CCVX Tentamen Scheikunde 18 april 2017 – zes examenvragen

lOMoARcPSD|74753177
2017 2022 2023 Apr
Scheikunde (Het Element)
Scan to open on Studeersnel
Downloaded by Matin Hossainian ([email protected])
Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university
lOMoARcPSD|74753177
CENTRALE COMMISSIE VOORTENTAMEN SCHEIKUNDE
TENTAMEN SCHEIKUNDE
datum
: dinsdag 18 april 2017
tijd
: 13.30 tot 16.30 uur
aantal opgaven
:6
Iedere opgave dient op een afzonderlijk vel te worden gemaakt
(want voor iedere opgave is er een afzonderlijke corrector).
Vermeld op ieder in te leveren vel uw naam.
Niet met potlood schrijven en geen tipp-ex of iets dergelijks gebruiken.
Antwoorden zonder motivering worden niet gehonoreerd.
Aanvullende gegevens zijn te vinden in het BINAS-boekje 5e of latere druk.
De norm bij de beoordeling is:
opgave 1
: 12 punten
opgave 2
: 15 punten
opgave 3
: 14 punten
opgave 4
: 14 punten
opgave 5
: 9 punten
opgave 6
: 9 punten
Het cijfer komt tot stand volgens de formule:
Info over het verloop en de vordering van de correctie: www.ccvx.nl
Scan to open on Studeersnel
Copyright © 2017 CCVS
Downloaded by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 1 - zilverwinning
Zilver wordt in de natuur zowel als gedegen (metallisch) zilver gevonden als in de vorm
van verbindingen, meestal zouten. Een voorbeeld is het mineraal argentojarosiet, dat de
formule heeft: AgFe3(SO4)2(OH)6.
a. Leidt af welke lading de ijzerionen hebben in argentojarosiet.
Argentojarosiet lost slecht op in water, maar in verdund sterk zuur lost het prima op.
b. Geef de vergelijking voor de oplosreactie van argentojarosiet in verdund sterk zuur.
Voor dit verdunde sterk zuur heeft men de keuze tussen zoutzuur, salpeterzuur- en
zwavelzuuroplossing.
c. Leg uit welk van de drie oplossingen men bij voorkeur, en welke van de drie men
juist niet zal gebruiken voor het oplossen van argentojarosiet.
Na enige zuiveringen wordt het zilver door middel van elektrolyse uit de oplossing
gewonnen. Uitgaande van 1,00 kg argentojarosiet wordt 165 gram zilver verkregen.
d. Bereken het rendement van deze zilverwinning in procenten.
Een mineraal dat sowieso een hoge zilveropbrengst belooft is argyriet: Ag8GeS6. Helaas is
dit mineraal vrij zeldzaam; het ontleent echter zijn belang aan het tweede element dat erin
voorkomt: germanium, een belangrijke halfgeleider.
De winning van de vaste stof germanium gaat in drie stappen:
1. Het mineraal wordt verhit onder toetreding van zuurstof; daarbij ontstaan de vaste
stoffen zilver en germaniumdioxide en het gas zwaveldioxide.
2. Het germaniumdioxide wordt met zoutzuur omgezet in germaniumtetrachloride, dat
als gas ontwijkt.
3. Het germaniumtetrachloride wordt ontleed in germanium en chloor.
e. Geef de vergelijkingen van deze drie stappen met toestandsaanduidingen.
f. Bereken hoeveel gram zilver maximaal als nevenproduct ontstaat wanneer op de
beschreven wijze 1,0 gram germanium wordt gewonnen.
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
1
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 2 - cerium kobalt ijzer
IJzeratomen kunnen elektronen afstaan. Daarbij ontstaan eerst Fe2+, daarna Fe3+-ionen.
Iets dergelijks komt voor bij de metalen kobalt (Co, Co2+ en Co3+) en cerium (Ce, Ce3+,
Ce4+).
De ionen Fe2+, Co2+ en Ce3+ kunnen als reductor en als oxidator optreden. Om de
onderlinge sterkte als oxidator en reductor van alle genoemde metalen en ionen te
kunnen vaststellen, gebruikt men tabel 48 van BINAS en informatie uit de resultaten van
enkele proeven.
Proef 1:
Men voegt ijzerpoeder toe aan een oplossing van een cerium(III)zout.
Er treedt een reactie op waarbij cerium en ijzer(III)ionen ontstaan.
Proef 2:
Men voegt een oplossing van een kobalt(III)zout bij een oplossing van een
cerium(III)zout. Er treedt een reactie op waarbij onder andere kobalt(II)ionen
ontstaan.
a. Neem uit tabel 48 de vier redoxkoppels over, die betrekking hebben op Ce, Co en
Fe, en voeg hieraan op de juiste plaats de redoxkoppels Co3+/Co2+ en Ce3+/Ce toe.
Licht uw antwoord toe.
b. Beredeneer of een reactie optreedt, wanneer men ijzerpoeder voegt bij een
overmaat van een oplossing van een kobalt(III)zout. Zo nee, waardoor niet?, zo ja,
welke deeltjes ontstaan dan ?
