VIERDE EDITIE. AUTEURS Marij Kabel-van den Brand Bertie Spillane

WWW.CHEMIEOVERAL.NOORDHOFF.NL VIERDE EDITIE

AUTEURS Marij Kabel-van den Brand Bertie Spillane

ICT Nico Kabel Patrick van Kempen Eric Campen Floor Bos Dirk Penninga

EXPERIMENTEN Iris Jaspers

Noordhoff Uitgevers

243348_CHEM 4ED UW 5 HAVO_FM.indd 1

06/05/14 1:10 PM


06/05/14 1:10 PM

Inhoud 7

Koolstofverbindingen

8

Zuren en basen

15

9

Energieproductie

28

4

10 Polymeren

45

11 Duurzaam produceren

57


06/05/14 1:10 PM

7 Koolstofverbindingen 7.1 De koolstofkringloop energie

geactiveerde toestand

B 1 a De covalentie van een atoom geeft het aantal bindingsplaatsen van dat atoom aan. b Dat type binding is een atoombinding. H c H

activeringsenergie

C6H12O6 + 6 O2

H

–28,16 · 105 J

H

d In moleculaire stoffen komen alleen atomen van niet-metalen voor. e Dat type binding is een vanderwaalsbinding. H H H H f en H O H H O H H H H H g Tussen de moleculen van de eerste stof kunnen H-bruggen optreden omdat er –OH-groepen in voorkomen. H H C H H C H H H H H O H O C C H H C C O H H

H

H

H

H

h De stof uit onderdeel g heeft het hoogste kookpunt omdat er tussen de moleculen van die stof naast de vanderwaalsbindingen ook de (veel sterkere) H-bruggen voorkomen. Er is dan meer energie nodig om de bindingen tussen de moleculen te verbreken. De stof kookt dus bij een hogere temperatuur. i 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 j C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O k De verbrandingswarmte van glucose is −28,16 ∙ 105 J mol−1. Zie tabel 56 van je Binas. l Zie figuur 7.1. m Fotosynthese is het omgekeerde van de verbranding van glucose. De reactiewarmte is dus even groot, maar tegengesteld van teken. De reactiewarmte voor de fotosynthese is dus +28,16 ∙ 105 J.

4 Hoofdstuk 7

243348_CHEM 4ED UW 5 HAVO_Ch07.indd 4

6 CO2 + 6 H2O

7.1

7.2 Alkanen en alkenen A 2 a Een koolwaterstof is een verbinding die uitsluitend uit koolstof en waterstofatomen is opgebouwd. b Een koolwaterstof is onverzadigd als tussen twee C-atomen een dubbele of drievoudige binding voorkomt. c In een vertakt molecuul komt minstens één C-atoom voor dat met drie of vier andere C-atomen is verbonden.

B 3 a De verbindingen waarin één of meer dubbele bindingen voorkomen, zijn onverzadigd: b en d. b De moleculen a en c zijn beide vertakt.

A 4 a Een homologe reeks is een verzameling stoffen die dezelfde algemene formule hebben. b CnH2n+2 c CnH2n

B 5 a C9H20 b De stof C7H14 hoort tot de homologe reeks van de alkenen omdat de verhouding C : H = 1 : 2 (dus CnH2n).

© Noordhoff Uitgevers bv

06/05/14 1:05 PM

B 6

De stoffen 2 en 3 hebben dezelfde molecuulformule, maar verschillende structuurformules. De stoffen 2 en 3 zijn dus isomeren.

a Verbinding b is een alkeen. b Verbinding e is een alkaan. c Verbinding a = C6H14 Verbinding b = C4H8 Verbinding c = C7H16 Verbinding d = C5H8 Verbinding e = C6H14

B 12

A 7 Isomeren zijn verschillende stoffen (verschillende structuurformules) met dezelfde molecuulformule.

B 8 CH3

a H3C CH2 CH2 CH3

H3C CH CH3

b H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 H3C CH2 CH2 CH CH3 CH3 H3C CH2 CH CH2 CH3 CH3

a De namen van de isomeren uit 8a zijn: butaan en 2-methylpropaan. De namen van de isomeren uit 8b zijn: – hexaan – 2-methylpentaan – 3-methylpentaan – 2,2-dimethylbutaan – 2,3-dimethylbutaan b a 2-methylpentaan b but-1-een c 2,4-dimethylpentaan d pent-1,3-dieen e hexaan

C 13 CH3

a H3C

CH

CH3 CH3 CH

CH3

b H3C

CH3 CH

CH3

CH3

H3C C CH2 CH3

H3C

CH

C

c

B 9

Dat zijn methaan, ethaan, propaan, butaan, pentaan en hexaan.

B 11

CH3

CH3

CH3

A 10

CH2

CH3 CH2

CH3

Stoffen a en e zijn isomeren omdat de molecuulformule van beide C6H14 is en de structuurformules van elkaar verschillen.

CH

H3C CH2

CH3 CH CH2 CH CH2

CH3 CH3

d H3C

C

C

CH2

CH3 e H3C CH

CH

CH

CH

CH3

CH3 CH2 CH3

a Stof 1: butaan Stof 2: but-1-een Stof 3: but-2-een b De molecuulformule van stof 1 is C4H10. De molecuulformule van stof 2 is C4H8. De molecuulformule van stof 3 is C4H8.



Koolstofverbindingen 5

06/05/14 1:05 PM

7.3 Koolstofverbindingen met een karakteristieke groep A 14 a Een karakteristieke groep is een atoom of een atoomgroep die bestaat uit andere atomen dan C- en H-atomen. O b C OH c –O-H d Een F-, een Cl-, een Br- of een I-atoom e –NH2

B 15

C 19 a Dioxine kan goed in vet oplossen en is dus hydrofoob. b Als koeien dioxine binnenkrijgen, kan het in de melk komen en zo in de voedselketen en bij de mens komen. c De LD50 van een stof is de hoeveelheid van een stof die bij 50% van een populatie proefdieren tot de dood leidt. De stof wordt in één keer toegediend en is dus een maat voor de acute giftigheid. De LD50 wordt meestal opgegeven in μg of mg per kg levend weefsel. d De LD50 van dioxine is 1 μg kg−1. e Volgens Binas tabel 97B behoort dioxine hiermee tot de zeer vergiftige stoffen.

A 20 Een alkaanzuur kun je opvatten als een alkaan waarin een CH3-groep is vervangen door de groep O . C

a Nee, de alkaanzuren vormen een deelverzameling van de carbonzuren. b Ja, want de alkanolen vormen een deelverzameling van de alcoholen.

A 16 Een halogeenalkaan is een alkaan waarin een H-atoom is vervangen door een halogeenatoom (F, Cl, Br of I).

OH

B 21 1 ethaanzuur 2 hexaanzuur 3 methaanzuur

B 22 a

B 17

H3C CH2 CH2 C OH

2-chloorbutaan broommethaan 2-joodbutaan

b

C

C

C

C

C

OH

O H3C

C OH

C

Cl

C 23

2-chloorhexaan C

C

C

C

C

C

C

C

Cl 3-chloorhexaan C

CH2

c

1-chloorhexaan

C

O H3C

C 18

C

O

C

C Cl

6 Hoofdstuk 7


1 Geen alkaanzuur omdat het niet is afgeleid van een alkaan (maar van een alkaanamine) waarin één –CH3-groep is vervangen door een zuurgroep. 2 Wel een alkaanzuur omdat het is afgeleid van een alkaan waarin één –CH3-groep is vervangen door een zuurgroep. 3 Geen alkaanzuur omdat het niet is afgeleid van een alkaan (maar van een alkeen) waarin één –CH3-groep is vervangen door een zuurgroep.


06/05/14 1:05 PM

A 24 Een alkanol kun je opvatten als een alkaan waarin één H-atoom is vervangen door een –O-H-groep.

B 25 H3C CH2

b Een substitutiereactie is endotherm omdat toevoeren van energie in de vorm van licht nodig is.

B 30 CH2

OH propaan-1-ol

en

H3C

CH

CH3

OH propaan-2-ol

a C4H10 + Cl2 → C4H9Cl + HCl b H H H H

H

H

H

H

H en H

C

C

C

C

H

Cl

H

H

H

C

C

C

C

Cl

H

H

H

H

A 26 Een alkaanamine kun je opvatten als een alkaan waarin één H-atoom is vervangen door een –NH2-groep.

B 27 pentaan-1-amine H2C CH2 CH2 CH2 CH3 NH2 pentaan-2-amine H3C CH CH2 CH2 CH3 NH2 pentaan-3-amine H3C CH2 CH CH2 CH3 NH2

C 28 a H2N CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 en H2N CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 b C4H12N2 en C5H14N2 c De moleculen van elk van deze verbindingen beschikken over twee –NH2-groepen. Elke –NH2-groep kan H-bruggen vormen met watermoleculen. Hierdoor is de oplosbaarheid in water groot.

C 31 1,1-dibroompropaan 1,2-dibroompropaan 1,3-dibroompropaan 2,2-dibroompropaan

A 32 Een additiereactie is een reactie tussen een alkeen en een stof met kleine moleculen, bijvoorbeeld een halogeen. De dubbele binding in het alkeenmolecuul breekt open en beide halogeenatomen koppelen op de vrijgekomen bindingsplaatsen.

B 33 Broomwater is een geschikt reagens. De moleculen van onverzadigde vetzuren bevatten dubbele bindingen tussen C-atomen. Doordat broom geaddeerd wordt aan deze dubbele bindingen kun je het broomwater zien ontkleuren.

B 34 a Reactie 3 is een substitutiereactie omdat een H-atoom wordt vervangen door een Cl-atoom. b De reacties 1 en 4 zijn additiereacties omdat vóór de pijl een dubbele binding aanwezig is en achter de pijl niet. Een klein molecuul, waterstof en water, is toegevoegd aan de beginstof.

C 35

7.4 Substitutie- en additiereacties A 29 a Een substitutiereactie is een reactie tussen een alkaan en bijvoorbeeld een halogeen waarbij een H-atoom in het alkaan wordt vervangen door een halogeenatoom.



a H2C CH CH2 CH3 + H2O → H2C

CH2

CH2

CH3

OH H2C CH CH2 CH3 + H2O → H3C

CH CH2

CH3

OH b butaan-1-ol en butaan-2-ol


06/05/14 1:05 PM

c Alleen butaan-2-ol H3C CH CH CH3 + H2O → H3C CH

Zet je gegevens in een verhoudingstabel. CH2

CH3

OH H3C CH CH CH3 + H2O → H3C

CH2

CH

CH3

OH Beide structuurformules van het butanol stellen dezelfde stof voor. Let op de nummering van de hoofdketen. d H2C CH CH2 CH3 + Br2 → H2C Br

CH

CH2

CH3

CH

CH

CH3

Br

Br

Br

Er ontstaat alleen 1,2-dibroombutaan.

alcohol mL

12

x

wijn mL

100

750

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je x berekenen. 750 × 12 = 90 100

x=

In 750 mL wijn zit 90 mL alcohol. c Door te wijn te verdelen over zes glazen verandert het alcoholpercentage niet. Dat blijft 12%. De wijn blijft immers even ‘sterk’. Alleen de hoeveelheid alcohol in elk glas is een zesde deel van de alcohol die in de fles aanwezig was.

e H3C CH CH CH3 + Br2 → H3C

C 39 a Uit deze glucosebouwstenen kun je je cellulose opgebouwd denken:

Er ontstaat alleen 2,3-dibroombutaan.

H2C OH O

C 36

OH

OH

a HC CH CH3 H2C C CH3 H2C CH CH2 Cl Cl Cl b Dat kan niet omdat bij een additiereactie de dubbele binding verdwijnt. c Ook in het licht kan additie plaatsvinden: CH3 CH H2C Cl

Cl

OH OH b De letter n staat voor het aantal glucoseresten dat aan elkaar is gekoppeld. c Dit proces heet hydrolyse. d (C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6

A 40 Genotmiddel, schoonmaakmiddel, brandstof, oplosmiddel, grondstof in de chemische industrie

7.5 Ethanol

B 41 A 37 a Door additie van water aan etheen of door vergisting van glucose CH2 b H2C CH2 + H2O → H3C OH C6H12O6(aq) → 2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g)

B 38 a Alcohol is ook giftig voor gistcellen. Bij een hoger alcoholpercentage gaan ze dood. b 12 volumeprocent betekent: in 100 mL wijn zit 12 mL alcohol. Hoeveel alcohol zit in 750 mL wijn?

8 Hoofdstuk 7


a Druiven worden geoogst, geperst en in grote vaten tot gisting gebracht. b Extractie berust op verschil in oplosbaarheid. c Het suikerriet fijnmaken, water toevoegen en filtreren, het filtraat is een suikeroplossing. d Destillatie berust op verschil in kookpunt. e Dat is de vloeistof water. Ook onder het kookpunt zal water al verdampen: de kookpunten van ethanol en water verschillen niet erg veel.

C 42 a Man en vrouw drinken evenveel: de factor A is dan voor man en vrouw gelijk. De factoren p en r zijn voor vrouwen kleiner dan voor mannen.


06/05/14 1:05 PM

De teller in de formule is gelijk, en bij vrouwen is de noemer kleiner. De uitkomst van de breuk, de alcoholconcentratie in het bloed, komt dus voor vrouwen hoger uit. b Het ontbrekende gegeven in de formule voor het alcoholpromillage is de factor A. In 100 mL whisky zit 31,6 g alcohol. Hoeveel g alcohol zit in 400 mL whisky? Zet je gegevens in een verhoudingstabel.

A 45 Ethanol, methanol, water, een blauwe kleurstof en een braakmiddel

B 46 Butanol is minder hydrofiel dan de andere twee alkanolen. Het hydrofobe deel van het molecuul gaat het hydrofiele deel (dat H-bruggen kan vormen) overheersen.

C 47 alcohol g

31,6

x

whisky mL

100

400

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je x berekenen. x=

400 × 31,6 = 126 100

In 400 mL whisky zit 126 g alcohol. Dat is de factor A in de formule. De man heeft een massa van 85 kg. Dat is de factor p in de formule. Voor mannen is de factor r 0,7. Je vult de formule in: C=

126 = 2 promille. 85 × 0,7

c De afname van het alcoholpromillage is 0,15 promille per uur. Hoe lang duurt het voordat een promillage van 2 promille is verdwenen? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. afname promillage

0,15

2

tijd (uur)

1

y

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je y berekenen. 1×2 y= = 1 · 101 0,15 Na 1 · 101 uur heeft deze man geen alcohol meer in zijn bloed.

C 43 a C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O b Het alcoholpercentage in deze dranken is zo hoog dat de bacteriën doodgaan en de ethanol dus niet kunnen omzetten in azijnzuur.

a In 100 mL spiritus zit 85 mL ethanol. Je wilt weten hoeveel ethanol in 500 mL spiritus zit. Zet je gegevens in een verhoudingstabel. ethanol mL

85

x

spiritus mL

100

500


In 500 mL spiritus zit 4,3 · 102 mL ethanol. b In Binas tabel 11 staat de dichtheid van ethanol: 0,80 · 103 kg m−3 = 0,80 kg dm−3 = 0,80 g mL−1. Je wilt weten hoe groot de massa van 4,3 · 102 mL ethanol is. Zet je gegevens in een verhoudingstabel. ethanol g

0,80

y

ethanol mL

1,0

4,3 · 102

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je y berekenen. y=

4,3·102 × 0,80 = 3,4 · 102 1,0

4,3 · 102 mL ethanol heeft een massa van 3,4 · 102 g. In 500 mL spiritus zit 3,4 · 102 g ethanol. c De molaire massa van ethanol, C2H6O, is 46,07 g. In 1,00 liter spiritus zit: 2 × 3,4 · 102 g = 6,8 · 102 gram ethanol. Je wilt weten hoeveel mol dat is. Zet je gegevens in een verhoudingstabel. ethanol mol

1,000

z

ethanol g

46,07

6,8 · 102

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je z berekenen.

A 44 Op alcohol die bestemd is voor de consumptie wordt accijns geheven.

500 × 85 = 4,3 · 102 100

z=

6,8·102 × 1,000 = 15 46,07

6,8 · 102 g ethanol komt overeen met 15 mol ethanol. De molariteit van ethanol in spiritus is 15 mol L−1. © Noordhoff Uitgevers bv



06/05/14 1:05 PM

7.6 Esters

B 52 a

A 48

O H3C

CH2

OH + HO

C

CH3 →

O

a

O

C O

H3C

C b

b De naam van een ester is gebaseerd op de grondstoffen waaruit deze gemaakt is: een alcohol en een carbonzuur.

