Eindexamen scheikunde vwo 2005, tijdvak 1 (scheikunde 1)

→ Teken op de uitwerkbijlage de ruimtelijke structuurformules van beide stereo-isomeren van melkzuur, door het tekenen van een waterstofatoom, een methylgroep, een alcoholgroep en een carbonzuurgroep aan de bindingen in elk van de gegeven structuren. Noteer hierin het waterstofatoom als H, de methylgroep als CH 3 , de alcoholgroep als OH en de carbonzuurgroep als COOH. Het polymeer van melkzuur, het zogenoemde polymelkzuur, wordt onder meer gebruikt als chirurgisch hechtdraad. Hieronder is een uiteinde van een polymelkzuurmolecuul weergegeven: In het lichaam wordt polymelkzuur, bijvoorbeeld na gebruik als hechtdraad, geleidelijk door hydrolyse afgebroken tot melkzuur.

→ Geef de reactievergelijking van de hydrolyse van het hierboven weergegeven fragment waarbij uit dit fragment onder andere twee melkzuurmoleculen ontstaan. Noteer hierin de organische stoffen in structuurformules. Polymelkzuur wordt vaak gemaakt uit het zogenoemde dilactide: CH 3 dilactide Het dilactidemolecuul is op te vatten als een koppelingsproduct dat is ontstaan uit twee melkzuurmoleculen. Uit een dilactide kunnen behalve polymeren van melkzuur ook zogenoemde oligomeren van melkzuur worden gevormd. Oligomeren van melkzuur zijn opgebouwd uit veel minder melkzuureenheden dan polymeren. Oligomeren van melkzuur kunnen worden gemaakt via reactie reactie 1 CH 3 O

Stof A en het dilactide worden, samen met een katalysator, verwarmd tot 130 ° C. In het vloeibare mengsel treedt dan de vorming van oligomeren op. Het aantal melkzuureenheden per oligomeermolecuul wordt de polymerisatiegraad genoemd. Bij reactie 1 ontstaat een mengsel van oligomeren. De gemiddelde polymerisatiegraad van de oligomeren in dit mengsel wordt bepaald door de gekozen molverhouding tussen stof A en het dilactide.

→ Bereken hoeveel mmol stof A nodig is om 69 mmol (10 g) dilactide volledig om te zetten tot oligomeren met een gemiddeld aantal van 10 melkzuureenheden per oligomeermolecuul. Ga ervan uit dat ook stof A volledig reageert en dat geen andere reactie optreedt dan reactie 1. Na de synthese van oligomeren van melkzuur uit stof A en het dilactide is het mengsel van de ontstane oligomeren gescheiden met behulp van chromatografie. Daarbij bleek dat bij deze synthese behalve oligomeren met de verwachte even aantallen melkzuureenheden ook oligomeren met oneven aantallen melkzuureenheden zijn ontstaan. De onderzoeker die deze synthese uitvoerde, verbaasde zich over het feit dat ook oligomeren met oneven aantallen melkzuureenheden waren ontstaan.

→ Geef die berekening. Gebruik daarvoor de volgende gegevens: - de in het artikel vermelde hoeveelheid fosfaaterts die Thermphos importeert; - de in het artikel vermelde hoeveelheid fosfaat die daarmee overeenkomt; - het fosfaaterts dat Thermphos importeert, bevat 15 massaprocent P. Een mogelijke grondstof die Thermphos als vervanger voor fosfaaterts onderzoekt, is slib uit afvalwater. In het artikel wordt een aantal stoffen genoemd die worden gebruikt of kunnen worden gebruikt om ‘fosfor’ uit afvalwater te verwijderen.

→ Geef de formules van alle stoffen die volgens het artikel worden gebruikt of kunnen worden gebruikt om ‘fosfor’ uit afvalwater te verwijderen en leg uit hoe het komt dat deze stoffen in staat zijn om ‘fosfor’ uit afvalwater te verwijderen. Neem daarbij aan dat de ‘fosfor’ in de vorm van PO 4 3– in het afvalwater voorkomt. In het artikel wordt onder andere zink genoemd als een metaal dat in het afvalwater problemen oplevert. Dit zink (eigenlijk zinkionen) is afkomstig van zinken dakgoten. Het metaal zink is bedekt met een ondoordringbaar laagje zinkoxide dat normaal gesproken het onderliggende metaal beschermt. Maar in zure regen wordt dit laagje aangetast, waardoor het onvoldoende bescherming biedt.