Met behulp van twee van deze redoxkoppels kan men een elektrische cel construeren.
Pt | CeCl3- en CeCl4 -opl. beide 1,0 M || CoCl2-opl. (1,0 M) | Co
In deze cel is geen zoutbrug opgenomen, maar een semipermeabele (halfdoorlatende)
wand.
c. Teken of schets deze cel met een halfdoorlatende wand. Geef de + en –-pool aan.
d. Bereken de bronspanning van deze cel.
e. Geef de vergelijkingen van de reacties die aan beide polen verlopen, wanneer de
cel stroom levert.
De halfdoorlatende wand is zodanig, dat er, als de cel stroom levert, uitsluitend negatieve
ionen kunnen passeren.
f. Welke ionen passeren de wand bij stroomlevering en leg uit in welke richting.
Wanneer de cel na enige tijd geen stroom meer levert, is de concentratie van één van de
ionen 0,0 mol·L–1 geworden.
g. Leg voor alle andere ionen, per halfcel, uit of de concentratie hoger of lager is
geworden, of dat deze gelijk gebleven is. Neem hierbij aan dat als gevolg van de
stroomlevering de vloeistofvolumes in beide halfcellen niet zijn veranderd.
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
2
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 3 - propaanzuur
Propaanzuur) is een zwak organisch zuur. Het heeft een onaangename geur; het komt
voor in sommige kaassoorten.
De pKZ waarde voor propaanzuur is 4,86.
Een student wil onderzoek doen naar propaanzuur in een kaassoort. Hij vermaalt de kaas,
schudt zeer stevig met water en giet tenslotte de bovenstaande heldere vloeistof af.
De pH van deze bovenstaande vloeistof is 3,42.
Neem aan dat er geen andere stoffen in de bovenstaande vloeistof zitten, die de pH
beïnvloeden.
a1. Toon door berekening aan dat de molariteit van het propaanzuur 0,011 mol/L
bedraagt.
a2. Bereken hoeveel procent van de propaanzuurmoleculen is gesplitst.
De student bedenkt dat er in de bovenstaande vloeistof misschien wel stoffen zitten die
een bufferende werking hebben. Daarom verdunt hij een deel van de bovenstaande
vloeistof 10 x met water. Het blijkt dat de pH van de verdunde oplossing 3,89 is geworden.
b. Leg uit - zonder berekening - dat de oplossing van propaanzuurzuur niet is
gebufferd.
c. Leg uit wat de pH-waarde zou zijn geworden door de verdunning als het
percentage propaanzuur dat gesplitst is, niet zou zijn veranderd.
De pH is echter 3,89 geworden.
d. Leg uit - nog steeds zonder berekening - of het percentage gesplitst propaanzuur
door de verdunning is afgenomen, gelijk is gebleven of is toegenomen.
e. Bereken nu het percentage propaanzuur dat is gesplitst in de verdunde oplossing.
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
3
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 4 - tetrahydrofuraan
Er bestaan verschillende verbindingen met molecuulformule C4H8O, bijvoorbeeld
alkanalen.
a. Geef de structuurformules van de alkanalen met molecuulformule C4H8O.
Er zijn ook verbindingen met de molecuulformule C4H8O die op te vatten zijn als cyclische
ethers. In een cyclische ether bevat de ring van een molecuul, behalve koolstofatomen,
ook een zuurstofatoom. Een voorbeeld van een cyclische ether met molecuulformule
C4H8O is tetrahydrofuraan. Deze verbinding heeft de volgende structuurformule:
Een molecuul tetrahydrofuraan bevat een vijfring.
Er bestaan drie cyclische ethers met de molecuulformule C4H8O waarvan de moleculen
een vierring bevatten; twee van deze verbindingen hebben precies hetzelfde smelt- en
kookpunt.
b. Leg met behulp van structuurformules uit welke drie cyclische ethers met de
molecuulformule C4H8O dat zijn.
De verbinding tetrahydrofuraan wordt in een fabriek volgens een continu proces gemaakt
uitgaande van buteendizuuranhydride (C4H2O3). Hiervan is de structuurformule:
De omzetting van buteendizuuranhydride in tetrahydrofuraan vindt plaats via
buteendizuur: HOOC-CH=CH-COOH. Deze verbinding wordt gevormd door de reactie van
buteendizuuranhydride met water. Bij deze reactie wordt de C=C binding niet verbroken.
Er zijn twee verbindingen buteendizuur bekend. Slechts één daarvan wordt bij de reactie
van buteendizuuranhydride met water gevormd.
c. Met welke aanduiding in de naam wordt het buteendizuur dat bij deze reactie wordt
gevormd, onderscheiden van het andere buteendizuur?
d. Leg uitgaande van de structuur van een molecuul buteendizuuranhydride uit hoe
verklaard moet worden dat het andere buteendizuur bij deze reactie niet wordt
gevormd.
lees verder op de volgende bladzijde
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
4
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
L
lOMoARcPSD|74753177
Men scheidt in de fabriek het gevormde buteendizuur als zuivere stof af en laat het
vervolgens in een andere reactor reageren met waterstof. Daarbij treden gelijktijdig de
volgende twee reacties op.