H

OH + HO

C

H3C

CH2 CH2

HO b H3C

c OH butaanzuur en

CH3 propaanzuur

c H3C CH2 CH2 OH propaan-1-ol en O C

HO

CH3 ethaanzuur

C 50 O H3C

CH2

CH2

C

OH

butaanzuur O H3C

CH2

C

O

CH3

de ester van propaanzuur en methanol O H3C

C

O

CH2

CH3

de ester van ethaanzuur en ethanol

C

O

C

OH + HO

CH2

CH2

CH3

de ester van methaanzuur en propaan-1-ol

O

CH CH2 CH3 →

O H3C

C

CH3 O

CH

CH2

CH3 + H2O

C 53 De structuurformule van de ester van methaanzuur en methanol is: O H

C

O

CH3, dus de molecuulformule is C2H4O2.

De molecuulmassa is (2 × 12,01) + (4 × 1,008) + (2 × 16,00) = 60,05 u. Per molecuul is aanwezig: 2 × 12,01 = 24,02 u van de atoomsoort C. Hoeveel u van de atoomsoort C is aanwezig in 100,0 u van de ester? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. koolstof (u)

24,02

x

ester (u)

60,05

100,0


O H

H3C

C CH3

O

OH ethanol en

CH2

CH3 + H2O

O

CH3 ethanol

CH2 O C

HO

C

CH2

CH2

CH3 →

CH2

H O

CH3 + H2O

O

B 49 a

O

C

CH2

24,02 × 100,0 = 39,98 60,05

In 100,0 u ester zit 39,98 u van de atoomsoort C. Het massapercentage van de atoomsoort C in de ester is 39,98%.

A 51 a Een ester kun je maken uit een carbonzuur (bijvoorbeeld een alkaanzuur) en een alcohol (bijvoorbeeld een alkanol). b Dat is een condensatiereactie. c Een zuur, H+-ionen d Er ontstaat ook water.

10 Hoofdstuk 7


A 54 a Een carbonzuur (bijvoorbeeld een alkaanzuur) en een alcohol (bijvoorbeeld een alkanol) b De reactie heet hydrolyse. c Een zuur, H+-ionen


06/05/14 1:05 PM

B 55 a Een verestering is een reactie tussen een zuur en een alcohol. Dat is reactie 3. b Een additiereactie is een reactie tussen een onverzadigde verbinding en een andere stof. Hierbij ontstaat één reactieproduct en de dubbele binding verdwijnt. Dat is reactie 2. c Een hydrolysereactie is een reactie met water als één van de beginstoffen waarbij bindingen worden verbroken in de moleculen van de andere beginstof. Dus reactie 1.

0,496 mol butaanzuur komt overeen met 43,7 g butaanzuur. Bij de hydrolyse van 50,6 g ester ontstaat 43,7 g butaanzuur.

A 57 Een ester doet dienst als: – oplosmiddel – hulpmiddel bij het toedienen van medicijnen – geur en/of smaakstof

B 58 C 56

De ester van ethaanzuur en pentaan-1-ol heeft een grotere molecuulmassa dan de ester van ethaanzuur en ethanol. Hoe groter de molecuulmassa, des te sterker zijn de vanderwaalsbindingen tussen de moleculen en des te hoger is het kookpunt.

a De ester is hydrofoob omdat er geen NH- of OH-groepen zijn om H-bruggen te vormen met watermoleculen. b O H3C

CH2

C

CH2

O

C 59

CH3 + H2O → O

H3C

CH2

CH2

C

OH + HO

CH3

c De molaire massa van C5H10O2 = (5 × 12,01) + (10 × 1,008) + (2 × 16,00) = 102,1 g. Hoeveel mol is 50,6 g C5H10O2? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. mol C5H10O2

1,000

x

g C5H10O2

102,1

50,6 g


1,000 × 50,6 = 0,496 102,1

a Flavours moet je kunnen ruiken. Ze moeten dus al bij lage temperatuur verdampen (vluchtig zijn). Ruiken is immers het waarnemen van gasvormige stoffen. b Esters zijn moleculaire stoffen waarin alleen vanderwaalsbindingen tussen de moleculen voorkomen en geen H-bruggen. Ze hebben daardoor betrekkelijk lage kookpunten. c De smaak ‘verdwijnt’ doordat de smaakstoffen die in het voedsel aanwezig zijn, verdampen of ontleden.

7.7 Oliën en vetten

50,6 g C5H10O2 = 0,496 mol C5H10O2 De molverhouding C5H10O2 : butaanzuur = 1 : 1 (zie reactievergelijking in a). Er zal dus 0,496 mol butaanzuur ontstaan. De molaire massa van butaanzuur, C4H8O2 = (4 × 12,01) + (8 × 1,008) + (2 × 16,00) = 88,10 g. Hoeveel g komt overeen met 0,496 mol butaanzuur? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. mol C4H8O2

1,000

0,496

g C4H8O2

88,10

y


88,10 × 0,496 = 43,7 1,000



A 60 a Driemaal een estergroep b Uit glycerol en vetzuren c In een oliemolecuul zitten de staarten van onverzadigde vetzuren. In een vetmolecuul zitten staarten van verzadigde vetzuren. d Een olie is vloeibaar bij kamertemperatuur en een vet is vast bij kamertemperatuur.

B 61 Linolzuur en oliezuur zijn onverzadigde vetzuren. Palmitinezuur en stearinezuur zijn verzadigde vetzuren. In sojaolie komen meer onverzadigde en minder verzadigde vetzuurstaarten voor dan in rundvet. Daarom is sojaolie vloeibaar.


06/05/14 1:05 PM

C 62

C 65

a

a

O H2C O

C

C17H35

O H2C O

C O

C19H31

O HC

O

C

C17H35

HC

O

C O

C19H31

C17H35

H2C

O

C

C19H31

O H2C

O

C

b Glyceryltristearaat is een vet. De vetzuren zijn immers verzadigd. c O H2C O

C

C17H35

O HC

O

C

C17H35 + 3 H2O →

b Arachidonzuur is een onverzadigd vetzuur. c Er zitten vier dubbele bindingen in elk van de drie veresterde vetzuren. Per mol olie zijn oorspronkelijk 12 mol dubbele bindingen aanwezig. Er moet 6 mol dubbele bindingen verdwijnen. Daarvoor heb je per mol olie ook zes mol waterstof nodig.

O H2C

O

C

C 66

C17H35 H2C OH

O

HC OH + 3 HO

C

C17H35

H2C OH

A 63 a – Olie uit vruchten en zaden kan worden gewonnen door persen. – Olie uit zaden kan ook worden gewonnen door fijnmaken en extraheren met hexaan. b Vetharding is de additie van waterstof aan de dubbele binding in een olie. Hierdoor ontstaat een vet.

B 64 O

a H2C O

C

C17H33

O

H2C

C O

C17H33

C

C17H33

O

b

C

C O

C21H41

HC

O

C O

C21H41

H2C

O

C

C21H41

c De dubbele binding in de staarten van het veresterde erucazuur d De betekenis is dat de dubbele binding in erucazuur tussen C atoom 9 en 10 zit, gerekend vanaf de kant waar de zuurgroep niet zit. e Nee, want carinataolie is hydrofoob. Het bevat geen –OH- en/of –NH-groepen. f O

HC

H2C O

O

H2C

C O

C17H35

HC

O

C O

C17H33 + 3 H2 → HC

O

C O

C17H35

H2C

O

C

C17H33

O

C

C17H35

c glyceryltristearaat

12 Hoofdstuk 7


C21H41

O

C

C21H41 + 3 H2O →

O O

C17H33

C O

O H2C O

H2C O

H2C O

O HC

a Een tri-ester van glycerol en erucazuur (en nog wat andere vetzuren) b O

H2C

O

C

C21H41 H2C OH HC OH + 3 HO

O C

C21H41

H2C OH g De reactie is een hydrolysereactie.


06/05/14 1:05 PM

h

O H3C

O

C

C21H41

C4H7SH (mol)

1,000

y

C4H7SH (g)

88,16

1,5

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je y berekenen.

i

In de glucoserest in het glucosinolaatmolecuul zitten veel OH-groepen. j Dit zijn H-bruggen. k Het N-atoom is hiervoor verantwoordelijk.

y=

1,000 × 1,5 = 1,702 ∙ 10−2 88,16

1,5 g C4H7SH komt overeen met 1,702 ∙ 10−2 mol C4H7SH.

7.8 Afsluiting 1 a Een juist antwoord kan als volgt zijn weergegeven: H3C

CH2

CH

CH3

CH3 H3C HC

HS

CH2

SH

CH3 H3C

C

CH3

SH b Een juiste berekening leidt, afhankelijk van de gevolgde berekeningswijze, tot de uitkomst 36,36 of 36,37 (massaprocent). De molecuulmassa van C4H7SH = 88,16 u. Per molecuul C4H7SH is 32,06 u van de atoomsoort S aanwezig. Hoeveel u S zit in 100,0 u C4H7SH? Zet je gegevens in een verhoudingstabel.

Het volume van het lokaal bedraagt 10,0 × 5,6 × 3,0 = 1,68 ∙ 102 m3. 1,702·10−2 = 1,013 ∙ 10-4 mol Per m3 is aanwezig: 1,68·102 C4H7SH. De geurdrempel is 1,2 ∙ 10−9 mol per m3. De aanwezige concentratie aan C4H7SH is: 1,013·10−4 = 8,4 ∙ 104 maal zo groot als de 1,2·10−9 geurdrempel. e Een juist antwoord kan als volgt zijn weergegeven: O CH3 H3C CH CH2 CH2 SH HO C CH3

2

In 100,0 u C4H7SH zit 36,37 u van de atoomsoort S. Het massapercentage van de atoomsoort S in C4H7SH = 36,37%. c Een voorbeeld van een juist antwoord is: H3C CH CH CH2 SH d Een juiste berekening leidt afhankelijk van de gevolgde berekeningswijze, tot de uitkomst 8,4 ∙ 104 of 8,5 ∙ 104.

a CO en CO2 b Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: − De formule van acetyleen / C2H2 voldoet niet aan de algemene formule CnH2n, dus is het geen alkeen. − Een acetyleenmolecuul bevat een drievoudige binding, dus is het geen alkeen. − Een acetyleenmolecuul kan nog vier waterstofatomen opnemen, dus is het geen alkeen. − In een acetyleenmolecuul komen slechts twee H-atomen voor, dus is het geen alkeen. − Acetyleen is ethyn en is dus geen alkeen. c Voorbeelden van juiste of goed te rekenen antwoorden zijn: − C2H2 + O2 → C + CO + H2O − C2H2 + O2 → C + CO2 + H2 − C2H2 + O2 → 2 CO + H2 − 2 C2H2 + 2 O2 → 2 C + CO + CO2 + H2 + H2O − 3 C2H2 + 3 O2 → C + 5 CO + 2 H2 + H2O d Een juiste berekening leidt tot de uitkomst 0,27 (mol).

De molaire massa van C4H7SH = 88,16 g. Met hoeveel mol komt 1,5 mg C4H7SH overeen? Zet je gegevens in een verhoudingstabel.

In de melkbus zit 30 dm3 (= L) lucht. 21% daarvan is zuurstof. Dat wil zeggen per 100 L lucht is 21 L zuurstof aanwezig.

C4H7SH (u)

100,0

88,16

S (u)

x

32,06


100 × 32,06 = 36,37 88,16




06/05/14 1:05 PM

Hoeveel L zuurstof zit in de melkbus (inhoud is 30 L)? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. lucht (L)

100

30

zuurstof (L)

21

x


3

H3C (CH 2) 14 C O (CH 2) 29 CH3

4 a Het heeft een kooktraject, want autobenzine is een mengsel. b Een juiste berekening leidt tot de uitkomst 84,28(%).

21 × 30 = 6,30 100

De molaire massa van octaan (C8H18) = 114,0 u. Per molecuul octaan is 96,08 u van de atoomsoort C aanwezig. Hoeveel u C zit in 100,0 u octaan? Zet je gegevens in een verhoudingstabel.

In 30 L lucht in de melkbus zit 6,30 L zuurstof. 1,0 mol zuurstof heeft een volume van 23 L. Hoeveel mol komt overeen met 6,30 L zuurstof? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. zuurstof (mol)

1,0

y

zuurstof (L)

23

6,30

1,0 × 6,30 = 0,27 23

6,30 L zuurstof komt overeen met 0,27 mol zuurstof. e Een juiste berekening leidt afhankelijk van de gevolgde berekeningswijze, tot de uitkomst 17 of 18 (g). Voor de hardste knal is een molverhouding acetyleen : O2 = 1 : 1 nodig. Dus er is 0,27 mol carbid nodig. De molaire massa van carbid (CaC2) is 64,10. Hoeveel g komt overeen met 0,27 mol CaC2? Zet je gegevens in een verhoudingstabel. CaC2 (mol)

1,0

0,27

CaC2(g)

64,10

z

C8H18 (u)

100,0

114,0

C (u)

x

96,08

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je x berekenen.


O

x=

100,0 × 96,08 = 84,28 114,0

In 100,0 u C8H18 zit 84,28 u van de atoomsoort C. Het massapercentage van de atoomsoort C in octaan = 84,28% c Antwoord C is juist. d In een automotor heerst een hoge(re) temperatuur (dan in de buitenlucht). e Wit kopersulfaat, dat wordt blauw (met water)

5 a

O C

OH en

–C=C–

b In een molecuul linolzuur komen twee dubbele bindingen voor tussen C-atomen (–C=C–). c C17H31COOH d Nee. Je weet immers niet waar de dubbele bindingen precies zitten.

Door gebruik te maken van kruisproducten kun je z berekenen. z=

64,10 × 0,27 = 17 1,0

0,27 mol CaC2 komt overeen met 17 g CaC2. Voor de hardste knal heb je 17 g carbid nodig.

14 Hoofdstuk 7



06/05/14 1:05 PM

8 Zuren en basen 8.1 De pH van je bloed B 1 a – De pH van zure schoonmaakmiddelen is lager dan zeven. – De pH van basische schoonmaakmiddelen is hoger dan zeven. b Doe een druppel van de vloeistof op het universeel indicatorpapier. Vergelijk de kleur van het papier met de kleuren op het doosje. Lees pH af die bij de kleur hoort. c – Met zure schoonmaakmiddelen kun je kalkaanslag weghalen. – Met basische schoonmaakmiddelen kun je ontvetten. d Bijvoorbeeld azijn, zoutzuur, ontkalkingsmiddelen e Bijvoorbeeld afwasmiddel, wasmiddelen, soda, allesreiniger f Zie de onderstaande tabel.

b De oplossing wordt minder basisch. De pH wordt lager en nadert 7. Ook hier gaat de oplossing steeds meer op water lijken. c De waarde nadert tot de pH van zuiver water, dus 7. d De waarde nadert tot de pH van zuiver water, dus 7.

A 4 a Je kunt de pH van een oplossing meten met een pH-meter, met universeelindicatorpapier of met behulp van zuur-base-indicatoren. b Meten met een pH-meter is het meest nauwkeurig.

B 5 a Zuur-base-indicatoren zijn stoffen die bij een bepaalde pH van kleur veranderen. b Zie de onderstaande tabel. indicator

pH = 3

pH = 6

pH = 11

methyloranje

rood

oranjegeel

oranje/geel

formules

namen

methylrood

rood

oranje/geel

geel

CH3COO−

acetaation

fenolrood

geel

geel

rood

OH−

hydroxide-ion

SO32−

sufietion

2−

O

oxide-ion

NO2−

nitrietion carbonaation

CO32− −

HCO3

B 6 Citroensap verlaagt de pH van de jam. Kleurstof in pruimenjam heeft bij een lage pH een frisrode kleur: het is een zuur-base-indicator.

waterstofcarbonaation

8.2 De pH van een oplossing

B 7 Nee, rood is de ‘zure kleur’ van lakmoes en blauw de ‘basische kleur’.

B 8 Broomthymolblauw wordt geel: pH < 6,0. Congorood wordt oranjerood: pH > 5,0. De pH van de oplossing ligt tussen 5,0 en 6,0.

A 2 a pH < 7 b pH > 7 c pH = 7

B 3 a De oplossing wordt minder zuur. De pH wordt dus hoger en nadert 7. De oplossing gaat immers steeds meer op water lijken.



C 9 a Broomfenolrood wordt paarsrood: pH > 6,8. Thymolblauw wordt geel: 4 < pH < 8 (let op: twee omslagtrajecten!). De pH van de oplossing ligt tussen 6,8 en 8. b Zie elk van de indicatoren in het antwoord op vraag a.

Zuren en basen 15

06/05/14 1:06 PM

8.3 Zuren A 10 Alle zure oplossingen: – hebben een zure smaak; – beïnvloeden de kleur van zuur-base-indicatoren; – hebben een pH-waarde die kleiner is dan 7.

