opgave 2Warmers
Voor mensen die langdurig in koude omstandigheden verblijven, zoals bergbeklimmers of
medewerkers in diepvriesmagazijnen, zijn er zakjes in de handel waarmee men zichzelf kan
opwarmen. Het volgende tekstfragment gaat over deze zogenoemde “warmers”.
Warmtefabriekje
Koude vingers, tenen en handen zijn er mee op te warmen. Warmers zijn kunststof-
zakjes die gevuld zijn met een chemisch mengsel dat warm wordt als er zuurstof bij
komt. De buitenkant van het zakje wordt
50 – 60 graden Celsius, zes tot zeven uur
achtereen, claimt de fabrikant. In de zakjes zit een mengsel van ijzerpoeder, zout,
water, actieve kool, cellulose en vermiculiet, een sponsachtige kleisoort.
De warmers zijn vacuüm verpakt, ongeopend blijven ze twee tot drie jaar goed.
Wordt de verpakking opengemaakt dan begint het chemische spel. Het pyrofore
ijzer reageert onmiddellijk met zuurstof dat door de poriën van het polypropyleen-
zakje kruipt.
De samenstelling van het mengsel is uitgekiend. Gewoonlijk vormt zich bij het
roesten ijzeroxide dat zich in de vorm van een superdun laagje op de buitenkant
van de ijzerdeeltjes afzet. Na verloop van tijd kan de zuurstof het ijzer dan niet
meer bereiken en zet de reactie zichzelf stil. Zout
– althans het chloride daarin
–
voorkomt de vorming van
zo’n huidje, waardoor de warmteproducerende reactie
gewoon doorgaat. De actieve kool verdeelt de warmte, vermiculiet houdt de warmte
vast en cellulose dient als vulstof.
naar: de Volkskrant
In het zakje bevindt zich 1,10 gram ijzer. Bij het roesten vormt zich ijzeroxide
(regel 10 en 11). Neem aan dat hierbij alleen ijzer(III)oxide ontstaat.
53p
Geef de reactievergelijking voor het roesten van ijzer tot ijzer(III)oxide.
63p
Bereken met hoeveel gram de massa van de vaste stof in het zakje maximaal kan toenemen
door de reactie met zuurstof.
72p
Is het roesten van ijzer een endotherme of exotherme reactie? Geef een verklaring voor je
antwoord. Vermeld in je verklaring een gegeven uit de tekst dat je hebt gebruikt om tot je
antwoord te komen.
Pyrofoor ijzer (zie regel 7 en 8) is speciaal ijzerpoeder waarvan de korreltjes veel kleiner
zijn dan van “gewoon” ijzerpoeder. Wanneer in plaats van pyrofoor ijzer “gewoon”
ijzerpoeder in de zakjes wordt gebruikt, komt de warmer minder snel op temperatuur.
83p
Geef hiervoor een verklaring met behulp van het botsende-deeltjes-model.
Volgens informatie van een fabrikant van warmers is het zout in het zakje belangrijk voor
de goede werking. Het zakje zal zonder zout niet gedurende langere tijd de gewenste hoge
temperatuur kunnen houden (zie regel 3 en 4). Het zakje is dan ongeschikt als warmer.
93p
Leg uit dat de warmer zonder zout niet gedurende langere tijd de gewenste hoge
temperatuur kan houden. Vermeld in je uitleg gegevens uit de tekst die je hebt gebruikt om
tot je uitleg te komen.
De kunststofzakjes zijn gemaakt van polypropyleen. Pieter en Nel beweren dat
polypropyleen een thermoplast is.
102p
Beschrijf hoe Pieter en Nel met een proef kunnen vaststellen dat polypropyleen een
thermoplast is. Geef ook aan welke waarneming bij de proef leidt tot de conclusie dat
polypropyleen een thermoplast is.
Pieter en Nel willen aantonen dat zout het roesten van ijzer versnelt en dat actieve kool dat
niet doet. Zij gaan daarvoor op school een onderzoek doen. Zij hebben geen pyrofoor ijzer.