Reactie 1:
Reactie 2:
Daarna scheidt men het ontstane mengsel in de afzonderlijke stoffen water,
tetrahydrofuraan, en 1,4-butaandiol. Deze scheiding is mogelijk doordat de kookpunten
van deze drie stoffen aanzienlijk verschillen. Zo is er groot verschil tussen de kookpunten
van tetrahydrofuraan en 1,4-butaandiol.
e. Leg uit welke van deze twee koolstofverbindingen het hoogste kookpunt zal
hebben.
In de reactor waarin de genoemde reacties plaatsvinden, wordt per seconde 12 mol zuiver
buteendizuur ingeleid, dat via reacties 1 en 2 volledig wordt omgezet in tetrahydrofuraan,
1,4-butaandiol en water. Per seconde wordt 35 mol water uit de reactor afgescheiden.
f. Bereken hoeveel mol tetrahydrofuraan die reactor per seconde verlaat. (Hint: stel
het aantal mol tetrahydrofuraan dat per seconde ontstaat op x)
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
5
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 5 - drie C3-verbindingen
De stof 1,2-propaandiol (C3H8O2) is ook bekend als propyleenglycol; het is een stroperige
kleurloze vloeistof die veel gebruikt wordt in de cosmetica als hygroscopisch
(waterbindend) ingrediënt.
a. Leg uit waarop dit waterbindend vermogen van propyleenglycol berust.
Druppelt men een aangezuurde oplossing van kaliumpermanganaat toe aan een
oplossing van propyleenglycol, dan treedt een redoxreactie op: de paarse kleur van de
permanganaatoplossing verdwijnt en er ontstaat een stof die bekend staat als
pyrodruivenzuur (C3H4O3).
b. Geef de vergelijkingen voor de beide halfreacties en van de totaalreactie voor deze
reactie.
Uit pyrodruivenzuur kan melkzuur (2-hydroxypropaanzuur) worden verkregen. Melkzuur
kent vele toepassingen. Eén hiervan is de polycondensatie van melkzuur: de zuurgroep
van een melkzuurmolecuul reageert met de hydroxylgroep van een tweede, de zuurgroep
van de tweede reageert met de hydroxylgroep van een derde enzovoort, zodat een zeer
groot molecuul kan ontstaan.
c. Teken van dit zeer grote molecuul een stukje uit het midden van de keten, dat uit
tenminste drie melkzuur-eenheden is opgebouwd.
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
6
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])
lOMoARcPSD|74753177
OPGAVE 6 - waterontharder
Hard water wordt gekenmerkt door een relatief hoge concentratie van magnesium- en
vooral calciumionen. Met name de laatste veroorzaken met het zeepmiddel neerslagen
waardoor het wasmiddel niet optimaal werkt. Fabrikanten van wasmiddelen voegen
daarom waterontharders toe.
Twee mogelijke waterontharders zijn natriumnitrilo-triacetaat en natriumcitraat. In deze
opgave worden deze aangeduid met achtereenvolgens Na3NTA en Na3Cit.
De molverhouding waarin deze ontharders met calciumionen reageren is 1 : 1.
In water stellen zich de volgende evenwichten in:
W CaNTA (aq)
Ca (aq) + Cit (aq) W CaCit (aq)
Ca2+(aq) + NTA3—(aq)
2+
3—
—
—
(evenwicht 1)
(evenwicht 2)
Een fabrikant staat voor de keuze van één van de twee genoemde waterontharders.
Zijn keuze wordt onder andere bepaald door de hoeveelheid die hij moet toevoegen.
De waarde van de evenwichtsconstante K van evenwicht 2 is (bij dezelfde temperatuur)
veel kleiner dan de waarde van de evenwichtsconstante van evenwicht 1.
a. Leg uitgaande van dit gegeven uit van welke stof, Na3NTA of Na3Cit, hij het kleinste
aantal mol nodig heeft om van gelijke volumes leidingwater met dezelfde [Ca2+(aq)]
dezelfde verlaging van de [Ca2+(aq)] te bewerkstelligen.
De waarde van de evenwichtsconstante K van evenwicht 2 bij 298 K bedraagt 6,3·103.
Men heeft leidingwater met [Ca2+(aq)] = 2,0·10–3 molL–1. Men wil deze concentratie
verlagen tot 1,0.10–5 molL–1 door Na3Cit toe te voegen. Daarbij mag worden aangenomen
dat door toevoeging van het Na3Cit het vloeistofvolume niet verandert.
b. Bereken [Cit3— ] (in molL–1) in de oplossing die men wil maken.
c. Bereken hoeveel mol Na3Cit men per liter leidingwater moet toevoegen om de
gewenste verlaging van [Ca2+(aq)] te bereiken.
EINDE
Scan to open on Studeersnel
CCVS tentamen scheikunde april 2017 - blz.
7
©2017 CCVS
Downloaded
by Matin Hossainian ([email protected])