A 11 a H+ b Bij het oplossen van een zuur in water c Het negatieve ion dat overblijft als een zuur H+ heeft afgestaan

A 12 a H2CO3 (H2O + CO2) b CH3COOH c H2SO4

c (zuiver) waterstofchloride d zwavelzuuroplossing

C 19 a natriumchloride: NaCl waterstofchloride: HCl In de formule van natriumchloride komen symbolen van metalen en niet-metalen voor. In de formule van waterstofchloride komen alleen symbolen van nietmetalen voor. b ionbindingen c Atoombindingen en vanderwaalsbindingen e Na+(aq) + Cl−(aq) en H+(aq) + Cl−(aq) f In natriumchloride zijn de Na+- en de Cl−-ionen al in het rooster aanwezig. Bij het oplossen laten ze elkaar los en omringen zich met een watermantel. In waterstofchloride zit in elk molecuul een H-atoom door middel van een atoombinding vast aan een Cl-atoom. Tijdens het oplossen ontstaan H+-ionen en Cl−-ionen.

A 13 a waterstofchloride b koolzuur c fosforzuur

B 14 a HCl(g) → H+(aq) + Cl−(aq) b HNO3(l) → H+(aq) + NO3−(aq) c CH3COOH(l) → H+(aq) + CH3COO−(aq)

B 15 a Als er beweeglijke geladen deeltjes in aanwezig zijn b Alle zure oplossingen bevatten beweeglijke H+-ionen en negatieve ionen. c De positieve ionen hoeven geen H+-ionen te zijn. Denk maar aan zoutoplossingen.

C 20 a Je hebt 400 ∙ 10−3 g Mg = x mol Mg. Molaire massa van Mg = 24,31 g mol−1. x=

1,000 × 400·10−3 = 1,65 ∙ 10−2 mol Mg 24,31

Molariteit van HCl = [H+] is 1,00 mol L−1. In 10,0 mL van de oplossing zit y mol H+. y=

1,00 × 10,0·10−3 = 1,00 ∙ 10−2 mol H+ 1,00

De molverhouding Mg: H+ = 1 : 2. 1,00 ∙ 10−2 mol H+ reageert dus met 0,500 ∙ 10−2 mol Mg. Er blijft dan 1,65 ∙ 10−2 − 0,500 ∙ 10−2 = 1,15 ∙ 10−2 mol Mg over. Mg is dus in overmaat. b Neem voor het aantal mol waterstof z.

B 16 a Zoutzuur is de naam voor de oplossing van waterstofchloride in water. b Waterstofchloride-oplossing of zoutzuur

B 17 a H+(aq) + NO3−(aq) b 2 H+(aq) + SO42−(aq) c H+(aq) + Cl−(aq)

B 18 a waterstofchloride-oplossing (zoutzuur) b (zuiver) salpeterzuur

16 Hoofdstuk 8


H+ molverhouding gegeven/gevraagd

z=

H2

2 1,00 ∙ 10

1 −2

z

1 × 1,00·10−2 = 5,00 ∙ 10−3 mol H2 2

c Molaire massa H2 = 2 × 1,008 = 2,016 g mol−1. Je hebt 5,00 ∙ 10−3 mol H2 = p g H2. p=

2,016 × 5,00·10−3 = 1,01 ∙ 10−2 H2 1,000

1,0 m3 H2 heeft een massa van 0,0827 kg.


06/05/14 1:06 PM

Je hebt 1,01 ∙ 10−2 g H2 = q m3 H2. q=

1,000 × 1,01·10−2 × 10−3 = 1,2 ∙ 10−4 m3 H2 0,0827

= 1,2 ∙ 10 × 10 = 1,2 ∙ 10 cm H2 −4

6

2

3

A 21 Bij het oplossen van een sterk zuur reageert het in water tot H+-ionen en zuurrestionen in een aflopende reactie. Bij het oplossen van een zwak zuur leidt de reactie in water tot een evenwicht.

Hoe groter de waarde van K, des te sterker is het zwakke zuur.

C 23 a Een sterk zuur reageert in een aflopende reactie onder vorming van H+-ionen en zuurrestionen. Uit 0,10 mol van een eenwaardig sterk zuur zal dus 0,10 mol H+ ontstaan. Dat is alleen het geval bij het zuur HY. b HX(aq) H+(aq) + X−(aq) [H+(aq)][X−(aq)] = K1 [HX(aq)]

B 22 a 1 H2SO4 2 H2S 3 H3PO4 4 HNO3 5 CO2 6 NH4+ 7 HBr b Sterke zuren zijn: 1, 4 en 7. Zwakke zuren zijn: 2, 3, 5 en 6. c 1 H2SO4(l) → H+(aq) + HSO4−(aq) 2 H2S(aq) H+(aq) + HS−(aq) 3 H3PO4(aq) H+(aq) + H2PO4−(aq) 4 HNO3(l) → H+(aq) + NO3−(aq) 5 CO2(g) + H2O(l) = H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3−(aq) + + 6 NH4 (aq) H (aq) + NH3(aq) 7 HBr(g) → H+(aq) + Br−(aq) d 1 H+(aq) + HSO4−(aq) 2 H2S(aq) 3 H3PO4(aq) 4 H+(aq) + NO3−(aq) 5 H2CO3(aq) of CO2 + H2O 6 NH4+(aq) 7 H+(aq) + Br−(aq) [H+(aq)][HS−(aq)] = K = 8,9 ∙ 10−8 [H2S(aq)] [H+(aq)][H2PO−4(aq)] 3 = K = 6,9 ∙ 10−3 [H3PO4(aq)] [H+(aq)][HCO−3(aq)] 5 = K = 4,5 ∙ 10−7 [H2CO3(aq)] [H+(aq)][NH3(aq)] 6 = K = 5,6 ∙ 10−10 [NH+4(aq)]

e 2

f

De sterkte van de zwakke zuren neemt toe in de volgorde: 6, 2, 5, 3. Om de volgorde te bepalen kijk je naar de waarde van de K (zie Binas tabel 49).



HZ(aq)

H+(aq) + Z−(aq)

[H+(aq)][Z−(aq)] = K2 [HZ(aq)] c De [H+] in de HX-oplossing is kleiner dan die in de HZ-oplossing. HX is dus het zwakste zuur.

8.4 pH-berekeningen aan zure oplossingen A 24 pH = −log[H+] A 25 Het aantal significante cijfers in de [H+] moet even groot zijn als het aantal decimalen in de pH.

B 26 a b c d

pH = −log[H+] = −log 0,270 = 0,569 pH = −log[H+] = −log 0,050 = 1,30 pH = −log[H+] = −log 0,00025 = 3,60 pH = −log[H+] = −log 1,0527 = 0,02230

C 27 a Molverhouding HCl : H+ = 1 : 1 [H+] = 0,035 mol L−1 pH = −log [H+] pH = −log 0,035 pH = 1,46

Zuren en basen 17

06/05/14 1:06 PM

b Molverhouding H2SO4 : H+ = 1 : 2 [H+] = 2 × 0,345 = 0,690 mol L−1 pH = −log [H+] pH = −log 0,690 pH = 0,161 c Je rekent eerst uit hoeveel mol H+ in het mengsel zit. salpeterzuuroplossing: Molverhouding HNO3 : H+ = 1 : 1 [H+] = 0,10 mol L−1 In 10,0 mL van de oplossing zit x mol H+. 0,10 × 10,0·10−3 = 1,0 ∙ 10−3 mol H+ x= 1,00 zoutzuur: Molverhouding HCl : H+ = 1 : 1 [H+] = 0,56 mol L−1 In 25,0 mL van de oplossing zit y mol H+. y=

0,56 × 25,0·10−3 = 1,4 ∙ 10−2 mol H+ 1,00

mengsel: In 35,0 mL mengsel zit 1,0 ∙ 10−3 + 1,4 ∙ 10−2 = 1,5 ∙ 10−2 mol H+. In 1,0 L mengsel zit z mol H+. z=

1,00 × 1,5·10−2 = 4,3 ∙ 10−1 mol H+ 35,0·10−3

[H+] in mengsel is 4,3 ∙ 10−1 mol L−1 pH = −log [H+] pH = −log 4,3 ∙ 10−1 pH = 0,37 d In 100 mL citroensap zit 1,0 ∙ 10−4 mol H+. In 1,00 L citroensap zit x mol H+. x=

1,00 × 1,0·10−4 = 1,0 ∙ 10−3 mol H+ 100·10−3

[H+] = 1,0 ∙ 10−3 mol L−1 pH = −log [H+] pH = −log 1,0 ∙ 10−3 pH = 3,00

A 28 a Twee significante cijfers b Drie significante cijfers c Eén significant cijfer

B 29 a pH = −log [H+] 4,2 = −log [H+] [H+] = 6 ∙ 10−5 mol L−1 18 Hoofdstuk 8


b pH = −log [H+] 1,3 = −log [H+] [H+] = 5 ∙ 10−2 mol L−1 c pH = −log [H+] 2,0 = −log [H+] [H+] = 1 ∙ 10−2 mol L−1 d pH = −log [H+] 0,855 = −log [H+] [H+] = 1,40 ∙ 10−1 mol L−1

B 30 Molverhouding HNO3 : H+ = 1 : 1 Verder is steeds sprake van 100 mL, dus 1,00 ∙ 10−1 liter. a pH = −log [H+] 1,05 = −log [H+] [H+] = 8,9 ∙ 10−2 mol L−1 Je moet 8,9 ∙ 10−2 mol HNO3 per liter oplossen, dus in 100 mL is dat: 8,9 ∙ 10−3 mol HNO3. b pH = −log [H+] 2,380 = −log [H+] [H+] = 4,17 ∙ 10−3 mol L−1 Je moet 4,17 ∙ 10−3 mol HNO3 per liter oplossen, dus in 100 mL is dat: 4,17 ∙ 10−4 mol HNO3. c pH = −log [H+] 0,9 = −log [H+] [H+] = 1 ∙ 10−1 mol L−1 Je moet 1 ∙ 10−1 mol HNO3 per liter oplossen, dus in 100 mL is dat: 1 ∙ 10−2 mol HNO3.

C 31 1,0 liter zoutzuur met pH 2,50: pH = −log [H+] 2,50 = −log [H+] [H+] = 3,2 ∙ 10−3 mol L−1 Molverhouding H+ : HCl = 1 : 1 In 1,0 liter moet 3,2 ∙ 10−3 mol HCl worden opgelost = x g HCl. Molaire massa HCl =36,46 g mol−1 x=

36,46 × 3,2·10−3 = 1,2 ∙ 10−1 g HCl 1,000

1,0 liter salpeterzuuroplossing met pH 2,50: pH = −log [H+] 2,50 = −log [H+] [H+] = 3,2 ∙ 10−3 mol L−1 Molverhouding H+ : HNO3 = 1 : 1 In 1,0 liter moet 3,2 ∙ 10−3 mol HNO3 worden opgelost = y g HNO3.


06/05/14 1:06 PM

Molaire massa HNO3 = 63,02 g mol−1 63,02 × 3,2·10−3 y= = 2,0 ∙ 10−1 g HNO3 1,000

C 32 Eerst reken je uit hoeveel mol H+-ionen je aan 1,0 m3 zeewater moet toevoegen om een pH van 3,0 te krijgen. pH = −log [H+] 7,0 = −log [H+] [H+] = 1 ∙ 10−7 mol L−1 pH = −log [H+] 3,0 = −log [H+] [H+] = 1 ∙ 10−3 mol L−1 Aan 1,0 liter zeewater moet worden toegevoegd: (1 ∙ 10−3) − (1 ∙ 10−7) = 1 ∙ 10−3 mol H+-ionen Aan 1,0 ∙ 103 liter zeewater moet worden toegevoegd: 1,0 ∙ 103 × 1 ∙ 10−3 = 1 mol H+-ionen Molverhouding H+ : H2SO4 = 2 : 1 Aan 1,0 m3 zeewater moet je 0,5 mol H2SO4 toevoegen. Dat zit in x L zwavelzuuroplossing. De molariteit van de zwavelzuuroplossing is 2,0 mol L−1. 1,00 × 0,5 x= = 0,3 liter van de zwavelzuuroplossing 2,0

B 37 a NH3(aq) + H2O(l) → NH4+(aq) + OH−(aq) b OH−(aq) + H2O(l) → H2O(l) + OH−(aq) c O2−(aq) + H2O(l) → 2 OH−(aq)

B 38 a 1 2 3 4 5

base base zuur base zuur (en heel zwakke base die nauwelijks reageert met water) b 1 HCN(aq) en OH−(aq) 2 OH−(aq) 4 HClO2(aq) en OH−(aq)

B 39 Zie de tabel. naam

formule

negatief ion (base)

1

natriumhydroxide

NaOH

OH−

2

kaliumcarbonaat

K2CO3

CO32−

3

bariumoxide

BaO

O2−

4

natriumwaterstofcarbonaat

NaHCO3

HCO3−

B 40

8.5 Basen

a b c d

A 33 Alle basische oplossingen – hebben een ontvettende werking; – beïnvloeden de kleur van zuur-base-indicatoren; – hebben een pH-waarde die groter is dan 7.

C 41 a NH4+(aq) en OH−(aq) b − − 2+

Pb

+ 4

NH

A 34 a OH− b Als een base met water reageert ontstaat een OH−-ion.

A 35 a HCO3− b O2− c NH3

A 36 a carbonaat-ion b hydroxide-ion c ammoniak



Ba2+(aq) + 2 OH−(aq) Na2O(s) Na+(aq) + OH−(aq) NH3(g)

OH

NO3

s

g

g

g

Pb2+(aq) + 2 OH−(aq) → Pb(OH)2(s)

C 42 a b c d e f

F−-ionen zijn basisch: pH > 7. HF is een zuur: pH < 7. SO32−-ionen zijn basisch: pH > 7. NO2−-ionen zijn basisch: pH > 7. H2S is een zuur: pH > 7. S2−-ionen zijn basisch: pH > 7.

C 43 a 1 CH3COONa(s) → CH3COO−(aq) + Na+(aq) 2 KOH(s) → K+(aq) + OH−(aq) 3 NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl−(aq) Zuren en basen 19

06/05/14 1:06 PM

b 1 De natriumacetaatoplossing bevat de base CH3COO−. 2 De kaliumhydroxide-oplossing bevat de base OH−. 3 De ammoniumchloride-oplossing bevat het zuur NH4+. c De pH van de oplossingen 1 en 2 is hoger dan 7. De pH van oplossing 3 is lager dan 7.

C 44 a CaO(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) b In 1,0 L oplossing zit 0,050 mol OH−. Molverhouding CaO : OH− = 1 : 2 Er is 0,025 mol CaO opgelost per L = x g CaO. Molaire massa CaO = 56,06 g mol−1 x=

56,06 × 0,025 = 1,4 g CaO 1,000

A 45 Van een sterke base reageren alle deeltjes met water in een aflopende reactie. Van een zwakke base reageren lang niet alle deeltjes met water, er stelt zich een evenwicht in.

B 46 a 1 2 3 4 5 6 7 b 1 2 3 4 5 6 7 c 1 2

3 4 5

CH3COONa Na2S CaO KF KOH NaHS Na2CO3 CH3COONa(s) → CH3COO−(aq) + Na+(aq) Na2S(s) → 2 Na+(aq) + S2−(aq) CaO(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) KF(s) → K+(aq) + F−(aq) KOH(s) → K+(aq) + OH−(aq) NaHS(s) → Na+(aq) + HS−(aq) Na2CO3(s) → 2 Na+(aq) + CO32−(aq) CH3COO−(aq), Na+(aq), CH3COOH(aq), OH−(aq) CH3COO−(aq) + H2O(l) CH3COO−(aq) + OH−(aq) Na+(aq), S2−(aq), OH−(aq), HS−(aq) en H2S(aq) S2−(aq) + H2O(l) HS−(aq) + OH−(aq) HS−(aq) + H2O(l) H2S(aq) + OH−(aq) Ca2+(aq) en OH−(aq) K+(aq), F−(aq), HF(aq) en OH−(aq) F−(aq) + H2O(l) HF(aq) + OH−(aq) K+(aq) en OH−(aq)

20 Hoofdstuk 8


6 Na+(aq), HS−(aq), H2S(aq) en OH−(aq) HS−(aq) + H2O(l) H2S(aq) + OH−(aq) 7 Na+(aq), CO32−(aq), HCO3−(aq), H2CO3(aq) en OH−(aq) CO32−(aq) + H2O(l) HCO3−(aq) + OH−(aq) HCO3−(aq) + H2O(l) H2CO3(aq) + OH−(aq)

C 47 a 1 2 3 b 1 2 3

c 1

2

3

CO32− HCO3− CH3COO− CO32−(aq) + H2O(l) HCO3−(aq) + OH−(aq) HCO3−(aq) + H2O(l) H2CO3(aq) + OH−(aq) CH3COO−(aq) + H2O(l) CH3COO−(aq) + OH−(aq) [HCO−3(aq)][OH−(aq)] [CO2− (aq)] 3

= K = 2,1 ∙ 10−4

[H2CO3(aq)][OH−(aq)] [HCO−3(aq)]

= K = 2,2 ∙ 10−8

[CH3COO−(aq)][OH−(aq)] [CH3COOH(aq)]

= K = 5,5 ∙ 10−10

d De zwakste base is het acetaation, iets sterker is het waterstofcarbonaation, en nog iets sterker is het carbonaation. De volgorde blijkt uit de waarden van K. Hoe hoger de waarde van K, des te sterker is de zwakke base.

