstofatomen in de aardkorst, in de atmosfeer en in de oceanen

wordt geschat op 2,0·10²⁰ mol. In de loop van de eerste miljard jaar van het bestaan van de

aarde is naar schatting 1,4·10¹⁸ g NH₃ gevormd.

Bereken hoeveel procent van de stikstofatomen gedurende deze eerste miljard jaar omgezet

is in ammoniak.

Geef aan waarom het residu wordt nagespoeld.

Kees en Karel brengen 10 mL van oplossing A in een erlenmeyer, voegen een paar druppels

fenolftaleïen toe en druppelen 0,060 M natronloog toe. Nadat ze 3,1 mL natronloog hebben

toegevoegd, kleurt de fenolftaleïen de oplossing roze. Ze mogen aannemen dat nu al het

azijnzuur gereageerd heeft.

Natronloog en azijnzuur (ethaanzuur) reageren met elkaar in de molverhouding 1: 1.

Bereken hoeveel gram natuurazijn voor het maken van 3,0 gram mosterd nodig is. Neem

daarbij aan dat azijnzuur (ethaanzuur) het enige zuur is en dat de natuurazijn

4,0 massaprocent azijnzuur bevat.

Tijdens het toedruppelen van het natronloog bleek de kleurloze oplossing langzaam geel te

worden. Kees en Karel zijn verrast door het ontstaan van de gele kleur.

Ze nemen opnieuw een klein beetje van oplossing A en druppelen natronloog toe. De

oplossing wordt weer geel. Na toevoegen van enige druppels zoutzuur verdwijnt de gele

kleur weer. Oplossing A bevat dus een indicator.

Kees en Karel willen meer weten over deze indicator. In een boek vinden ze dat het

verkleuren van een indicator te maken heeft met het evenwicht:

H⁺ + Ind HInd⁺

Leg aan de hand van dit evenwicht en de resultaten van de proeven van Kees en Karel uit,

welk van de deeltjes, Ind of HInd⁺, de gele kleur veroorzaakt.

Kees en Karel maken een serie bufferoplossingen met verschillende pH’s. Aan 2,0 mL van

elke bufferoplossing voegen ze 1,0 mL van oplossing A toe. Van de ontstane oplossingen

meten ze de intensiteit van de gele kleur met een zogenoemde colorimeter. Het resultaat van

hun metingen is in onderstaand diagram weergegeven:

Van welke eigenschap van een bufferoplossing maken Kees en Karel gebruik?

Vervolgens willen ze het omslagtraject van deze indicator bepalen.

Met behulp van diagram 1 is het omslagtraject van deze indicator vast te stellen. De

ondergrens van dit omslagtraject is de pH waarbij de indicator 10% van zijn maximale

kleurintensiteit heeft, de bovengrens van dit omslagtraject is de pH waarbij de indicator

90% van zijn maximale kleurintensiteit heeft.

Bepaal met behulp van diagram 1 hoeveel 10% van de maximale intensiteit is en bepaal

vervolgens, met één cijfer achter de komma, de ondergrens en de bovengrens van het

omslagtraject van deze indicator.

Noteer je antwoord als volgt:

10% van de maximale kleurintensiteit: …

pH ondergrens: …

pH bovengrens: …

Kees en Karel vermoeden dat de indicator uit het mosterdzaad afkomstig is. Om dit te

onderzoeken kopen ze wat van dit zaad.

Beschrijf hoe Kees en Karel te werk kunnen gaan om aan te tonen dat de indicator uit het

mosterdzaad afkomstig is.

Geef de naam van het proces in de aardolie-industrie waarbij grote moleculen worden

omgezet in kleinere moleculen.

Bij dit proces ontstaan ook moleculen met minder dan zes koolstofatomen. Deze kleinere

moleculen kunnen in een volgend proces gebruikt worden om moleculen van een gewenste

grootte te maken. Daarbij reageren alkenen met alkanen. Een voorbeeld van zo’n reactie is

Is deze reactie een additiereactie? Geef een verklaring voor je antwoord.

In de fractie die gebruikt wordt als autobenzine komen altijd zwavelverbindingen voor. Bij

de verbranding van benzine ontstaat daardoor het schadelijke zwaveldioxide. De

zwavelverbinding die voornamelijk in autobenzine voorkomt, is thiofeen (kookpunt 84 °C).

De structuurformule van thiofeen wordt meestal als volgt weergegeven:

In deze structuurformule zijn de koolstofatomen, de waterstofatomen en de bindingen

tussen koolstofatomen en waterstofatomen niet getekend.

Geef de molecuulformule van thiofeen.

Geef de vergelijking van de volledige verbranding van thiofeen. Gebruik daarbij

molecuulformules.

In verschillende landen worden de normen voor het zwavelgehalte in autobenzine

aangescherpt. In 2000 bevatten de meeste benzinesoorten nog enkele honderden ppm

zwavel (1 ppm zwavel = 1 mg zwavel per kg benzine). In 2005 zal in de landen van de

Europese Unie het zwavelgehalte van benzine lager dan 50 ppm moeten zijn.

Een nieuw ontwikkeld proces om het zwavelgehalte sterk te verminderen is OATS (Olefinic

Alkylation of Thiophenic Sulfur). Onder bepaalde omstandigheden kan thiofeen reageren

met alkenen die in de benzinefractie aanwezig zijn. Bij deze reactie van thiofeen met stof A

ontstaat onder andere stof B:

Geef de naam van stof A.

Het kookpunt van stof B is hoger dan 180 °C. Daardoor kan stof B gemakkelijk worden

verwijderd uit het mengsel.

Noem het type binding dat bij het kookpunt wordt verbroken.

Geef de naam van de scheidingsmethode die wordt gebruikt om stof B uit het mengsel te

verwijderen.

In Nederland wordt per jaar ongeveer 5,1·10⁹ liter benzine verbrand. De dichtheid van

benzine is 0,72·10³ kg m^–3. Wanneer deze benzine een zwavelgehalte heeft van 250 ppm,

dan wordt per jaar via de benzine 9,2·10⁵ kg zwavel verbrand. Door een verlaging van het

zwavelgehalte van 250 ppm naar 50 ppm zal er veel minder zwaveldioxide ontstaan

(1 ppm zwavel = 1 mg zwavel per kg benzine).

Laat door berekening zien dat per jaar in Nederland via de benzine 9,2·10⁵ kg zwavel wordt

verbrand bij gebruik van benzine met een zwavelgehalte van 250 ppm.

Bereken hoeveel kg zwaveldioxide er per jaar minder ontstaat als het zwavelgehalte van

benzine 50 ppm is in plaats van 250 ppm.