Eindexamen scheikunde vwo 2003, tijdvak 1

→ Beschrijf die werkwijze. Geef daarbij ook de naam van de gebruikte scheidingsmethode. Uit chitine kan chitosan worden gemaakt. Chitosan wordt onder andere gebruikt voor het houdbaar maken van vruchten. De vruchten worden daartoe voorzien van een afsluitende laag chitosan. Bij de bereiding van chitosan uit chitine laat men het chitine reageren met geconcentreerd natronloog. De structuurformule van chitine staat in Binas-tabel 67A3. Bij de reactie van chitine met geconcentreerd natronloog wordt een aantal van de NH C CH 3 groepen omgezet tot NH 2 groepen. De ontstane stof is chitosan. Bij deze reactie ontstaan chitosanmoleculen en nog één andere soort deeltjes.

De molecuulformule van chitosan kan bij goede benadering als volgt worden weergegeven: (C 8 H 13 NO 5 ) m (C 6 H 11 NO 4 ) n Hierin stelt C 8 H 13 NO 5 de eenheid voor met de NH C CH 3 groep en C 6 H 11 NO 4 de eenheid met de NH 2 groep. De kwaliteit van een folie van chitosan hangt onder andere af van de verhouding tussen het aantal NH C CH 3 groepen en het aantal NH 2 groepen in de chitosanmoleculen. Ter bepaling van deze verhouding voegt men aan een afgewogen hoeveelheid chitosan een overmaat opgelost salpeterigzuur (HNO 2 ) toe. Bij de reactie die dan plaatsvindt, reageren NH 2 groepen uit de chitosanmoleculen met HNO 2 moleculen, onder vorming van onder andere stikstof. Men bepaalt de hoeveelheid gevormd stikstofgas. Bij het uitvoeren van deze bepaling blijkt uitgaande van 0,38 gram chitosan 35 cm 3 stikstofgas gevormd te worden. Het volume van het stikstofgas is gemeten onder omstandigheden waarbij een mol gas het volume 25 dm 3 heeft.

→ Geef van de reactie van ascorbinezuur met zuurstof in zuur milieu de vergelijkingen van de beide halfreacties en leid daaruit de vergelijking van de totale reactie af. Bij één van die methoden wordt gebruikgemaakt van de reactie van vitamine C met een éénwaardig zwak zuur met de molecuulformule C 12 H 7 Cl 2 NO 2 . Een oplossing van C 12 H 7 Cl 2 NO 2 is roze gekleurd. Bij de bedoelde bepaling wordt een vitamine C oplossing getitreerd met een oplossing van het natriumzout van C 12 H 7 Cl 2 NO 2 . In oplossing is dit zout gesplitst in natriumionen en zuurrestionen C 12 H 6 Cl 2 NO 2 – . Deze oplossing heeft een blauwe kleur. In het vervolg van deze opgave wordt de oplossing van het natriumzout van C 12 H 7 Cl 2 NO 2 een DCPIP oplossing genoemd. Omdat de titratie in zuur milieu moet plaatsvinden, wordt voorafgaand aan de titratie aan de vitamine C oplossing in de erlenmeyer een overmaat azijnzuur (HAc) toegevoegd. Tijdens de titratie van de vitamine C oplossing met de DCPIP oplossing treden na elkaar de volgende twee reacties op: C 12 H 6 Cl 2 NO 2 – + HAc → C 12 H 7 Cl 2 NO 2 + Ac – en C 12 H 7 Cl 2 NO 2 + C 6 H 8 O 6 → C 12 H 9 Cl 2 NO 2 + C 6 H 6 O 6 Beide reacties zijn snel en aflopend.