Daarom gebruiken Pieter en Nel “gewoon” ijzerpoeder en maken zij het ijzer nat om het
roesten vlot te laten verlopen.
Bij hun proeven gebruiken Pieter en Nel dus ijzerpoeder, zout, actieve kool en water.
114p
Beschrijf een onderzoek waarmee Pieter en Nel kunnen aantonen dat zout het roesten van
ijzer versnelt en dat actieve kool dat niet doet. Geef daarbij ook aan welke metingen zij
kunnen doen en welke conclusies zij uit hun metingen kunnen trekken.
Bij een bepaalde bereiding van PVC is calciumoxide één van de grondstoffen. Deze
bereiding vindt in een aantal stappen plaats.
In de eerste stap laat men calciumoxide reageren met cokes (koolstof). Hierbij ontstaan
koolstofdioxide en carbid. De formule van carbid is CaC2.
123p
Geef de reactievergelijking voor de bereiding van carbid uit calciumoxide en cokes.
Carbid reageert in de tweede stap met water, waarbij acetyleen en kalkwater gevormd
worden. De molecuulformule van acetyleen is C2H2.
131p
Leg uit of acetyleen een alkaan is.
In de derde stap reageert acetyleen met waterstofchloride. Hierbij ontstaat vinylchloride
(chlooretheen). De vergelijking van deze reactie is als volgt:
C2H2 + HCl → C2H3Cl
Wanneer in deze stap 50 kg acetyleen reageert met voldoende waterstofchloride, ontstaan
96 kg vinylchloride en enige bijproducten.
143p
Bereken het rendement van de omzetting van acetyleen in vinylchloride bij deze reactiestap.
Bij de reactie tussen acetyleen en waterstofchloride kunnen bijproducten ontstaan, waarvan
de molecuulformule C2H4Cl2 is.
Van een stof met molecuulformule C2H4Cl2 tekenen twee leerlingen elk een
structuurformule (formule 1 en formule 2):
formule 1 formule 2
152p
Stellen formule 1 en formule 2 dezelfde stof voor? Geef een verklaring voor je antwoord.
Tenslotte laat men het vinylchloride polymeriseren. De structuurformule van vinylchloride
is:
Bij de polymerisatie van vinylchloride ontstaat polyvinylchloride (PVC).
163p
Teken een stukje uit het midden van de structuurformule van PVC. In het getekende stukje
moeten drie monomeer-eenheden zijn verwerkt.
opgave 3Inktvraat
Vroeger werd met ijzergallusinkt geschreven. Om deze inkt te maken werd eerst looizuur
gewonnen uit galnoten. (Een galnoot is een soort gezwel dat aan planten ontstaat.)
Hieraan werd een ijzer(II)oplossing toegevoegd. Hieronder staat een oud recept hiervoor
weergegeven:
Voeg aan
130 gram water
18 gram verpulverde galnoten
toe. Kook het mengsel
gedurende twee uur en blijf roeren. Tijdens het koken verdampt wat water. Voeg
daarom af en toe wat water aan het mengsel toe. Laat het mengsel afkoelen en
filtreer het. Los dan 8,0 gram ijzer(II)sulfaat op in 15 gram water en schenk dit bij
het filtraat. Voeg hieraan 7,0 gram Arabische gom als bindmiddel toe. Het duurt
even voordat de inkt haar zwarte kleur krijgt.
naar: www.knaw.nl/ecpa/ink/html/make.html
171p
Geef de naam van de scheidingsmethode die men gebruikt om het looizuur uit de galnoten
in oplossing te krijgen.
De schrijver van het recept neemt het niet zo nauw met termen als oplossing en suspensie.
Wanneer men 8,0 gram ijzer(II)sulfaat wil oplossen in 15 gram water bij 298 K ontstaat een
suspensie.
182p
Bereken met behulp van Binas-tabel 45B hoeveel gram van het ijzer(II)sulfaat daarbij niet
kan oplossen.