C 48 KOH(s) → K+(aq) + OH−(aq) Na2SO3(s) → 2 Na+(aq) + SO32−(aq) NaNO2(s) → Na+(aq) + NO2−(aq) In oplossing 1 zit de sterke base OH−. OH−(aq) + H2O(l) → H2O(l) + OH−(aq) 2 In oplossing 2 zit de zwakke base SO32−. SO32−(aq) + H2O(l) HSO3−(aq) + OH−(aq) 3 In oplossing 3 zit de zwakke base NO2−. NO2−(aq) + H2O(l) HNO2(aq) + OH−(aq) c In oplossing 2 ontstaat per liter 0,10 mol SO32−ionen. Een klein deel hiervan reageert met water. Er zal dus veel minder dan 0,10 mol OH−-ionen ontstaan. In oplossing 3 ontstaan per liter 0,10 mol NO2−ionen. Een klein deel hiervan reageert met water. Er zal dus veel minder dan 0,10 mol OH−-ionen ontstaan. a 1 2 3 b 1


06/05/14 1:06 PM

8.6 pH-berekeningen aan basische oplossingen A 49 a Onjuist. Een zure oplossing bevat wel veel meer H+-ionen dan OH−-ionen. b Juist. Een basische oplossing bevat wel veel meer OH−-ionen dan H+-ionen. c Onjuist. In een neutrale oplossing en in water, komen evenveel H+-ionen als OH−-ionen voor.

A 50 a pOH = −log [OH−] b pH + pOH = 14,00

B 51 a pH > 7 b De pOH is altijd 14,00 − pH, ook in een zure oplossing. In een zure oplossing is de pH < 7. Daardoor is 14,00 − pH altijd > 7.

A 52 a Twee decimalen b Twee decimalen c Vijf decimalen

B 53 a [OH−] is 0,50 mol L−1 pOH = −log[OH−] = −log 0,50 = 0,30 pH = 14,00 − pOH = 14,00 − 0,30 = 13,70 b [OH−] is 0,050 mol L−1 pOH = −log[OH−] = −log 0,050 = 1,30 pH = 14,00 − pOH = 14,00 − 1,30 = 12,70 c [OH−] is 0,00679 mol L−1 pOH = −log[OH−] = −log 0,00679 = 2,168 pH = 14,000 − pOH = 14,000 − 2,168 = 11,832 d [OH−] is 1,0527 mol L−1 pOH = −log[OH−] = −log 1,0527 = 0,02230 pH = 14,00000 − pOH = 14,00000 − 0,02230 = 13,97770

C 54 a Molverhouding KOH : OH− = 1 : 1 [OH−] = 0,015 mol L−1 pOH = −log 0,015 = 1,82 pH = 14,00 − pOH = 14,00 − 1,82 = 12,18



b Molverhouding NaOH : OH− = 1 : 1 [OH−] = 0,125 mol L−1 pOH = −log 0,125 = 0,903 pH = 14,000 − pOH = 14,000 − 0,903 = 13,097 c Molverhouding Ba(OH)2 : OH− = 1 : 2 [OH−] = 2 × 0,0045 = 9,0 ∙ 10−3 mol L−1 pOH = −log 9,0 ∙ 10−3 = 2,05 pH = 14,00 − pOH = 14,00 − 2,05 = 11,95

A 55 a Twee significante cijfers b Drie significante cijfers c Geen significante cijfers (dus alleen een macht van 10, zonder getal ervoor)

B 56 a pH = 9,80 pH + pOH = 14,00 pOH = 14,00 − 9,80 = 4,20 pOH = −log [OH−] 4,20 = −log [OH−] [OH−] = 6,3 ∙ 10−5 mol L−1 b pH = 9,15 pH + pOH = 14,00 pOH = 14,00 − 9,15 = 4,85 pOH = −log [OH−] 4,85 = −log [OH−] [OH−] = 1,4 ∙ 10−5 mol L−1 c pH = 10,5 pH + pOH = 14,00 pOH = 14,00 − 10,5 = 3,5 pOH = −log [OH−] 3,5 = −log [OH−] [OH−] = 3 ∙ 10−4 mol L−1

B 57 De molverhouding NaOH : OH− = 1 : 1. Verder is steeds sprake van 100 mL, dus 1,00 ∙ 10−1 liter. a pOH = 14,00 − pH = 14,00 − 13,05 = 0,95 pOH = −log [OH−] 0,95 = −log [OH−] [OH−] = 1,1 ∙ 10−1 mol L−1 Voor 100 mL is dan nodig: 1,1 ∙ 10−2 mol NaOH. b pOH = 14,00 − pH = 14,000 − 12,380 = 1,620 pOH = −log [OH−] 1,620 = −log [OH−] [OH−] = 2,40 ∙ 10−2 mol L−1 Voor 100 mL is dan nodig: 2,40 ∙ 10−3 mol NaOH.

Zuren en basen 21

06/05/14 1:06 PM

c pOH = 14,00 − pH = 14,00−10,9 = 3,1 pOH = −log [OH−] 3,1 = −log [OH−] [OH−] = 8 ∙ 10−4 mol L−1 Voor 100 mL is dan nodig: 8 ∙ 10−5 mol NaOH.

C 58 a pH = 10,80 pH + pOH = 14,00 pOH = 14,00 − 10,80 = 3,20 pOH = −log [OH−] 3,20 = −log [OH−] [OH−] = 6,3 ∙ 10−4 mol L−1 b Na2O(s) + H2O(l) → 2 Na+(aq) + 2 OH−(aq) c Molverhouding Na2O : OH− = 1 : 2 = x : 6,3 ∙ 10−4 x = 3,2 ∙ 10−4 mol Na2O Je moet 3,2 ∙ 10−4 mol Na2O per liter oplossen. d Molaire massa Na2O = 2 × 22,99 + 16,00 = 61,98 g mol−1 Je hebt 3,2 ∙ 10−4 mol Na2O = y g Na2O. y=

61,98 × 3,2·10−4 = 2,0 ∙ 10−2 g Na2O 1,000

A 61 a b c d e

NH3 + H+ → NH4+ OH− + H+ → H2O CO32− + 2 H+ → H2O + CO2 O2− + 2 H+ → H2O HCO3− + H+ → H2O + CO2

B 62 In alle drie de zure oplossingen zitten H+-ionen. Die reageren met de base CO32− die aanwezig is in de kalk (CaCO3). Hierdoor verdwijnt de kalk. CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)

B 63 a NH3(g) + HCl(g) → NH4+Cl−(s) ↑_______↓ b CaCO3(s) + H+(aq) → HCO3−(aq) + Ca2+(aq) ↑______↓ c K2O(s) + 2 H+(aq) → 2 K+(aq) + H2O(l) ↑____↓ d Na2O(s) + H2O(l) → 2 Na+(aq) + 2OH−(aq) ↑______↓

C 64 C 59 a Ba(OH)2 ∙ 8H2O(s) → Ba (aq) + 2 OH (aq) + 8 H2O(l) b Lees af in Binas tabel 45B: oplosbaarheid Ba(OH)2 ∙ 8H2O is 8,68 ∙ 101 g kg−1 water. c 1,00 kg water heeft een volume van 1,00 dm3. Tijdens het oplossen is het volume niet veranderd. De verzadigde oplossing heeft dus ook een volume van 1,00 dm3. Daarin is opgelost: 2,75 ∙ 10−1 mol Ba(OH)2 ∙ 8H2O (zie tabel 45). Molverhouding Ba(OH)2 ∙ 8H2O : OH− = 1 : 2 [OH−] = 2 × 2,75 ∙ 10−1 = 5,50 ∙ 10−1 mol L−1 pOH = −log 5,50 ∙ 10−1 = 0,301 pH + pOH = 14,00 pH = 14,000 − 0,301 = 13,699 2+

−

a Er is geen overdracht van H+, dus geen zuurbasereactie. b Deze reactie is een zuur-basereactie. De base O2− neemt H+-ionen op. c Deze reactie is een zuur-basereactie. De base NH3 neemt H+ op van het zuur HCl. d Deze reactie is een zuur-basereactie. De base OH− neemt H+ op van het zuur HS−. e Er is geen overdracht van H+, dus geen zuurbasereactie.

C 65 Kalk, CaCO3, bevat de base CO32−. Die reageert met de H+-ionen uit de zure grond. Daardoor wordt [H+] in de grond lager en de pH stijgt. CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)

A 66

8.7 Zuur-basereacties A 60 Tijdens een zuur-basereactie neemt een base één of meer H+-ionen op. Deze H+-ionen zijn afkomstig van een zuur of uit een zure oplossing.

22 Hoofdstuk 8


Een zuur-basereactie stel je op volgens vaste regels: – vertaal de namen van de reagerende stoffen/ oplossingen in formules; – zoek uit of er een zuur en een base in het reactiemengsel aanwezig zijn; – als dat zo is, stel dan de zuur-basereactie op; – zoek uit of er nog een neerslagreactie kan plaatsvinden en stel de reactie daarvan op.


06/05/14 1:06 PM

B 67 a – Eerst vertaal je de namen van de stoffen die je bij elkaar hebt gedaan in formules. zoutzuur: H+(aq) + Cl−(aq) natriumsulfietoplossing: 2 Na+(aq) + SO32−(aq) – Dan zoek je uit of er een zuur-basereactie plaatsvindt. Ja, de H+-ionen reageren met de base SO32−. – Vervolgens geef je de vergelijking van deze zuurbasereactie. SO32−(aq) + 2 H+(aq) → H2SO3(aq) → H2O(l) + SO2(g) – Ten slotte controleer je of er nog een neerslagreactie plaatsvindt. De oplossing bevat na de reactie alleen Na+ionen en Cl−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter g staat. Dat betekent dat deze twee ionen samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. Er vindt alleen een zuur-basereactie plaats. b – Eerst vertaal je de namen van de stoffen die je bij elkaar hebt gedaan in formules. natronloog: Na+(aq) + OH−(aq) verdund zwavelzuur: 2 H+(aq) + SO42−(aq) – Dan zoek je uit of er een zuur-basereactie plaatsvindt. Ja, de H+-ionen reageren met de base OH−. – Vervolgens geef je de vergelijking van deze zuurbasereactie. OH−(aq) + H+(aq) → H2O – Ten slotte controleer je of er nog een neerslagreactie plaatsvindt. De oplossing bevat na de reactie alleen Na+ionen en SO42−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter g staat. Dat betekent dat deze twee ionen samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. Er vindt alleen een zuur-basereactie plaats. c – Eerst vertaal je de namen van de stoffen die je bij elkaar hebt gedaan in formules. calciumoxide: CaO(s) azijnzuuroplossing: HAc(aq) – Dan zoek je uit of er een zuur-basereactie plaatsvindt. Ja, de HAc reageert met de base O2−. Die zit in CaO. – Vervolgens geef je de vergelijking van deze zuurbasereactie. CaO(s) + 2 HAc(aq) → Ca2+(aq) + H2O + 2 Ac−(aq)



– Ten slotte controleer je of er nog een neerslagreactie plaatsvindt. De oplossing bevat na de reactie alleen Ca2+ionen en Ac−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter g staat. Dat betekent dat deze twee ionen samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. Er vindt alleen een zuur-basereactie plaats. d – Eerst vertaal je de namen van de stoffen die je bij elkaar hebt gedaan in formules. koolstofdioxide-oplossing: H2CO3(aq) kaliloog: K+(aq) + OH−(aq) – Dan zoek je uit of er een zuur-basereactie plaatsvindt. Ja, H2CO3(aq) reageert met de base OH−. – Vervolgens geef je de vergelijking van deze zuurbasereactie. 2 OH−(s) + H2CO3(aq) → 2 H2O + CO32−(aq) – Ten slotte controleer je of er nog een neerslagreactie plaatsvindt. De oplossing bevat na de reactie alleen K+-ionen en CO32−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter g staat. Dat betekent dat deze twee ionen samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. Er vindt alleen een zuur-basereactie plaats. e – Eerst vertaal je de namen van de stoffen die je bij elkaar hebt gedaan in formules. salpeterzuuroplossing: H+(aq) + NO3−(aq) natriumwaterstofsulfide-oplossing: Na+(aq) + HS−(aq) – Dan zoek je uit of er een zuur-basereactie plaatsvindt. Ja, de H+-ionen reageren met de base HS−. – Vervolgens geef je de vergelijking van deze zuurbasereactie. HS−(s) + H+(aq) → H2S – Ten slotte controleer je of er nog een neerslagreactie plaatsvindt. De oplossing bevat na de reactie alleen Na+ionen en NO3−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter g staat. Dat betekent dat deze twee ionen samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. Er vindt alleen een zuur-basereactie plaats.

Zuren en basen 23

06/05/14 1:06 PM

B 68 a – natriumchloride-oplossing: Na+(aq) + Cl−(aq) – zoutzuur: H+(aq) + Cl− aq Er is geen base aanwezig die met de H+ kan reageren: geen zuur-basereactie. Er kan geen slecht oplosbaar zout ontstaan: geen neerslagreactie. b – kaliumhydroxide-oplossing: K+(aq) + OH−(aq) – salpterzuuroplossing: H+(aq) + NO3−(aq) De base OH− kan reageren met de H+. Zuurbasereactie: OH− + H+ → H2O Er kan geen slecht oplosbaar zout ontstaan: geen neerslagreactie. c – bariumcarbonaat: BaCO3 – verdund zwavelzuur: 2 H+(aq) + SO42−(aq) De base CO32− reageert met de H+-ionen. Zuur-basereactie: BaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ba2+(aq) + CO2(g) + H2O(l) Ba2+-ionen en SO42−-ionen kunnen niet naast elkaar in een oplossing voorkomen (Binas tabel 45). Neerslagreactie: Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s) De totale reactie wordt dan: BaCO3(s) + 2 H+(aq) + SO42−(aq) → H2O(l) + CO2(g) + BaSO4(s)

B 69 a Kalkwater is een oplossing van calciumhydroxide: Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) b – koolstofdioxideoplossing: H2O + CO2 of H2CO3(aq) – kalkwater: Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) H2CO3(aq) reageert met de base OH−. Zuur-basereactie: 2 OH−(s) + H2CO3(aq) → 2 H2O + CO32−(aq) De oplossing bevat na de reactie alleen Ca2+-ionen en CO32−-ionen. In Binas tabel 45 zie je dat bij deze combinatie de letter s staat. Dat betekent dat deze twee ionen niet samen in een oplossing kunnen zitten. Er zal dus een vaste stof ontstaan. Neerslageactie: Ca2+(aq) + CO32−(aq) → CaCO3(s) De totale reactie wordt dan: Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) + H2O(l) + CO2(g) (H2CO3(aq)) → CaCO3(s) + 2 H2O(l)

C 70 a Alleen de zwavelzuuroplossing is zuur. De natriumchlorideoplossing is neutraal en de twee andere oplossingen zijn basisch.

24 Hoofdstuk 8


Doop in elke oplossing een stukje rood lakmoespapier en een stukje blauw lakmoespapier. De oplossing waarin het blauwe lakmoes rood wordt en het rode lakmoes rood blijft, is de zwavelzuuroplossing. De oplossing waarin rood lakmoes rood blijft en blauw lakmoes blauw blijft, is de natriumchlorideoplossing. In beide andere oplossingen wordt rood lakmoes blauw en blijft blauw lakmoes blauw. Schenk vervolgens een beetje zwavelzuuroplossing bij de beide basische oplossingen. De oplossing waarin een gas ontstaat, is de natriumcarbonaatoplossing. De andere oplossing is de kaliumhydroxide-oplossing. b CO32−(aq) + 2 H+(aq) → H2O(l) + CO2(g) OH−(aq) + H+(aq) → H2O(l)

C 71 NaHCO3 lost op in water. De oplossing bevat de base HCO3−. Acetylsalicylzuur is een zwak zuur. De formule van de oplossing is HZ(aq). Er vindt een zuur-basereactie plaats: HCO3−(aq) + HZ(aq) → H2O(l) + CO2(g) + Z−(aq) Tijdens het oplossen van een tabletje asprobruis ontstaat het gas koolstofdioxide.