→ Leg uit welke kleurverandering van de oplossing in de erlenmeyer plaatsvindt wanneer bij deze bepaling het eindpunt van de titratie wordt bereikt. Als praktische opdracht gaat een groepje leerlingen de hoeveelheid vitamine C in appelsap bepalen. Van het onderzochte merk appelsap bestaan twee soorten. Het enige verschil tussen de soorten is de hoeveelheid vitamine C. Aan één van de twee soorten is namelijk extra vitamine C toegevoegd. De leerlingen gaan bepalen hoeveel gram vitamine C er in deze soort appelsap extra aanwezig is. De DCPIP oplossing waarmee zij gaan titreren moet eerst worden geijkt. Daartoe wordt 125,0 mg vitamine C afgewogen en opgelost tot 500,0 mL. Van de vitamine C oplossing wordt 10,00 mL gepipetteerd in een erlenmeyer. De oplossing wordt aangezuurd met azijnzuur. Het blijkt dat voor de titratie van 10,00 mL van de vitamine C oplossing 25,10 mL DCPIP oplossing nodig is. Hierna worden de twee soorten appelsap onderzocht. Voor 10,00 mL appelsap zonder extra toevoegde vitamine C is 0,30 mL DCPIP oplossing nodig. Voor 10,00 mL appelsap mét extra toegevoegde vitamine C, blijkt 32,10 mL DCPIP oplossing nodig te zijn.

→ Leid met behulp van de evenwichtsvoorwaarden van de evenwichten 2 en 3 af dat voor evenwicht 1 geldt K 1 = 8,4 ⋅ 10 5 . Evenwicht 1 ligt zo sterk rechts, dat de vaste stof die zich in het ontstane reactiemengsel bevindt wanneer het evenwicht zich heeft ingesteld, vrijwel zuiver magnesiumhydroxide is. Dit wordt afgescheiden. Het afvalwater wordt teruggevoerd naar zee. Vervolgens laat men het magnesiumhydroxide reageren met zoutzuur. De oplossing van magnesiumchloride die zo ontstaat, wordt ingedampt. De temperatuur is daarbij zo hoog dat het magnesiumchloride vloeibaar is. Het vloeibare magnesiumchloride wordt in een elektrolyseruimte gebracht. Hier ontstaat aan de negatieve elektrode vloeibaar magnesium en aan de positieve elektrode chloorgas. Beide producten worden continu uit de elektrolyseruimte afgevoerd. Indien niet het gesmolten magnesiumchloride wordt gebruikt bij de elektrolyse, maar de magnesiumchloride-oplossing, dan ontstaat bij de elektrolyse aan de negatieve elektrode geen magnesium, maar een andere stof.

→ Leg uit welke andere stof in dat geval aan de negatieve elektrode ontstaat. Betrek in je uitleg getalwaarden uit Binas. Het chloorgas laat men met waterstof reageren tot waterstofchloride. Dit wordt gemengd met water dat bij het indampen van de magnesiumchloride-oplossing vrijkomt. Het zoutzuur dat ontstaat wanneer waterstofchloride in water oplost, wordt gebruikt om magnesiumhydroxide om te zetten tot een oplossing van magnesiumchloride. Om de bovenbeschreven bereiding van magnesium als een continu proces te laten plaatsvinden, moet een gedeelte van het water dat bij het indampen van de magnesiumchloride-oplossing vrijkomt, worden afgevoerd. De oorzaak daarvan is dat bij één van de reacties die tijdens het proces plaatsvinden, water wordt gevormd.

→ Maak op de bijlage het blokschema af door het plaatsen van de vier ontbrekende blokken en lijnen met pijlen. Zet bij alle zelf getekende lijnen de namen van de bijbehorende stoffen (chloor, magnesium, magnesiumchloride, water, waterstof, waterstofchloride, zoutzuur). Wanneer 20 ton gesteente, met een dolomietgehalte van 84 massaprocent, wordt gebruikt om magnesium te bereiden, is daarvoor 1700 m 3 zeewater nodig. De hoeveelheid afvalzeewater die wordt teruggevoerd naar zee mag gelijk worden gesteld aan 1700 m 3 . Het gehele proces kan worden samengevat in het volgende schema: schema 20 ton gesteente … ton magnesium In het afvalzeewater, dat naar zee wordt teruggevoerd, gaat een geringe hoeveelheid magnesium, in de vorm van Mg 2+ ionen, verloren. Omdat evenwicht 1 sterk rechts ligt, is de hoeveelheid magnesium die zo verloren gaat, verwaarloosbaar klein ten opzichte van de hoeveelheid magnesium die uit 20 ton gesteente en 1700 m 3 zeewater wordt geproduceerd. Mede met behulp van dit schema en een gegeven uit Binas-tabel 43 is te berekenen hoeveel ton magnesium maximaal kan worden geproduceerd uit 20 ton gesteente, met een dolomietgehalte van 84 massaprocent, en 1700 m 3 zeewater.