Een nadeel van het gebruik van ijzergallusinkt is dat op den duur inktvraat optreedt:
aantasting van papier door ijzergallusinkt.
Inktvraat, zo is nu na grondig onderzoek in Wenen
(Akademie der Bildenden
fragment3 
en Amsterdam
(Instituut Collectie
Nederland) bevestigd en bewezen, berust
op twee vernietigende werkingen. Böhrenz, van huis uit natuurkundige, probeert het
zo duidelijk mogelijk uit te leggen:
eerste vernietigende werking is dat het zuur
in de inkt vrijkomt. Dit zuur katalyseert de hydrolyse van de cellulose.” Dat wil
zeggen: het zuur versnelt de vernietiging van het papier door vocht.
De tweede vernietigende werking die zich voordoet, is dat door het vocht de in de
inkt aanwezige ijzerionen “uit het schrift migreren” en door hun omgeving “gaan
wandelen”. En loslopende ijzerionen katalyseren weer de oxidatie door zuurstof van
dat aangetaste papier. Bovendien worden zuren en ionen niet verbruikt in het
proces, waardoor ze net zo lang doorgaan tot er geen papier meer over is.
naar: de Volkskrant
Papier bestaat voornamelijk uit cellulose. Cellulose is een polymeer dat is opgebouwd uit
glucose-eenheden. Een stukje van de structuurformule van cellulose is hieronder getekend:
Het eerste probleem van inktvraat is de hydrolyse van cellulose in papier.
193p
Geef de vergelijking in structuurformules voor de hydrolyse van dit stukje cellulose. Bij de
hydrolyse wordt de binding tussen de twee getekende glucose-eenheden verbroken.
Het tweede probleem van inktvraat is de oxidatie van het aangetaste papier. De
ijzer(II)ionen die deze oxidatie katalyseren, worden hierbij omgezet in ijzer(III)ionen. Later
ontstaan hieruit opnieuw ijzer(II)ionen.
202p
Leg uit of de ijzer(II)ionen, wanneer deze worden omgezet in ijzer(III)ionen, optreden als
oxidator of als reductor.
Omdat de inktvraat oude documenten bedreigt, is het gewenst om maatregelen te treffen.
212p
Noem een maatregel en leg uit waarom de genoemde maatregel inktvraat tegengaat.
opgave 4tekst- De giftige erfenis van een Amerikaanse kopermijn
De Berkeley Pit in Montana is het grootste vervuilde waterreservoir in de
Verenigde Staten. Het water in deze voormalige kopermijn is onder andere
vervuild met verbindingen van koper, arseen, zink, cadmium en ijzer.
Anaconda Copper, een bedrijf dat de wereldmarkt voor koper domineerde, groef
oorspronkelijk diepe mijnen om de rijke koperaders te exploiteren. Toen de prijs van
het koper begon te dalen, schakelde Anaconda over op de goedkopere dagbouw.
Op deze wijze ontstond een gat van
500 meter diep: de Berkeley
Pit. In
1982 ging
het bedrijf failliet.
Enige jaren later werden de pompen die het grondwater uit de Berkeley Pit moesten
houden, stilgezet. Vanaf dat moment begon de enorme krater zich te vullen met
water dat afkomstig was uit het ondergrondse gangenstelsel van mijnen.
In
2001 had de
120 miljard liter water in de Berkeley Pit een pH van
2,5 en een
geleidingsvermogen van
7900 µS cm
–1. De concentraties van de koperionen en de
zinkionen waren respectievelijk
3,0 en
9,5 millimol per liter.
belangrijkste oorzaak van de verzuring is de aanwezigheid van pyriet
(FeS2) in
de
bodem”, zegt John Burke, een mijnbouwdeskundige. Burke vervolgt:
pyriet
wordt blootgesteld aan water en lucht, ontstaat verdund zwavelzuur. Dit zuur lost de
metalen uit de grond
op.”