C 72 a pH = −log [H+] 4,50 = −log [H+] [H+] = 3,2 ∙ 10−5 mol L−1 b In 1,0 dm3 grond (met pH 4,50) zit 3,2 ∙ 10−5 mol H+. In 1,0 m3 grond (met pH 4,50) zit dus 3,2 ∙ 10−5 × 103 = 3,2 ∙ 10−2 mol H+. pH = −log [H+] 5,00 = −log [H+] [H+] = 1,0 ∙ 10−5 mol L−1 In 1,0 dm3 grond (met pH 5,00) zit 1,0 ∙ 10−5 mol H+. In 1,0 m3 grond (met pH 5,00) zit dus 1,0 ∙ 10−5 × 103 = 1,0 ∙ 10−2 mol H+. Er moet worden verwijderd: (3,2 ∙ 10−2) − (1,0 ∙ 10−2) = 2,2 ∙ 10−2 mol H+. c CO32−(aq) + 2H+(aq) → H2O(l) + CO2(g) Molverhouding CO32− : H+ = 1 : 2 Er is nodig: 1,1 ∙ 10−2 mol CO32−.


06/05/14 1:06 PM

d Molverhouding CaCO3 : CO32− = 1 : 1 Er is nodig 1,1 ∙ 10−2 mol CaCO3 = x g CaCO3. Molaire massa CaCO3 = 100,09 g mol−1 x=

100,09 × 1,1·10−2 = 1,1 g CaCO3 1,000

Per m3 grond moet 1,1 ∙ 10−3 kg CaCO3 worden gestrooid om de pH te verhogen van 4,50 tot 5,00.

C 75 a 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) b 1,0 L benzine heeft een massa van 0,72 kg (Binas tabel 11). Molaire massa C8H18 = = 114,2 g mol−1 Je hebt 1,0 L benzine = 0,72 ∙ 103 g benzine = x mol benzine. x=

A 73

Molverhouding C8H18 : CO2(g) = 2 : 16 (zie vraag a) = 6,30 : y

Een zuur-basetitratie is een analysemethode waarmee je de molariteit van een zure oplossing nauwkeurig kunt bepalen door er een basische oplossing met bekende molariteit aan toe te voegen, of omgekeerd.

y=

B 74 a Joop meet 10,0 mL kaliloog af met een pipet en doet er een druppel fenolftaleïen bij. De oplossing is roze. Dan voegt hij vanuit een buret in kleine hoeveelheden salpeterzuuroplossing toe tot de fenolftaleïenoplossing kleurloos wordt. Hij kijkt hoeveel salpeterzuuroplossing hij heeft toegevoegd. b – kaliloog: K+(aq) + OH−(aq) – salpeterzuuroplossing: H+(aq) + NO3−(aq) De H+-ionen reageren met de base OH−. Zuur-basereactie: OH−(aq) + H+(aq) → H2O(l) De oplossing bevat na de reactie alleen K+-ionen en NO3−-ionen. Er zal dus geen vaste stof ontstaan. c Als de kleur van fenolftaleïen verandert van roze naar kleurloos is dat punt bereikt. d In 1,0 L salpeterzuuroplossing zit 0,050 mol opgelost salpeterzuur. In 35,00 mL salpeterzuuroplossing zit x mol opgelost salpeterzuur. 0,050 × 35,00·10−3 = 1,75 ∙ 10−3 mol opgelost 1,00 salpeterzuur = 1,75 ∙ 10−3 mol H+ x=

c

d e f g



1,0 × 1,00·103 = 1,75 ∙ 10−3 kg CO2(l) 0,57·106

Om 1,00 kg lucht 1,0 K in temperatuur te verlagen moet je 1,75 ∙ 10−3 kg CO2(l) verdampen. h Molaire massa CO2 = 12,01 + 2 × 16,00 = 44,01 g mol−1 Je hebt 1,75 ∙ 10−3 kg = 1,75 g CO2(l) = p mol CO2. p=

1,00 × 1,75·10−3 = 7,00 ∙ 10−2 mol OH− 25,0·10−3

[OH−] = molariteit KOH = 7,00 ∙ 10−2 mol L−1

6,30 × 16 = 50,4 mol CO2(g) 2

1,0 mol CO2(g) = 24 L CO2(g) 50,4 mol CO2(g) = 50,4 × 24 = 1,2 ∙ 103 L CO2(g) Als je 1,0 L benzine volledig verbrandt, ontstaat 1,2 ∙ 103 L CO2(g). Men laat in een koelmachine de koelvloeistof verdampen. Daarvoor is warmte nodig. De warmte wordt onttrokken aan de te koelen ruimte die daardoor in temperatuur daalt. De afstand tussen de moleculen wordt dan zo klein dat het gas vloeibaar wordt. Vanderwaalsbindingen ontstaan. Zie figuur 8.1. Om 1,0 kg CO2(l) te verdampen heb je 0,57 ∙ 106 J nodig. Met 1,00 ∙ 103 J aan warmte (die onttrek je aan de lucht) kun je z kg CO2 verdampen. z=

Molverhouding H+ : OH− = 1 : 1 Er heeft dus 1,75 ∙ 10−3 mol OH− gereageerd. 1,75 ∙ 10−3 mol OH− zat in 25,0 mL kaliloog. In 1,0 L kaliloog zit y mol OH−. y=

1,000 × 0,72·103 = 6,30 mol C8H18 114,2

i

1,000 × 1,75 = 3,976 ∙ 10−2 mol CO2 44,01

1,0 mol CO2(g) = 24 L 3,976 ∙ 10−2 mol CO2(g) = 3,976 ∙ 10−2 × 24 = 0,95 L CO2(g) Om 1,00 kg lucht 1,0 K in temperatuur te verlagen heb je 0,95 L gasvormig CO2 nodig. Als je 1,0 L benzine volledig verbrandt, ontstaat 1,2 ∙ 103 L gasvormig CO2 (zie vraag b).

Zuren en basen 25

06/05/14 1:06 PM

Als q L benzine volledig verbrandt, ontstaat 0,95 L gasvormig CO2. q=

1,0 × 0,95 = 7,9 ∙ 10−4 L benzine 1,2·103

De hoeveelheid CO2 die nodig is om 1,00 kg lucht 1,0 K in temperatuur te verlagen wordt geleverd door volledige verbranding van 7,9 ∙ 10−4 L benzine. j Nee, want CO2 is hydrofoob omdat in de moleculen geen OH- of NH-groepen voorkomen. k CO2 is zwaarder dan lucht. Als er opeens CO2 zou vrijkomen, blijft dat laag hangen en de mensen kunnen dan geen zuurstof meer naar binnen krijgen. De bodem zou kunnen gaan verzakken waardoor de muren van de huizen kunnen scheuren. l CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3− m Een silicaation heeft lading 4−, daardoor kan het 4 H+ opnemen. n De molaire masssa van Mg2SiO4 = 140,71 g mol−1 Je hebt 1 ton olivijn = 1 ∙ 106 g olivijn = r mol olivijn. r=

1,000 × 1·106 = 7,1 ∙ 103 mol olivijn 140,71

Molverhouding olivijn: CO2 = 1 : 4 Voor 7,1 ∙ 103 mol olivijn heb je 4 × 7,1 ∙ 103 = 2,8 ∙ 104 mol CO2 nodig = s g CO2. Molaire massa CO2 = 44,01 g mol−1 s=

44,01 × 2,8·104 = 1,2 ∙ 106 g CO2 = 1,2 ton CO2 1,000

Met 1 ton olivijn kun je 1 ton CO2 binden. o De verdelingsgraad van gemalen olivijn is groter, dus het contactoppervlak met CO2 ook. De bindingsreactie verloopt sneller.

energie


activeringsenergie

CO2(g) opgenomen energie CO2(l)

8.8 Afsluiting 1 a H+ en Al3+ b Hoeveel mol H+ bevat 1,00 liter oplossing met pH 5,1? pH = −log[H+] 5,1 = −log[H+] [H+] = 8 ∙ 10−6 mol L−1 In 1,00 liter van de oplossing met pH 5,1 zit 8 ∙ 10−6 mol H+. c KAl(SO4)2 ∙ 12H2O(s) → K+(aq) + Al3+(aq) + 2 SO42−(aq) + 12 H2O(l) d Molecuulmassa aluin = 474,4 u Daarin zit 26,98 u Al. In 100 u aluin zit x u Al. x=

26,98 × 100,0 = 5,687 u Al 474,4

Het massapercentage Al in aluin = 5,687%. e Een juist antwoord kan als volgt zijn geformuleerd: Kalk bevat carbonaationen. Carbonaationen reageren als base / maken de grond minder zuur / maken de grond basisch. In basische grond wordt aluminium niet opgenomen (en dit is juist nodig voor blauwkleuring). Of: Kalk reageert als base en maakt de grond minder zuur / meer basisch. In basische grond wordt aluminium niet opgenomen (en dit is juist nodig voor blauwkleuring).

2 a Extractie / extraheren en filtratie / filtreren b [H+] = 2 ∙ 10−1 mol L−1 pH = −log[H+] = −log 2 ∙ 10−1 = 0,7 c Een voorbeeld van een juist antwoord is: Bij proef B gebruikt Tim azijnzuur en bij proef A zoutzuur. Azijnzuur is een zwak zuur (en zoutzuur een oplossing van een sterk zuur). Daardoor zal (bij gelijke molariteit de [H+] in de azijnzuuroplossing lager zijn dan in het zoutzuur en) de azijnzuuroplossing een hogere pH hebben dan het zoutzuur. (Hierdoor krijgt de azijnzuuroplossing een andere / paarsrode / paarse kleur.) d Ba(OH)2(s) → Ba2+(aq) + 2 OH−(aq)

8.1

26 Hoofdstuk 8



06/05/14 1:07 PM

e Een voorbeeld van een juist antwoord is: De kleur verandert van geel naar groen / van groen naar blauw / van geel naar blauw, omdat door verdunning van de oplossing de pH daalt / de oplossing minder basisch wordt.

3 a (C6H10O5)n + 6n O2 → 6n CO2 + 5n H2O b Een juiste afleiding leidt tot het antwoord 15,0 ± 1,0 (mg). c Een juiste berekening leidt tot een uitkomst die, afhankelijk van het antwoord op de vorige vraag, ligt tussen 65,6 en 76,6 (massaprocent). In vraag b heb je gevonden dat er 15,0 mg CO2 is ontsnapt = x mmol CO2. (Het is hier handig om te werken met mg en mmol.) De molaire massa CO2 = 44,01 g mol−1. x=

15,0 × 1,00 = 0,3408 mmol CO2 44,01

Je berekent nu hoeveel mg CaCO3 er dan is ontleed. De molverhouding CaCO3 : CO2 = 1 : 1. Er is dus 0,3408 mmol CaCO3 ontleed = y mg CaCO3. y=

b Een juist antwoord kan als zijn weergegeven zoals in figuur 8.2: – bijvoorbeeld een erlenmeyer met water, een bruistablet en een doorboorde stop; – gasinvoer aan de juiste kant van de wasfles; – vermelding dat de wasfles kalkwater / een oplossing van calciumhydroxide bevat. c Hoeveel mol H+ bevat 1,00 liter oplossing met pH 3,90? pH = −log[H+] 3,90 = −log[H+] [H+] = 1,3 ∙ 10−4 mol L−1 In 1,00 liter van de oplossing met pH 3,90 zit 1,3 ∙ 10−4 mol H+. d Een juiste berekening leidt afhankelijk van de gevolgde berekeningswijze tot de uitkomst 1,0 of 1,1 g. Voor het aflezen van de hoeveelheid ontstane CO2 gebruik je alleen lijn II: alle gevormde CO2 ontsnapt (de oplossing is immers al verzadigd). Er is 3,95 − 3,40 = 0,55 gram CO2 ontstaan = x mol CO2. De molaire massa van CO2 is 44,01 g mol−1. x=

0,3408 × 100,1 = 34,11 mg CaCO3 1,00

De molverhouding CO2 : NaHCO3 = 1 : 1. Er zit 1,250 ∙ 10−2 mol NaHCO3 in een bruistablet = y g NaHCO3. De molaire massa van NaHCO3 is 84,01 g mol−1.

Ten slotte moet je nog uitrekenen hoeveel massaprocent van de as bestaat uit CaCO3. In 48,0 mg as zit 34,11 mg CaCO3. In 100 mg as zit z mg CaCO3. z=

0,55 × 1,00 = 1,250 ∙ 10−2 mol CO2 44,01

y=

84,01 × 1,250·10−2 = 1,1 g NaHCO3 1,00

34,11 × 100 = 71,1 g CaCO3 48,0

Het massapercentage CaCO3 in as = 71,1%. d Kaliumoxide ontleedt bij een temperatuur van 623 K (= 350 °C); kalium (dat bij de ontleding zal ontstaan) heeft een kookpunt van 1032 K (en is dus verdampt bij 1200 °C / 1473 K). e CaO + 2 H+ → Ca2+ + H2O

4 a Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: – Een molecuul vitamine C heeft een aantal OHgroepen. Deze kunnen waterstofbruggen vormen met watermoleculen (waardoor het oplost). – Een molecuul vitamine C heeft een aantal OH-groepen. Dus vitamine C is een polaire / hydrofiele stof.



kalkwater

8.2

Zuren en basen 27

06/05/14 1:07 PM

9 Energieproductie 9.1 Energie

i j

B 1 a Bij een exotherme reactie raken de beginstoffen energie kwijt aan de omgeving, dus de hoeveelheid chemische energie neemt af. b De toegevoerde elektrische energie wordt omgezet in chemische energie. Dit is een endotherm proces. c Zie figuur 9.1. d In de formule van een element staat maar één symbool. e In de formule van een verbinding staan twee of meer symbolen. f De formules 1, 3 en 6 zijn formules van elementen. In de formules 2 en 5 staat wel één symbool, maar dat zijn formules van ionen. Er staat een lading bij. g 2 K + Br2 → 2 K+Br − ↓ 2 e− ↑ h CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) geactiveerde toestand

Zie de onderstaande tabel. Nee, een deel van de warmte zal verloren gaan doordat het aan de omgeving wordt afgestaan. Er ontstaat dus minder J aan elektrische energie.

9.2 Reacties met elektronenoverdracht A 2 a Een halfreactie is de verandering van één van de beginstoffen. In een halfreactie staan altijd elektronen. b Een totaalreactie is de optelsom van twee halfreacties. In een totaalreactie staan nooit elektronen.

A 3

energie

De elektronen verhuizen alleen maar: er komen geen elektronen bij en er gaan geen elektronen weg.

B 4 a 1 2 3 4 b 1 2 3 4

activeringsenergie

zilver en chloor opgenomen energie zilverchloride

Cu2+ neemt elektronen op. Cl− staat elektronen af. Pb2+ staat elektronen af. S neemt elektronen op. Cu2+ + 2 e− → Cu 2 Cl− → Cl2 + 2 e− Pb2+ → Pb4+ + 2 e− S + 2 e− → S2−

9.1

stof

vormingswarmte (J per mol)

CH4(g)

−0,75 ∙ 105

O2(g)

0

CO2(g)

−3,935 ∙ 10

H2O(l)

−2,86 ∙ 105

5

warmte per aantal mol in reactievergelijking (J)

aangepaste warmte per aantal mol in reactievergelijking (J) (plus- of minteken bij beginstoffen omdraaien)

1

−0,75 ∙ 105

+0,75 ∙ 105

2

0

1

−3,935 ∙ 10

2

2 × −2,86 ∙ 105 = −5,72 ∙ 105

aantal mol in vergelijking

0 −3,935 ∙ 105

5

−5,72 ∙ 105

Reactiewarmte −8,91 ∙ 10 J 5

28 Hoofdstuk 9



06/05/14 1:07 PM

A 5 a Een reductor is een deeltje dat elektronen afstaat. b Een oxidator is een deeltje dat elektronen opneemt. c Elke reactie waarbij ladingen veranderen en/of elementen betrokken zijn is een redoxreactie.

A 6 Er is sprake van een redoxredactie als in de reactievergelijking formules van elementen staan en/of ladingen veranderen.

B 7 De reacties 1, 2, 4 en 5 zijn redoxreacties. In de vergelijkingen staan formules van elementen. In de vergelijkingen 4 en 5 kun je ook nog duidelijk zien dat er ladingen zijn veranderd. In reactie 4 is ongeladen Mg veranderd in Mg2+ en ongeladen Br2 is veranderd in Br−. In reactie 5 is Ag+ veranderd in ongeladen Ag en O2− in ongeladen O2. Reactie 3 is geen redoxreactie. Zowel vóór als na de reactie zijn dezelfde deeltjes aanwezig: Pb2+ en SO42−.

A 8 a Boven in tabel 48 van Binas staat de sterkste OX. b Onder in tabel 48 van Binas staat de sterkste RED. c Een oxidator en de bijbehorende reductor heten een redoxkoppel. d Een redoxreactie kan alleen verlopen als de OX hoger in tabel 48 staat dan de RED.