→ Geef de vergelijking van de reactie die optreedt als het zinkoxide door de zure regen wordt aangetast. Neem aan dat in zure regen een sterk zuur is opgelost. Het zink van de zinken dakgoten komt, in de vorm van zinkionen, in het afvalwater terecht doordat het in een redoxreactie reageert met zuurstof dat in de zure regen is opgelost.

→ Geef van de redoxreactie tussen zink en in zure regen opgeloste zuurstof de vergelijkingen van de beide halfreacties en leid daarmee de totale reactievergelijking af. Kippenmest is een andere bron die als vervanger voor fosfaaterts wordt onderzocht. Een ingenieursbureau is bezig met de ontwikkeling van een elektriciteitscentrale die wordt gestookt met kippenmest. Een student Chemische Technologie die stage liep bij dit ingenieursbureau, schreef daarover het volgende. De mest van kippen is droger dan mest van koeien of varkens en is daardoor het meest tekstfragment geschikt. Na de verbranding blijft er as over. Deze as bestaat voornamelijk uit zand en fosfaat. Ik onderzoek de toepassingsmogelijkheden voor deze reststoffen. Het fosfaat kan natuurlijk worden gebruikt door de fabrikanten van kunstmest. Zij gebruiken nu fosfaaterts dat uit Afrika wordt aangevoerd.

Als fosfaat uit stront kan worden teruggewonnen, wordt de totale hoeveelheid en dus de fosfaatbelasting beperkt. Maar de fabrikanten hebben niet zoveel aan het zand, dat in de as zit. Ik heb dus een proces bedacht waarin het fosfaat van het zand wordt gescheiden. Wat overblijft is een waardevolle grondstof voor kunstmest. Dit is struviet, een verbinding van fosfaat, magnesium en ammoniak. uit: Campus, magazine van de Universiteit Twente voor aanstaande studenten De bewering: „Als fosfaat uit stront kan worden teruggewonnen, wordt de totale hoeveelheid en dus de fosfaatbelasting beperkt.” geeft gebrekkig weer wat de student bedoelt te zeggen. Het is niet duidelijk wat hij bedoelt met ‘totale hoeveelheid’ en ‘fosfaatbelasting’.

→ Beschrijf een methode, die de student zou kunnen hebben bedacht, om struviet uit de as te verkrijgen. Ga ervan uit dat het fosfaat in de vorm van calciumfosfaat in de as zit en niet in de vorm van struviet. Gebruik het gegeven dat het fosfaation een base is. In figuur 1 is een gedeelte van de natuurlijke fosforkringloop door middel van een eenvoudig schema weergegeven. In deze kringloop zijn uitsluitend de belangrijkste natuurlijke processen weergegeven. Menselijke activiteiten zoals het op industriële schaal onttrekken van stoffen aan de bodem en het gebruik van kunstmest zijn niet in dit schema opgenomen. figuur 1 1 = voedsel 3 = oplossen van mineralen 5 = opnemen van mineralen 2 = mest 4 = afzetting van mineralen 6 = afsterven van planten Het bedrijf Thermphos wil dus bewerkstelligen dat er in de toekomst een fosforkringloop ontstaat, waarbij ze minder beslag hoeven te leggen op fosfaaterts. Met behulp van gegevens uit het artikel kunnen de huidige activiteiten van Thermphos en de activiteiten die in de toekomst wellicht kunnen worden uitgevoerd, in dit schema worden opgenomen. Op de uitwerkbijlage is het schema opnieuw weergegeven. Hierin is met een extra ovaal, aangeduid met ‘TH’, de plaats van Thermphos aangegeven.

→ Teken in het schema op de uitwerkbijlage nog twee extra ovalen en extra pijlen op de manier zoals in het schema is gedaan, zodat de informatie uit het artikel duidelijk wordt gemaakt. Zet in de extra ovalen: RZI (voor rioolwaterzuiveringsinstallatie) en VI (voor verbrandingsinstallatie) . Zet bij de extra pijlen op de juiste plaats de nummers 7 tot en met 13. Deze nummers staan voor de volgende aanduidingen: 7 = fosfaaterts 10 = slib 8 = fosforzuur en polyfosfaten 11 = as 9 = afvalwater (rioolwater) 12 = mest