Eindexamen scheikunde vwo 2023, tijdvak 1

Bereken hoeveel procent van glyfosaat aanwezig is als HGlyf − bij pH = 7,00 . Neem aan dat alleen HGlyf − en Glyf 2− aanwezig zijn. Het Glyf 2− blokkeert het enzym EPSPS in planten. Dit enzym speelt een belangrijke rol bij de aanmaak van aromatische aminozuren. EPSPS katalyseert de omzetting die is weergegeven in figuur 1. figuur 1 enzym EPSPS Bij deze omzetting ontstaat ook het deeltje X.

Geef de formule van het deeltje X. In het mechanisme van de omzetting uit figuur 1 neemt een koolstofatoom in het deeltje PEP eerst een H + -ion op. Het gevormde deeltje PEP- H + heeft sterke overeenkomsten met het deeltje Glyf 2− wat betreft ladingsverdeling. De structuurformule van Glyf 2− is hiernaast weergegeven. In de structuur van het deeltje PEP- H + heeft één C -atoom geen volledig oktet.

De binding van glyfosaat aan EPSPS is onomkeerbaar, waardoor de aanmaak van aromatische aminozuren geheel tot stilstand komt. Onderzoekers hebben een bacterie ontdekt die glyfosaat-resistent is. De resistentie wordt veroorzaakt door een mutatie in de genetische code voor het enzym EPSPS. Het werkzame enzym dat in de bacterie aanwezig is, wordt aangeduid als CP4. In CP4 is op positie 100 een alanine-eenheid aanwezig, waar in EPSPS een glycine-eenheid aanwezig is.

Geef op de uitwerkbijlage de symbolen van het basenpaar waarin de genetische code voor CP4 verschilt van EPSPS. Gebruik Binas-tabel 71G of ScienceData-tabel 16.9. Om de wereldvoedselopbrengst te verhogen zijn veel gewassen tegenwoordig genetisch gemodificeerd, zodat met glyfosaat uitsluitend het onkruid wordt bestreden. Per jaar wordt ruim 650.000 ton glyfosaat geproduceerd. Het DEA-proces staat bekend als het meest ‘groene’ van de verschillende productiemethoden. Dit proces start met de omzetting van DEA met natronloog tot DSIDA. Deze reactie is weergegeven in figuur 2. DSIDA is een zout dat bestaat uit Na + -ionen en C 4 H 5 NO 4 2– -ionen. figuur 2 H H H H HO C C N C C OH 2 OH H H H H H DEA

Leid met behulp van een berekening af welke van deze twee batterijen de hoogste ladingsdichtheid heeft. figuur 1 In figuur 1 is een lithium-luchtbatterij schematisch weergegeven. In deze opgave worden eerst de elektroden en dan het membraan besproken. I de elektroden Op het grensvlak van het lithium en het membraan verloopt bij stroomlevering halfreactie 1. Li → Li + + e –

Leg uit of de lithiumelektrode bij stroomlevering de positieve of de negatieve elektrode is. Een onderzoeksgroep heeft voor de poreuze elektrode een elektrode-materiaal ontwikkeld op basis van een polymeer. In het materiaal zijn katalysatordeeltjes aanwezig, die de omzetting van zuurstof katalyseren. Bij deze omzetting wordt onder andere het O 2 – -ion gevormd. Dit ion is erg reactief en tast organische oplosmiddelen en membranen aan. Een van beide atomen in het O 2 – -ion voldoet niet aan de oktetregel.

De katalysator die door de onderzoeksgroep werd gebruikt, is erg duur en door de vele bijreacties raakte het elektrodemateriaal snel beschadigd. Een andere onderzoeksgroep heeft een elektrodemateriaal ontwikkeld op basis van een eiwit. Dit materiaal bleek de genoemde nadelen minder te vertonen. De eerste stappen in de productie van dit materiaal waren globaal als volgt: – Het DNA van een virus wordt gemodificeerd. – Het virus produceert een eiwit. – Aan een oplossing van dit eiwit wordt in licht basisch milieu een oplossing met daarin Mn 2+ -ionen toegevoegd. De Mn 2+ -ionen binden aan de peptideketens door middel van ion-bindingen. De onderzoekers hebben de genetische code voor het eiwit veranderd met als doel dat de peptideketens meer Mn 2+ -ionen konden binden. Hieronder zijn met behulp van de 1-lettersymbolen van aminozuren de volgordes weergegeven van de aminozuureenheden in een deel van het oorspronkelijke eiwit en in een deel van het genetisch gemodificeerde eiwit. peptideketen A ~ADVYESALPDPAKAAFN~ peptideketen B ~ADVYESALPDPAEAAFE~

Leg uit welke peptideketen bij hogere pH het meest Mn 2+ -ionen kan binden: peptideketen A of peptideketen B. II het membraan Het membraan in de lithium-luchtbatterij is een composiet die bestaat uit een polymeer en een zogeheten ionische vloeistof. Een ionische vloeistof is een zout dat bij kamertemperatuur vloeibaar is. Hiernaast is een van de aanwezige ionen van het gebruikte zout weergegeven. De lading van het ion is hierbij weggelaten.

Teken de structuurformule van een gedeelte van een molecuul PVDF-HFP. Dit gedeelte moet komen uit het midden van het molecuul en moet bestaan uit één eenheid van beide monomeren. Het lithium in de batterij mag niet in contact komen met lucht of water. Het membraan moet daarom heel precies in vorm worden gebracht. Een materiaal kan op twee manieren in vorm worden gebracht: 1 door het te smelten, waarna het in een mal kan worden gespoten; 2 door bewerkingen, zoals snijden en slijpen.

Leg uit of het copolymeer PVDF-HFP in de juiste vorm kan worden gebracht door het materiaal te smelten, waarna het in een mal kan worden gespoten. De totaalvergelijking van de omzettingen die verlopen in de lithium-luchtbatterij is hieronder weergegeven. 2 Li + O 2 → Li 2 O 2 Omdat de lithium-luchtbatterij oplaadbaar is, kan deze batterij worden gebruikt in bijvoorbeeld een auto. Het nuttig rendement bij de omzetting van chemische energie naar bewegingsenergie is hierbij 70% . De rest van de energie gaat verloren aan warmteontwikkeling en wrijving. De onderzoekers hebben een lithium-luchtbatterij gemaakt die 45 g lithium bevatte. De vormingswarmte van Li 2 O 2 is –6,43∙10 5 J mol –1 .

Bereken de maximale nuttige energie in joule die door deze lithium-luchtbatterij kan worden geleverd. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers. Bronvermelding Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen behorende