A 9 a Goud is een edel metaal, koper is half edel en ijzer is onedel. b Goud is een zwakke RED, koper is wat sterker en ijzer is de sterkste RED. Dus: hoe edeler een metaal, des te zwakkere RED is het.

B 10 a Sn is een metaalatoom. Een metaalatoom kan veranderen in een positief ion. Daarvoor moet het elektronen afstaan. Een metaal is dus een RED. In Binas tabel 48 vind je de metalen in de kolom van de reductoren. b Waterstofperoxide, H2O2, staat in Binas tabel 48 zowel in de kolom van de OX als in de kolom van de RED. In combinatie met H+-ionen is H2O2 een heel sterke OX.



c Zuurstof, O2, kan veranderen in O2−. Daarvoor moet het e− opnemen. Het is dus een OX. In Binas tabel 48 komt zuurstof drie keer voor als OX: in combinatie met H+ en in combinatie met H2O. d Koolstofmono-oxide, CO, is een RED. De stof kan namelijk reageren met de OX O2. Hierbij ontstaat CO2. e Chloor, Cl2, kan veranderen in Cl−-ionen. Daarvoor moet het e− opnemen. Chloor is dus een OX. f Koolstof, C, is een RED. Het kan namelijk reageren met de OX O2. Daarbij ontstaat CO2. g Fe2+, staat in Binas tabel 48 zowel in de kolom van de OX als in de kolom van de RED.

B 11 a OX Cl2 + 2 e− → 2 Cl− RED Fe2+ → Fe3+ + 1 e−

(×2)

2 Fe2+ + Cl2 → 2 Cl− + 2 Fe3+ ↓ 2 e− ↑ b OX 2 H+ + 2 e− → H2 RED Cr → Cr3+ + 3 e−

(×3) (×2)

2 Cr + 6 H+ → 3 H2 + 2 Cr3+ ↓ 6 e− ↑ c OX Ag+ + 1 e− → Ag RED Co → Co2+ + 2 e− Co + 2 Ag+ → 2 Ag + Co2+ ↓ 2 e− ↑

+

+

(×2) +

B 12 a Co2+ verandert in Co. Daarvoor neemt het e− op. Co2+ is dus de OX. Pb verandert in Pb2+. Daarvoor staat het e− af. Pb is dus de RED. In Binas tabel 48 staat de OX Co2+ lager dan de RED Pb. De reactie zal niet verlopen. b Ag+ verandert in Ag. Daarvoor neemt het e− op. Ag+ is dus de OX. Co verandert in Co2+. Daarvoor staat het e− af. Co is dus de RED. In Binas tabel 48 staat de OX Ag+ hoger dan de RED Co. De reactie zal verlopen. c Pb2+ verandert in Pb. Daarvoor neemt het e− op. Pb2+ is dus de OX. Ag verandert in Ag+. Daarvoor staat het e− af. Ag is dus de RED. In Binas tabel 48 staat de OX Pb2+ lager dan de RED Ag. De reactie zal niet verlopen.

Energieproductie 29

06/05/14 1:07 PM

C 13 Redoxreactie 1 a Pb = RED en Cl2 = OX b Pb → Pb2+ + 2 e− Cl2 + 2 e− → 2 Cl− c,d Pb(s) + Cl2(g) → Pb2+Cl−2(s) ↓ 2 e− ↑

e 100 mL = 100 ∙ 10−3 L In 100 ∙ 10−3 L 0,010 molair koper(II)chlorideoplossing bevindt zich x mol Cu2+. x=

Dit wordt tijdens de reactie volledig omgezet in Cu in de molverhouding 1 : 1. Er ontstaat dus 1,0 ∙ 10−3 mol Cu = y g Cu. De molaire massa Cu = 63,55 g mol−1.

Redoxreactie 2 a K = RED en I2 = OX b K → K + + e− I2 + 2 e− → 2 I− c,d 2 K(s) + I2(s) → 2 K+I−(s) ↓ 2 e− ↑

y=

Redoxreactie 4 a Ag = RED en S = OX b Ag → Ag+ + e− S + 2 e− → S2− c,d 2 Ag(s) + S(s) → Ag+2S2−(s) ↓ 2 e− ↑

C 14 a Lood is een RED en zuurstof is een OX. b H+ maakt een oplossing zuur, dus ook regen. c In tabel 48 staat O2 drie keer als OX. Twee keer in combinatie met H+, één keer in combinatie met H2O. In combinatie met H+ is O2 een sterkere OX dan in combinatie met H2O. Zure regen bevat H+. Daardoor verloopt de reactie tussen lood en zuurstof sneller in gebieden waar zure regen valt.

C 15 a Zn = RED en Cu2+ = OX b In tabel 48 in Binas staat Cu2+ hoger dan Zn, dus OX staat hoger dan RED. c Zn → Zn2+ + 2 e− Cu2+ + 2 e− → Cu d Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

30 Hoofdstuk 9


1,0·10−3 × 63,55 = 6,4 ∙ 10−2 g Cu 1,000

= 6,4 ∙ 10−2 × 103 = 64 mg Cu f

Redoxreactie 3 a Ni = RED en Br2 = OX b Ni → Ni2+ + 2 e− Br2 + 2 e− → 2 Br − c,d Ni(s) + Br2(l) → Ni2+I−2(s) ↓ 2 e− ↑

0,010 × 100·10−3 = 1,0 ∙ 10−3 mol Cu2+ 1,0

Per mol Zn worden 2 mol elektronen afgestaan en per mol Cu2+ worden 2 mol elektronen opgenomen. Molverhouding Cu2+ : e− = 1: 2 = 1,0 ∙ 10−3: z z = 2,0 ∙ 10−3 mol e−

A 16 De regels zijn: − inventariseer alle deeltjes in het reactievat; − zoek voor elk deeltje of combinatie van deeltjes uit of het een OX en/of een RED is; − tel de halfvergelijkingen van de sterkste OX en RED op.

B 17 Reactie 1 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. aluminium: Al(s) chloor: Cl2(g) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Al, Cl2 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

Cl2

Al

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Cl2 is de sterkste OX en Al is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen Cl2 en Al kan verlopen. Cl2 staat boven Al. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen.


06/05/14 1:07 PM

6 Schrijf de halfvergelijkingen van Cl2 en Al op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: Cl2 + 2 e− → 2 Cl− (×3) (×2) RED: Al → Al3+ + 3 e− + Totaal: 3 Cl2(g) + 2 Al(s) → 2 Al3+Cl−3(s)

2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Fe, H+, Cl−, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten.

Reactie 2 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. chloor: Cl2(g) natriumbromide-oplossing: Na+(aq) + Br −(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Cl2, Na+, Br −, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten.

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. H+ is de sterkste OX en Fe is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen H+ en Fe kan verlopen. H+ staat boven Fe. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van H+ en Fe op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: 2 H+ + 2 e− → H2 RED: Fe → Fe2+ + 2 e− + Totaal: 2 H+(aq) + Fe(s) → H2(g) + Fe2+(aq)

OX

RED

Cl2

Br−

+

Na

H2O

H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Cl2 is de sterkste OX en Br− is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen Cl2 en Br− kan verlopen. Cl2 staat boven Br−. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van Cl2 en Br− op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: Cl2 + 2 e− → 2 Cl− RED: 2 Br − → Br2 + 2 e− + Totaal: Cl2(g) + 2 Br −(aq) → 2 Cl−(aq) + Br2(l) Reactie 3 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. ijzer: Fe(s) zoutzuur: H+(aq) + Cl−(aq)



OX

RED

H+

Cl−

H2O

Fe H2O

Reactie 4 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. nikkel: Ni(s) kobaltchloride-oplossing: Co2+(aq) + 2 Cl−(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Ni, Co2+, Cl−, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX Co

2+

H2O

RED Cl− Ni H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Co2+ is de sterkste OX en Ni is de sterkste RED.

Energieproductie 31

06/05/14 1:07 PM

5 Kijk of de reactie tussen Co2+ en Ni kan verlopen. Co2+ staat onder Ni. De reactie zal dus niet verlopen. Dan hoef je ook geen reactievergelijking op te stellen. Reactie 5 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. ijzer(III)chloride-oplossing: Fe3+(aq) + 3 Cl−(aq) kaliumjodide-oplossing: K+(aq) + I−(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Fe3+, K+, Cl−, I− H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX +

RED Cl−

K

H2O 3+

Fe

I− H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Fe3+ is de sterkste OX en I− is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen Fe3+ en I− kan verlopen. Fe3+ staat boven I−. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van Fe3+ en I− op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: Fe3+ + e− → Fe2+ (×2) RED: 2 I− → I2 + 2 e− + Totaal: 2 Fe3+(aq) + 2 I−(aq) → 2 Fe2+(aq) + I2(s) Reactie 6 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. calcium: Ca(s) water: H2O(l) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Ca, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten.

32 Hoofdstuk 9


OX

RED

H2O

Ca H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. H2O is de sterkste OX en Ca is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen H2O en Ca kan verlopen. H2O staat boven Ca. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van H2O en Ca op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: 2 H2O + 2 e− → H2 + 2 OH− RED: Ca → Ca2+ + 2 e− + Totaal: 2 H2O(l) + Ca(s) → H2(g) + Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) Reactie 7 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. aluminium: Al(s) chroom(III)nitraatoplossing: Cr3+(aq) + 3 NO3−(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Al, Cr3+, NO3−, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

H2O

Al

Cr3+

H2O

Een tip: NO3− is alleen in combinatie met H+ een OX. 4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Cr3+ is de sterkste OX en Al is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen Cr3+ en Al kan verlopen. Cr3+ staat boven Al. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van Cr3+ en Al op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes.


06/05/14 1:07 PM

OX: Cr3+ + 3 e− → Cr RED: Al → Al3+ + 3 e− + Totaal: Cr3+(aq) + Al(s) → Cr(s) + Al3+(aq) Reactie 8 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. waterstofperoxide-oplossing: H2O2(aq) natriumjodide-oplossing (aangezuurd): Na+(aq) + I−(aq) (+ H+(aq)) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. H2O2, Na+, I−, H+, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

H2O2

I−

Na+

H2O2

H+

H2O

H2O2 + H

+

H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. H2O2 + H+ is de sterkste OX en I− is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen H2O2 + H+ en I− kan verlopen. H2O2 + H+ staat boven I−. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van H2O2 + H+ en I− op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: H2O2 + 2 H+ + 2 e− → 2 H2O RED: 2 I− → I2 + 2 e− + Totaal: H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 I−(aq) → 2 H2O(l) + I2(s)



Reactie 9 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. kaliumdichromaatoplossing (aangezuurd): 2 K+(aq) + Cr2O72−(aq) (+ H+(aq)) oxaalzuuroplossing: H2C2O4(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. K+, Cr2O72−, H2C2O4, H+, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

Cr2O72− + H+

H2C2O4

+

K

H2O

+

H

H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Cr2O72− + H+ is de sterkste OX en H2C2O4 is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen Cr2O72− + H+ en H2C2O4 kan verlopen. Cr2O72− + H+ staat boven H2C2O4. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van Cr2O72− + H+ en H2C2O4 op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: Cr2O72− + 14 H+ + 6 e− → 2 Cr3+ + 7 H2O RED: H2C2O4 → 2 CO2 + 2 H+ + 2 e− (×3) + Totaal: Cr2O72−(aq) + 14 H+(aq) + 3 H2C2O4(aq) → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) + 6 CO2(g) + 6 H+(aq) Voor en achter de pijl vallen nog 6 H+ tegen elkaar weg. Cr2O72−(aq) + 8 H+(aq) + 3 H2C2O4(aq) → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) + 6 CO2(g) Reactie 10 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. koper: Cu(s) geconcentreerd salpeterzuur: H+(aq) + NO3−(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Cu, NO3−, H+, H2O

Energieproductie 33

06/05/14 1:07 PM

3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

NO3 + H

Cu

H+

H2O

+

−

H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. NO3− + H+ is de sterkste OX en Cu is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen NO3− + H+ en Cu kan verlopen. NO3− + H+ staat boven Cu. De reactie zal dus verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van NO3− + H+ en Cu op. Een tip: je hebt geconcentreerd salpeterzuur. Kies dus de halfvergelijking waarbij NO2 ontstaat. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: NO3− + 2 H+ + e− → NO2 + H2O (×2) RED: Cu → Cu2+ + 2 e− + Totaal: 2 NO3−(aq) + 4 H+(aq) + Cu(s) → 2 NO2(g) + 2 H2O(l) + Cu2+(aq)

C 18

5 Kijk of de reactie tussen Cl2 en Ag kan verlopen. Cl2 staat boven Ag. De reactie zal verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van Cl2 en Ag op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt. Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: Cl2 + 2 e− → 2 Cl− RED: Ag → Ag+ + e− (×2) + Totaal: Cl2(aq) + 2 Ag(s) → 2 Cl−(aq) + 2 Ag+(aq) De Ag+-ionen en de Cl−-ionen vormen een neerslag van AgCl(s). De zilvervlekken zijn wel van je handen verdwenen, maar er zijn vlekken van zilverchloride voor in de plaats gekomen! Het heeft dus niet zoveel zin.

C 19 1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. ozon: O3(g) kaliumjodide-oplossing (aangezuurd): K+(aq) + I−(aq) (+ H+(aq)) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. O3, K+, I−, H+, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

1 Schrijf de formules van de beginstoffen op. zilver: Ag(s) chloorwater: Cl2(aq) 2 Som alle deeltjes op die je bij elkaar in één vat doet. Ag, Cl2, H2O 3 Ga aan de hand van Binas tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes die in het vat zitten. OX

RED

H2O

Ag

Cl2

H2O

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. Cl2 is de sterkste OX en Ag is de sterkste RED. 34 Hoofdstuk 9


RED I−

H2O O3 + H

+

H2O

O3 + H2O K+ H+

4 Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de sterkste RED. O3 + H+ is de sterkste OX en I− is de sterkste RED. 5 Kijk of de reactie tussen O3 + H+ en I− kan verlopen. O3 + H+ staat boven I−. De reactie zal verlopen. Nu kun je de reactievergelijking opstellen. 6 Schrijf de halfvergelijkingen van O3 + H+ en I− op. Maak, indien nodig, het aantal elektronen aan elkaar gelijk. Tel de beide halfvergelijkingen op zodat je de vergelijking van de totaalreactie krijgt.


06/05/14 1:07 PM

Je vermeldt hierin de toestandsaanduidingen achter de deeltjes. OX: O3 + 2 H+ + 2 e− → H2O + O2 RED: 2 I− → I2 + 2 e−

d Op 20% van de verbrandingswarmte rijdt de auto 25 km. Op 100% zou de auto x km kunnen rijden.

+ Totaal: O3(g) + 2 H+(aq) + 2 I−(aq) → H2O(l) + O2(g) + I2(s)

km

25

x

%

20

100

x=

25 × 100 = 125 km 20

A 23

9.3 Energie uit batterijen A 20 a Energiebronnen zijn de zon, de aarde, water en wind. b Energiedragers zijn brandstoffen, biomassa en stoffen die met elkaar kunnen reageren waarbij chemische energie wordt omgezet in een andere vorm van energie. c Energievormen zijn zonne-energie, windenergie, thermische energie (warmte), wrijvingsenergie, licht, bewegingsenergie en elektrische energie.

a Elektrische stroom bestaat uit bewegende elektronen. b Tijdens een redoxreactie worden elektronen overgedragen van de RED naar de OX. Als je deze elektronenstroom opvangt, heb je de beschikking over elektrische stroom, dus over elektrische energie.

B 24 a,b Zie figuur 9.2. e– e–

A

Zn-staaf

A 21 a Chemische energie in benzine kan worden omgezet in bewegingsenergie en/of warmte. b Naast de gewenste energie ontstaat ook een andere vorm van energie. Bij een benzinemotor is het rendement van het omzetten van de chemische energie uit de benzine in bewegingsenergie ongeveer 20%. c Vaak wordt deze energie omgezet in warmte (en wrijvingsenergie).

Zn2+

Zn2+

Cu-staaf

Cu

Zn2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Zn2+ 2+

Cu Zn2+

Zn2+

Cu2+

Zn2+

Zn2+

Cu2+

Cu2+

poreuze wand

9.2

B 22 a 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) b 3 L

1,0 ∙ 10

1,0

J

33 ∙ 109

x

x=

33·109 × 1,0 = 3,3 ∙ 107 J 1,0·103

c In de tekst staat dat 20% van de geleverde energie wordt omgezet in bewegingsenergie. Dat is dan 20 × 3,3·107 = 6,6 ∙ 106 J. 100



A 25 − Twee halfcellen. In elke halfcel zit een OX en een RED. − Een metaaldraad die de halfcellen met elkaar verbindt. − Een elektrolytoplossing of een poreuze wand tussen beide halfcellen. Hierdoor wordt de stroomkring gesloten.