Volgens berekeningen zal het niveau van het water in de Berkeley Pit in
2015 een
zodanige hoogte bereikt hebben, dat het reservoir begint over te stromen. De
eigenaren zijn volgens de Amerikaanse milieuwetgeving verplicht om voor die tijd
een oplossing te vinden. Het water moet gezuiverd worden, of de vervuiling moet
gestabiliseerd worden.
USFilter is in
2002 begonnen met de bouw van een installatie die per dag
30
miljoen liter water uit de Berkeley Pit kan verwerken. Het gaat om een zeer
conventionele oplossing: het mengen van het water met kalksteen. Daarbij slaan de
opgeloste metalen neer in een slib. Ook de sulfaationen komen daar grotendeels
terecht. Het toevoegen van CaCO
3 is een beproefd recept om zuur mijnwater te
stabiliseren. Het water moet na deze behandeling schoon genoeg zijn om in het
oppervlaktewater te worden geloosd. Het slib wordt opgeslagen in speciale
opslagvijvers.
naar: Technisch Weekblad
De vragen 22 tot en met 27 hebben betrekking op tekstfragment 4.
In regel 3 worden vervuilende verbindingen genoemd. Niet alle daar genoemde
verbindingen zijn even slecht voor de gezondheid. Aan de hand van ADI-waarden kan een
uitspraak worden gedaan over de mate van schadelijkheid voor de gezondheid.
223p
Laat aan de hand van een berekening met de ADI-waarde van cadmium zien dat cadmium
schadelijker voor de gezondheid is dan koper. Ga uit van een persoon van 60 kg en ga ervan
uit dat de in Binas gegeven ADI-waarden gebruikt mogen worden.
231p
Bereken [H
+] in mol L
–1 in het water van de Berkeley Pit in 2001.
243p
Bereken hoeveel kg opgelost koper (Cu
2+) het water van de Berkeley Pit in 2001 in totaal
bevatte (1,0 miljard liter = 1,0·109 liter).
In de regels 16 en 17 is de reactie beschreven die veroorzaakt dat het water in de Berkeley
Pit zuur wordt. Dat bij deze reactie ook een oplossing van ijzer(II)sulfaat ontstaat, is niet
vermeld.
Hieronder is de vergelijking van deze reactie gedeeltelijk weergegeven. Alle formules en
één juiste coëfficiënt zijn gegeven; de andere coëfficiënten ontbreken.
FeS2 + O2 + H2O → Fe2+ + H+ + 4 SO42–
252p
Neem de vergelijking over en maak deze kloppend door de ontbrekende coëfficiënten in te
vullen.
Door het toevoegen van kalksteen (regel 26) treden verschillende reacties op: de in het
water aanwezige H+ ionen reageren en er wordt slib gevormd.
263p
Geef de vergelijking van de reactie van kalksteen met H
+ ionen.
272p
Leg uit of het geleidingsvermogen van het gezuiverde water groter of kleiner is dan het
geleidingsvermogen van het ongezuiverde water.
Het artikel over de kopermijn wordt hieronder vervolgd.
Het toevoegen van kalksteen aan het water van de Berkeley Pit is niet de meest
elegante oplossing omdat men met grote hoeveelheden vervuild slib blijft zitten.
Daarom wordt ook gezocht naar andere methoden.
De bioloog Grant Mitman gelooft dat het mogelijk moet zijn om het water van de
Berkeley Pit schoon te maken met behulp van algen. Sommige algen absorberen
metalen, andere algen produceren bicarbonaationen die de pH van het water
omhoog stuwen.
Onder invloed van zonlicht zetten algen bovendien koolstofdioxide en water om in
suiker
(glucose) dat voedsel is voor grotere organismen
(bijvoorbeeld schimmels).
Deze organismen consumeren op hun beurt metaalabsorberende algen, waardoor
een verdere concentratie van metalen wordt bereikt.
naar: Technisch Weekblad
De vragen 28 tot en met 30 hebben betrekking op tekstfragment 5.