A 26 a De elektronen stromen van de sterkste RED naar de sterkste OX. b In de halfcel met de sterkste RED zit de negatieve elektrode.

Energieproductie 35

06/05/14 1:07 PM

A 29

B 27 a Drie reductoren: Ni, Ag en H2O Drie oxidatoren: Ni2+, Ag+ en H2O (NO3− is alleen OX in combinatie met H+.) b Ni is de sterkste RED. Die bevindt zich dus in de rechter halfcel. Ag+ is de sterkste OX. Die bevindt zich dus in de linker halfcel. c Ni → Ni2+ + 2 e− Ag+ + e− → Ag (×2) d Ni(s) + 2 Ag+(aq) → Ni2+(aq) + 2 Ag(s) e De nikkelstaaf levert de elektronen. Via de draad en de zilverstaaf stromen ze naar de zilvernitraatoplossing. Dus van de sterkste RED naar de sterkste OX. f Elektronen stromen van − naar +. De nikkelstaaf is dus de negatieve elektrode.

C 28 a Zie figuur 9.3. b De elektrolytoplossing vormt de verbinding tussen de twee halfcellen en zo ontstaat een gesloten stroomkring. c In de elektrochemische cel bevinden zich de volgende oxidatoren en reductoren: OX: Zn2+, Ni2+ en H2O RED: Zn, Ni en H2O De sterkste OX is Ni2+, de sterkste RED is Zn. De sterkste OX en RED reageren als de cel stroom levert. OX: Ni2+ + 2 e− → Ni RED: Zn → Zn2+ + 2 e− d Ni2+(aq) + Zn(s) → Ni(s) + Zn2+(aq) e Elektronen stromen van de sterkste RED naar de sterkste OX. Dus van Zn naar Ni2+. De zinkstaaf is dus de negatieve elektrode. De nikkelstaaf is dan positief.

A e–

e–

–

elektrolytoplossing

Ni +

oplossing van Ni(NO3)2

oplossing van Zn(NO3)2

Zn

a Een batterij is oplaadbaar als de chemische reactie die in de batterij plaatsvindt omkeerbaar is. Een batterij is niet oplaadbaar als de chemische reactie die in de batterij plaatsvindt niet omkeerbaar is. b De verhouding geleverde energie: massa batterij heet de energiedichtheid van een batterij.

A 30 a Alkaline-mangaanoxidebatterijen en lithiummangaanoxidebatterijen zijn niet oplaadbaar. b Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: – nikkel-cadmiumbatterijen – nikkel-metaalhydridebatterijen – lithium-ionbatterijen – loodaccu’s c Voorbeeld van een juist antwoord: De gebruikte metalen worden teruggewonnen, dit is gunstig omdat: – het grondstoffen spaart; – het onkosten spaart; – het milieu wordt ontzien.

B 31 geleverde energie = energiedichtheid massa 0,18 kWh kg−1 = 0,18 × 3,6 ∙ 106 = 6,48 ∙ 105 J kg−1 J

6,48 ∙ 105

x

massa (g)

1000

50

Deze batterij kan x =

6,48·105 × 50 = 3,2 ∙ 103 J leveren. 1000

B 32 a De halfvergelijking van Zn hoort bij de RED: Zn staat elektronen af. De halfvergelijking met MnO2 hoort bij de OX: MnO2 neemt elektronen op. b De elektronen zullen van Zn naar MnO2 gaan. Elektronen gaan altijd van − naar +, dus Zn is de negatieve elektrode. c MnO2: de lading van O is 2 × 2− = 4 −. MnO2 is ongeladen, dus de lading van Mn = 4+. MnO(OH): de lading van O = 2 × 2− = 4 −; de lading van H = 1+. Dit is bij elkaar 3−. MnO(OH) is ongeladen, dus de lading van Mn = 3+. d Zn(s) + 2 MnO2(s) + H2O(l) → ZnO(s) + 2 MnO(OH)(s)

9.3

36 Hoofdstuk 9



06/05/14 1:07 PM

e Een alkaline-mangaanoxidebatterij is niet oplaadbaar, dus de reactie is niet omkeerbaar. Dat komt doordat de oxidator ZnO en de reductor MnO(OH) niet sterk genoeg zijn om met elkaar te reageren.

B 33 a In het periodiek systeem staat lithium op plaats 3. Het is het eerste metaal dat je tegenkomt (H en He zijn geen metalen), dus het lichtste. b Li is de sterkste RED omdat het als onderste in tabel 48 staat. c Li is een zeer onedel metaal, omdat het een hele sterke reductor is, dus erg reactief. d Li is een zo sterke reductor dat het heftig zal reageren met water als oxidator. e Li → Li+ + e− f MnO2: de lading van O = 2 × 2− = 4 −; MnO2 is neutraal, dus de lading van Mn is 4+. LiMnO2: de lading van O = 2 × 2− = 4 −; de lading van Li = 1+; dat is bij elkaar 3−. LiMnO2 is neutraal, dus de lading van Mn = 3+. g MnO2(s) + Li(s) → LiMnO2(s)

b Bij een brandstofcel worden voortdurend beginstoffen aangevoerd en reactieproducten afgevoerd. c De OX is O2 en de RED is een brandstof, bijvoorbeeld H2. d In een ‘brandstof’cel wordt een brandstof, bijvoorbeeld waterstof of glucose,‘verbrand’.

B 37 a Het verbrandingsproduct is water, dus dat wordt uitgescheiden, net als de ‘rest van de lucht’. (Zuurstof wordt aangevoerd in lucht, dus het kan nog wel zijn dat stikstof uit de lucht en zuurstof bij de hoge temperatuur in de uitlaat stikstofoxiden geven.) b 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) c Als de waterstof wordt gewonnen door elektrolyse met stroom die is opgewekt met fossiele brandstoffen is deze manier van rijden niet zo milieuvriendelijk meer.

B 38 a CH4(g) + 2 H2O(l) → CO2(g) + 4 H2(g) b Nee, want aardgas is een fossiele brandstof.

C 34 a – Cadmium is erg giftig, dus kun je batterijen met cadmium beter vermijden. – De energiedichtheid van nikkelmetaalhydride batterijen is groter. b 2 Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s) → 2 NiO(OH)(s) + 2 H2O(l) + Cd(s) c MH + OH− → M + H2O + e−

C 39 a O2(g) + 4 H+ + 4 e− → 2 H2O(l) b C6H12O6(aq) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) c Zie figuur 9.17 in het leerboek. In plaats van waterstof komt C6H12O6. De reactieproducten zijn 6 CO2(g) + 6 H2O(l) in plaats van alleen water.

C 35 a PbO2(s) + Pb(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42−(aq) → 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l) b Bij de reactie die optreedt tijdens de stroomlevering wordt zwavelzuur verbruikt zodat de hoeveelheid zwavelzuur in de oplossing minder wordt naarmate de accu leger is. c Door de accu aan een lader te leggen kun je de chemische reacties in omgekeerde volgorde laten lopen, dus: 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l) → PbO2(s) + Pb(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42−(aq) Tijdens het opladen wordt de hoeveelheid zwavelzuur in de oplossing weer groter.

A 36 a Een brandstofcel raakt niet uitgeput, een ‘gewone’ batterij’ raakt ‘leeg’.



9.4 Energie uit brandstoffen A 40 a Steenkool, aardolie, aardgas b Aardoliefracties worden opgevangen bij de destillatie van aardolie. Het zijn mengsels van vloeistoffen waarvan de kookpunten dicht bij elkaar liggen. c Omdat een aardoliefractie een mengsel is, heeft het een kooktraject. Alleen zuivere stoffen koken bij een constante temperatuur. Die hebben een kookpunt. d Gas (lpg): autobrandstof, verwarming Nafta: grondstof voor plastics, grondstof voor autobenzine

Energieproductie 37

06/05/14 1:07 PM

Kerosine: brandstof voor vliegtuigen, verwarming, verlichting Lichte gasolie: brandstof voor dieselmotoren, grondstof voor benzine, verlichting Zware gasolie: brandstof voor elektrische centrales, smeermiddelen, grondstof voor benzine (Residu: teerproducten, asfalt)

B 41 a Tijdens het condenseren komt weer warmte vrij. b Je kunt de vrijgekomen warmte gebruiken om het te destilleren mengsel voor te verwarmen. c Nee, er zal altijd warmte worden afgestaan aan de omgeving: die gaat verloren voor het proces.

B 42 a CnH2n+2 b H3C CH CH CH 2 2 2

CH2 CH2 CH2 CH3

CH3

c H3C

C

CH

CH

CH3

CH3 CH3 d isomerie

B 43 a 3 C(s) + 2 Fe2O3(s) → 4 Fe(s) + 3 CO2(g) b In de reactievergelijking staan vóór en achter de pijl elementen. c Fe3+ wordt Fe en neemt dus elektronen op. Dat is de OX. C is dus de RED.

c Productie van eerste generatie biobrandstoffen neemt landbouwgrond in beslag en kan daardoor ten koste gaan van voedselproductie.

A 46 – Vergisting van suikers en plantaardig materiaal met behulp van micro-organismen. De zo gevormde ethanol wordt gemengd met benzine. – Pyrolyse van biomassa: verhitten in afwezigheid van zuurstof. – Omestering van plantaardige oliën, bijvoorbeeld koolzaadolie, of dierlijke vetten zoals oud frituurvet met behulp van methanol levert biodiesel op. – HTU-proces biomassa wordt vermengd met water en verhit tot ongeveer 350 °C bij een druk van ongeveer 160 bar en gedurende circa 15 minuten.

B 47 a C6H12O6 → 2 C2H5OH + CO2 b Ethanol geproduceerd uit glucose uit suikerriet is een eerste generatie brandstof omdat suikerriet een belangrijk voedingsmiddel is. Methaan geproduceerd uit mest is een tweede generatie brandstof omdat mest een afvalstof is.

C 48 a

O H2C O

C

C 7H35

O HC

O

C

C 7H35

O

B 44 a De alkanen (methaan, ethaan, propaan, butaan, pentaan en hexaan). b Het Canadese gas zal bij verbranding per dm3 de meeste energie leveren, omdat er veel minder stikstof in voorkomt en veel meer methaan.

H2C

O

38 Hoofdstuk 9


C 7H35

O

b H2C O

C

C 7H35

O HC

O

C

C 7H35 + 3 H2O →

O

A 45 a Biobrandstoffen zijn brandstoffen die gemaakt worden uit biomassa: plantaardig en/of dierlijk materiaal. b Eerste generatie biobrandstoffen zijn gemaakt van plantaardig materiaal dat geschikt is voor voedsel, zoals palmolie, koolzaad, suikerriet, maïs en graan. Tweede generatie biobrandstoffen worden gemaakt van afvalstoffen die niet als voedsel kunnen dienen, zoals afval uit de vleesproductie of afgedankt frituurvet en planten of resten van planten, bijvoorbeeld houtsnippers.

C

H2C

O

C

C 7H35 H C OH O HC H C

OH + 3 HO

C

C 7H35

OH


06/05/14 1:07 PM

c

O H C

OH + HO

C

C 7H35 → O H3C O

C

C 7H35 + H2O

d HTU-diesel is geen ester, maar een mengsel van alkanen, vergelijkbaar met aardolie.

min mogelijk belast, zowel bij de productie en distributie als bij de verbranding. b Klimaatneutraal betekent dat er geen verandering in het klimaat kan optreden als gevolg van het gebruik van deze brandstoffen. c Door de toename van broeikasgassen in de atmosfeer neemt het broeikaseffect toe, waardoor het klimaat ingrijpend kan veranderen.

A 49 De opgeslagen chemische energie wordt voor een deel gebruikt als warmte die vrijkomt bij verbranding. Voor een deel wordt de energie omgezet in bewegingsenergie en elektrische energie.

B 50 a De brandstoffen worden gebruikt om water te veranderen in stoom. b Door de chemische energie uit de brandstof wordt water omgezet in stoom. De stoom zet een turbine in beweging: bewegingsenergie. In een generator wordt vervolgens bewegingsenergie omgezet in elektrische energie.

C 51 a S(s) + O2(g) → SO2(g) b Het massapercentage S in de stookolie is 4 massaprocent. Dat betekent: in 100 ton stookolie zit 4 ton zwavel. 4 In 1,0 ton stookolie zit dus = 4 ∙ 10−2 ton zwavel. 100 c 4 ∙ 10−2 ton S = y mol S Molaire massa S = 32,06 g mol−1 1,000 × 4·10−2 × 106 y= = 1,2 ∙ 103 mol S 32,06 Molverhouding S : SO2 = 1 : 1 Uit 1,2 ∙ 103 mol S ontstaat dus 1,2 ∙ 103 mol SO2. 1,2 ∙ 103 mol SO2 = z g SO2 g mol−1 z=

64,06 × 1,2·103 = 8 ∙ 104 g SO2 1,000

Er ontstaat per ton stookolie 8 ∙ 104 × 10−6 = 8 ∙ 10−2 ton SO2. d De uitstoot aan SO2 kan verminderen door van tevoren de zwavel uit de stookolie te halen of door rookgasontzwaveling.

A 52

A 53 a De C/H-verhouding is de verhouding tussen de in de brandstof aanwezige hoeveelheid C-atomen en H-atomen. b Wanneer de C/H-verhouding van een brandstof klein is, ontstaat er in verhouding minder CO2, dit bevordert het terugdringen van het broeikaseffect.

A 54 a Bij volledige verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan in ieder geval koolstofdioxide en water. Als er zwavelverontreinigingen aanwezig zijn, ontstaat ook zwaveldioxide. b Bij onvolledige verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan, behalve de reactieproducten uit vraag a, ook nog koolstofmono-oxide, roet en onverbrande koolwaterstoffen. c In principe hetzelfde antwoord als bij a en b. Bij biobrandstoffen is er minder verontreiniging met zwavel, dus er zal geen (of veel minder) zwaveldioxide ontstaan.

B 55 a Een brandstof verbrandt onvolledig als er in verhouding tot de hoeveelheid brandstof te weinig zuurstof aanwezig is. b Bruinkool, steenkool, stookolie en gasolie zijn de grootste vervuilers die in Binas tabel 64B staan. c In de verbrandingsruimten is de temperatuur erg hoog. Er is lucht aanwezig: een mengsel van stikstof en zuurstof. Hieruit ontstaan onder die omstandigheden de stikstofoxiden.

B 56 a Spaarlampen verbruiken per uur minder energie en ze gaan veel langer mee. Dat laatste betekent minder grondstoffenverbruik en minder afval, dus minder energieverbruik.

a Een brandstof is duurzaam als deze afkomstig is uit een hernieuwbare bron en het milieu zo



Energieproductie 39

06/05/14 1:07 PM

b Diepvriesgroenten zijn verpakt: kost grondstof, geeft afval en kost dus energie. Ze zijn ingevroren en moeten bevroren blijven zolang je ze niet gebruikt: dat kost energie. c Verpakking kost grondstoffen en levert afval. Het produceren van verpakking kost energie. d Een grote auto verbruikt per km veel meer brandstof, dus meer energie dan een kleine auto. e Het vliegtuig verbruikt meer brandstof, energie, dan de trein.