In regel 37 worden bicarbonaationen genoemd. Bicarbonaat is een triviale naam.
281p
Geef de formule van het bicarbonaation.
Bicarbonaationen kunnen, afhankelijk van de omstandigheden, als zuur of als base
reageren.
292p
Moeten de bicarbonaationen als zuur of als base reageren in het water van de Berkeley Pit?
Geef een verklaring voor je antwoord. Vermeld in je verklaring een gegeven uit de tekst dat
je hebt gebruikt om tot je antwoord te komen.
In regel 39 en 40 van tekstfragment 5 wordt een proces beschreven. Bij de beschrijving van
dit proces wordt één van de reactieproducten niet genoemd.
302p
Geef de naam van het proces dat in regel 39 en 40 wordt beschreven en de naam van het
reactieproduct dat niet wordt genoemd.
Noteer je antwoord als volgt:
naam proces: …
naam niet genoemd reactieproduct: …
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
Waterstofsulfide (H2S) is een milieuvervuilend gas dat bij verschillende industriële
chemische processen vrijkomt.
In het laboratorium is een methode ontwikkeld om waterstofsulfide uit een gasmengsel te
verwijderen.
Hierbij wordt het gasmengsel door een joodoplossing geleid. Bij de reactie die optreedt,
ontstaat vast zwavel.
H2S + I2 → S + 2 H+ + 2 I–
In een laboratoriumopstelling leidt men een gasmengsel dat 20,0 mg waterstofsulfide per m3
bevat door 600 mL 0,103 M joodoplossing.
313p
Bereken hoeveel m
3 gas maximaal gezuiverd kan worden.
321p
Geef de naam van een scheidingsmethode die geschikt is om de gevormde zwavel te
verwijderen.
De oplossing van waterstofjodide die overblijft na het verwijderen van zwavel, wordt
geëlektrolyseerd. De vergelijking van de totale redoxreactie die hierbij plaatsvindt, is:
332p
Geef de vergelijkingen van de halfreacties die aan de elektroden verlopen.
Noteer je antwoord als volgt:
aan de positieve elektrode: …
aan de negatieve elektrode: …
De joodoplossing die bij reactie 2 is ontstaan, wordt opnieuw gebruikt om waterstofsulfide
uit het gasmengsel te verwijderen. De zwavel die na reactie 1 afgescheiden is en het
waterstofgas dat in reactie 2 gevormd is, kunnen ook nuttig gebruikt worden.
341p
Noem een nuttige toepassing van waterstofgas.
Van het hierboven beschreven proces waarbij waterstofsulfide uit een gasmengsel wordt
verwijderd, kan een blokschema getekend worden. In dit schema moeten drie blokken
worden opgenomen: twee reactoren en één scheidingsruimte. Elk blok moet één van de
volgende aanduidingen bevatten: reactor 1; reactor 2; scheidingsruimte.
De stofstromen moeten met pijlen worden aangegeven. De volgende stoffen en mengsels
moeten met behulp van de cijfers 1 t/m 6 bij de pijlen worden weergegeven:
1: gasmengsel met H2S
2: gasmengsel zonder H2S
3: oplossing van HI
4: oplossing van I2
5: waterstof
6: zwavel
354p
Teken een blokschema van het hierboven beschreven proces waarmee waterstofsulfide uit
een gasmengsel verwijderd wordt. Vermeld in elk blok de juiste aanduiding en vermeld met
behulp van de hierboven gegeven cijfers de stoffen en mengsels bij de juiste pijlen. Houd
rekening met het feit dat meerdere cijfers bij één pijl kunnen staan en dat sommige cijfers
meerdere malen gebruikt kunnen worden.
Uit hoeveel protonen, elektronen en neutronen bestaat een zinkatoom met massagetal 64?
Geef de vergelijking van de reactie van zinksulfide met zuurstof.
Geef de vergelijking van de reactie van vast zinkoxide met verdund zwavelzuur.
Leg uit of het zink aan de positieve of aan de negatieve elektrode wordt gevormd.