C 57

C2H5OH = 3,64 ∙ 10−5 g C2H5OH = z mol C2H5OH Molaire massa C2H5OH = 46,07 g mol−1 z=

3,64·10−5 × 1,000 = 7,90 ∙ 10−7 mol C2H5OH 46,07

Molverhouding C2H5OH : CO2 = 1 : 2 = 7,90 ∙ 10−7 : p p = 2 × 7,90 ∙ 10−7 = 1,6 ∙ 10−6 mol CO2 Als je ethanol verbrandt, komt er per J geleverde energie 1,6 ∙ 10−6 mol CO2 vrij. e x m3 C8H18 levert 1,0 J

a 6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g) b Zie figuur 9.4. c Fossiele brandstoffen zijn lang geleden en over een hele lange periode gevormd. Als wij veel fossiele brandstoffen gebruiken komt er veel CO2 in één keer vrij. Hierdoor wordt het CO2-evenwicht verstoord. Bij biobrandstoffen is dat niet het geval: de vorming is nog maar kort geleden en de CO2 die bij verbranding vrijkomt is in dat geval nog vrij kort daarvoor uit de atmosfeer opgenomen.

x=

1,0 × 1,0 = 3,03 ∙ 10−11 m3 C8H18 = y kg C8H18 3,3·1010

y=

0,72·103 × 3,03·10−11 = 2,18 ∙ 10−8 kg 1,0

C8H18 = 2,18 ∙ 10−5 g C8H18 = z mol C8H18 Molaire massa C8H18 = 114,22 g mol−1 z=

C 58

2,18·10−5 × 1,000 = 1,91 ∙ 10−7 mol C8H18 114,22

Molverhouding C8H18 : CO2 = 2 : 25 = 1,91 ∙ 10−7 : p

a C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) b 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) c De dichtheid van benzine is 0,72 ∙ 103 kg m−3 en die van ethanol is 0,80 ∙ 103 kg m−3. d x m3 C2H5OH levert 1,0 J x=

1,0 × 1,0 = 4,55 ∙ 10−11 m3 C2H5OH = y kg C2H5OH 2,2·1010

y=

0,80·103 × 4,55·10−11 = 3,64 ∙ 10−8 kg 1

p=

25 × 1,91·10−7 = 2,4 ∙ 10−6 mol CO2 2

Als je benzine verbrandt, komt er per J geleverde energie 2,4 ∙ 10−6 mol CO2 vrij. f

1 In ethanol is de C/H-verhouding = 0,33 en in 3 4 benzine = 0,44. 9

koolstof in de atmosfeer (vooral CO2)

fotosynthese

ademhaling

verbranding

koolstof in planten

dieren

mensen

koolstof in fossiele brandstoffen

begraven en compact maken

9.4

40 Hoofdstuk 9



06/05/14 1:07 PM

g Van benzine verwacht je op grond van de C/Hverhouding de grootste CO2-productie. h Uit de antwoorden op de vragen d en e blijkt dat per J geleverde energie benzine 2,4 ∙ 10−6 mol CO2 oplevert en ethanol maar 1,6 ∙ 10−6 mol CO2. Dat klopt dus met de CO2-uitstoot op basis van de C/H-verhouding.

b De zon kan leveren: 6,2 ∙ 1022 J − 2,8 ∙ 1023 J per jaar. Als je uitgaat van 6,2 ∙ 1022 J per jaar, dan volgt daaruit: tijd (jaar)

1,000

x

J

6,2 ∙ 1022

4,5 ∙ 1019

x=

C 59 a CO2 moet met water kunnen reageren tot glucose en zuurstof (fotosynthese) en daar is zonlicht voor nodig. b Een grotere concentratie aan CO2 betekent dat de botsingskans toeneemt, waardoor de reactiesnelheid waarmee glucose wordt gevormd door fotosynthese ook toeneemt. c Er moet voldoende worden gestookt om de kassen warm te houden. Een reactieproduct van de gebruikte brandstof(fen) is CO2. d De reactie kan twee kanten op verlopen: de CO2 kan worden gebonden, maar ook weer worden afgestaan. e Er moet een beetje worden verwarmd om de CO2 door de stof te laten loslaten. Daar is dus kennelijk energie (warmte) voor nodig. Het is daarom een endotherm proces.

9.5 Energie uit duurzame bronnen A 60 a Duurzame energie is energie uit bronnen die nooit ‘op’ raken. b De zon, de wind, aardwarmte, biomassa en water zijn vormen van duurzame energie. c GEA staat voor Global Energy Assessment.

A 61 Fossiele brandstoffen hebben een negatief effect op het milieu en ze raken op.

1,000 × 4,5·1019 = 7,3 ∙ 10−4 jaar 6,2·1022

Om evenveel energie te leveren als de totale Nederlandse gasvoorraad doet, heeft de zon maar 7,3 ∙ 10−4 jaar nodig (= 6,4 uur).

A 63 a Zonne-energie verwarmt water. b Zonne-energie wordt direct omgezet in elektrische energie. c Zonne-energie wordt door middel van spiegels opgevangen en de warmte wordt dan gebruikt om stoom te genereren. De stoom zet turbines in beweging waardoor bewegingsenergie ontstaat. De bewegingsenergie wordt vervolgens omgezet in elektrische energie.

B 64 a Silicium staat in groep 14 van het periodiek systeem. b Zie figuur 9.5. c Een siliciumatoom heeft vier elektronen in de buitenste schil. Een siliciumatoom heeft nog vier elektronen in zijn buitenste schil nodig om op een edelgas te lijken. Om dat te bereiken vormt het vier atoombindingen met andere niet-metaalatomen. De covalentie van silicium is dus 4. d In zuiver silicium komen geen geladen deeltjes voor die kunnen bewegen, dus zuiver silicium kan geen elektrische stroom geleiden. e Een fosforatoom heeft vijf elektronen in zijn buitenste schil. Vier van de vijf elektronen vormen bindingen met vier siliciumatomen die eromheen zitten. Dan is er nog één elektron over. Dit ‘vrije’ elektron in het siliciumkristal zorgt voor het geleidingsvermogen.

B 62 a De totale Nederlandse aardgasvoorraad kan bij verbranding leveren: 1,4 ∙ 1012 × 3,2 ∙ 107 J = 4,5 ∙ 1019 J aan energie.



Energieproductie 41

06/05/14 1:07 PM

Molverhouding H2O : H2 = 1 : 1 = 55,5 : y y = 55,5 mol H2 = z g H2 Molaire massa H2 = 2,016 g mol−1 z= 14+

2–

8–

4–

H2 = p m3 H2 p=

siliciumatoom: Si

B 65 a Via spiegels wordt het zonlicht naar een ontvanger boven in de toren gekaatst. De zonnewarmte wordt opgevangen in een gesmolten nitraat en vervolgens overgedragen op water. Water wordt stoom. Stoom drijft een stoomgenerator aan. De bewegingsenergie wordt dan omgezet in elektrische energie. b NaNO3 c Bij het stollen van natriumnitraat komt warmte vrij, dus dit is een exotherm proces. d Zie figuur 9.6.

energie


A 67 Uit de zee kun je energie winnen door gebruik te maken van de getijden, de golfslag of door osmose.

B 68 a Br −, Ca2+, Cl−, F−, K+, Mg2+, Na+, Sr2+, SO42−, HCO3−, Hg2+ (en verder nog sporen van een aantal andere ionen) b In onvervuild zeewater zit: 10,820 g L−1 aan Na+. Molariteit = mol L−1 10,820 g Na+ = x g Na+ Molaire massa Na+ = 22,99 g mol−1 x=

activeringsenergie

smeltwarmte

stollingswarmte NaNO3(s)

9.6

C 66 a 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) b 1,0 kg H2O= 1,0 ∙ 103 g = x mol H2O Molaire massa H2O = 18,02 g mol−1 1,0·103 × 1,000 x= = 55,5 mol H2O 18,02

42 Hoofdstuk 9


112·10−3 × 1,00 = 1 m3 H2 = 1 ∙ 103 L H2 0,09

c De mengverhouding H2 : aardgas op Ameland was 1 : 5. Dat wil zeggen dat er 5 × 1 ∙ 103 liter = 5 ∙ 103 liter aardgas werd toegevoegd. d 1/6 deel van 1,0 m3 verbruikt gas is H2, dus dat is ook de besparing (zo veel aardgas is immers vervangen door waterstof).

9.5

Na+(l) + NO3–(l)

2,016 × 55,5 = 112 gram H2 = 112 ∙ 10−3 kg 1,000

1,000 × 10,820 = 4,706 ∙ 10−1 mol Na+ 22,99

De molariteit van Na+ in onvervuild zeewater = 4,706 ∙ 10−1 mol L−1. c Om de concentratie aan Na+ te halveren moet het volume twee keer zo groot worden. Het volume moet 2,0 L worden, dus er moet 1,0 L water verhuizen.

A 69 a Wind is bewegende lucht. b Het blijf altijd waaien, daarom is wind een duurzame bron van energie. c De bewegingsenergie van de lucht wordt in een windturbine direct omgezet in elektrische energie.

B 70 a Windmolens zorgen voor geluidsoverlast en passen vaak niet in het landschap. b De kosten van aanbouw en onderhoud zijn veel te hoog: niet rendabel.


06/05/14 1:07 PM

A 71 a Geothermische energie wordt onttrokken aan de warmte uit het binnenste van de aarde die via magmastromingen op sommige plaatsen dicht aan de oppervlakte komt. b Vervoer van met geothermische energie verwarmd water kost energie en het water koelt onderweg weer af. c De techniek om geothermie in Nederland toe te passen is erg duur en er wordt nog weinig subsidie op gegeven.

B 72 Water dat is verwarmd met behulp van geothermische energie kun je direct gebruiken om huizen en gebouwen te verwarmen. Hete stoom uit de bodem kan ook turbines aandrijven waarbij bewegingsenergie kan worden omgezet in elektrische energie.

C 73 a De grenswaarde van waterstofsulfide is: 2,3 mg m−3. b Massa van een m3 lucht = 1,293 kg = 1,293 ∙ 103 gram (Binas tabel 12) Daarin zit 50 microgram H2S = 50 ∙ 10−6 g H2S. In 100 g lucht zit x g H2S. x=

50·10−6 × 100 = 3,9 ∙ 10−6 g H2S 1,293·103

Het massapercentage H2S in lucht = 3,9 ∙ 10−6%. c Een (mengsel van) sulfide(s) d Als de waterstofsulfide weer in de bodem terechtkomt, zit het in elk geval niet in de lucht en vormt zo geen gevaar voor het milieu. Bovendien is het afkomstig uit de bodem zodat het geen extra verontreiniging van de bodem oplevert.

C 74 a Het natuurlijk broeikaseffect is het broeikaseffect dat wordt veroorzaakt door koolstofdioxide en waterdamp, die van nature in de dampkring voorkomen. b CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + H2O(l) c Biobrandstoffen zijn brandstoffen die worden gemaakt uit biomassa: plantaardig en/of dierlijk materiaal. d Fossiele brandstoffen zijn lang geleden en over een hele lange periode gevormd uit biomateriaal dat in die tijd CO2 heeft opgenomen. Als wij veel



fossiele brandstoffen gebruiken, komt er veel CO2 in één keer vrij. Hierdoor wordt het CO2-evenwicht verstoord. Bij biobrandstoffen is dat niet het geval: de vorming van het plantaardig en dierlijk materiaal heeft nog maar kort geleden plaatsgevonden en de CO2 die bij verbranding vrijkomt is in dat geval nog vrij kort daarvoor uit de atmosfeer opgenomen. e Bomen in tropische bossen nemen tijdens de fotosynthese CO2 op dat wordt omgezet in glucose en zetmeel. Als er bomen verdwijnen wordt er minder CO2 opgenomen en omgezet, dus neemt de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer toe en daarmee het broeikaseffect. f Methaan is afkomstig van de spijsvertering van rundvee, mestopslagen en afvalstortplaatsen, maar ook uit moerasgebieden en rijstvelden. g De stijging van de CH4-concentratie is 1700 − 620 ppb = 1,08 ∙ 103 volume-ppb Dat wil zeggen een stijging van 1,08 ∙ 103 L CH4 per 1,00 ∙ 109 L lucht. Per L lucht is de stijging x L CH4. x=

1,08·103 × 1,00 = 1,08 ∙ 10−6 L CH4 = y g CH4 1,00·109

Dichtheid CH4 = 0,72 kg m−3 = 0,72 g dm−3 y=

1,08·10−6 × 0,72 = 7,78 ∙ 10−7 gram 1,00

CH4 = z mol CH4 De molaire massa van CH4 is 16,04 g mol−1. z=

7,78·10−7 × 1,000 = 4,9 ∙ 10−8 mol CH4 16,04

Per L lucht is de stijging = 4,9 ∙ 10−8 mol CH4. De concentratie van methaan in de lucht is in 200 jaar gestegen met 4,9 ∙ 10−8 mol L−1. h distikstofmono-oxide i H = halogeen, F = fluor, K = koolstof j F F F

C F

H + Cl

Cl → F

C

Cl + H

Cl

F

k Voor een substitutiereactie is energie in de vorm van licht nodig. Dat betekent dat het een endotherme reactie is. l PFK staat voor perfluorkoolwaterstoffen.

Energieproductie 43

06/05/14 1:07 PM

m

F F

C F

F

en F

F

F

C

C

F

F

b MnO4− + 8 H+ + 5 e− → Mn2+ + 4 H2O H2C2O4 → 2 CO2 + 2 H+ + 2 e−

F

+

n De uitstoot van broeikasgassen moet worden beperkt. o De economie in China en India is in volle ontwikkeling: daardoor worden meer broeikasgassen uitgestoten, bijvoorbeeld doordat er veel meer auto’s rijden en er veel meer elektriciteitscentrales draaien. China en India zijn voorlopig nog niet gebonden om zich in te spannen de CO2-uitstoot te beperken.

2 MnO4− + 6 H+ + 5 H2C2O4 → 2 Mn2+ + 8 H2O + 10 CO2 c Doordat de temperatuur stijgt, bewegen de deeltjes sneller. Er vinden per seconde meer effectieve botsingen tussen de deeltjes plaats. d Mangaan(II)nitraat / mangaannitraat / mangaansulfaat. Dan kan onderzocht worden of de reactie door de aanwezigheid van de Mn2+ionen direct al snel(ler) verloopt.

3 a C19H36O2 + 27 O2 → 19 CO2 + 18 H2O b O

9.6 Afsluiting

H3C O

1 a Voorbeelden van juiste structuurformules zijn: H3C CH CH3 H3C CH CH3 CH3 CH H3C CH CH CH CH3 H C

CH CH CH

b C4H4S + 6 O2 → 4 CO2 + 2 H2O + SO2 c Vele kleine korreltjes hebben samen een groot oppervlak, zodat de verwijdering van de zwavelverbindingen snel(ler) verloopt, zodat veel van de te verwijderen stof wordt vastgehouden. d 80 L dieselolie = 80 ∙ 103 mL Voor 34 mL dieselolie is 1,0 g zeoliet nodig. Voor 80 ∙ 103 mL dieselolie is x g zeoliet nodig. x=

(2×) (5×)

80·103 × 1,0 = 2,4 ∙ 103 g zeoliet 34

2 a Molverhouding H2C2O4 : H2C2O4 ∙ 2H2O = 1 : 1 In 100 mL 0,50 molair oxaalzuuroplossing is x mol H2C2O4 opgelost, dus ook x mol H2C2O4 ∙ 2H2O

C

C 7H33

c In een molecuul C17H33 komt één C=C-binding voor. In een molecuul C17H31 komen twee C=C-bindingen voor. In totaal komen dus vier C=C-bindingen voor in een molecuul van deze olie. d Dit is de vanderwaalsbinding (of molecuulbinding). e 2 C3H8O3 + H2O → 5 CO + 9 H2 + CO2 f − Wanneer meer stoom reageert, ontstaat meer H2 en ook meer CO2 en (dus) minder CO. − 2 C3H8O3 + 2 H2O → 4 CO + 10 H2 + 2 CO2 Per mol CO ontstaat meer H2. g Bij hogere temperatuur verloopt de reactie sneller en is de productie (van methanol per tijdseenheid) hoger. h Voor de productie van 200 ∙ 103 ton biomethanol is nodig: 200 ∙ 103 × 1,3 ton glycerol. Hierbij wordt geproduceerd: 200 ∙ 103 × 1,3 × 10 ton biodiesel. Door het aantal ton vet (= gelijk aan het aantal ton biodiesel) af te trekken van de totale massa van biodiesel en glycerol vind je de hoeveelheid ton methanol die is geproduceerd, dus: (200 ∙ 103 × 1,3 × 10 + 200 ∙ 103 × 1,3) − (200 ∙ 103 × 1,3 × 10 + 200 ∙ 103) = 6 ∙ 104 (ton), ofwel: 200 ∙ 103 × 1,3 − 200 ∙ 103 = 6 ∙ 104 (ton).

0,50 × 100·10−3 = 5,0 ∙ 10−2 mol 1,0 H2C2O4 ∙ 2H2O = y g H2C2O4 ∙ 2H2O

x=

Molaire massa H2C2O4 ∙ 2H2O = 126,06 g mol−1 y=

5,0·10−2 × 126,06 = 6,3 gram H2C2O4 ∙ 2H2O 1,000

44 Hoofdstuk 9



06/05/14 1:07 PM

10 Polymeren 10.1 Een bloedstollende polymerisatie

A 3

B 1 a In de formule van een moleculaire stof komen alleen symbolen van niet-metalen voor. b Fybrinogeen lost op in water, dus is hydrofiel. c OH– en NH–groepen zorgen ervoor dat een stof oplosbaar is in water. d waterstofbruggen e pH = −log [H+] pH = 7,35 → [H+] = 4,5 ∙ 10−8 mol L−1 pH = 7,45 → [H+] = 3,5 ∙ 10−8 mol L−1 [H+] ligt tussen 3,5 ∙ 10−8 mol L−1 en 4,5 ∙ 10−8 mol L−1. f In 5,0 ∙ 10−3 L bloed zit x mol Mg2+. x=

c Een copolymeer is een polymeer dat is ontstaan uit verschillende monomeren. d Een polymerisatiereactie is de reactie waarbij monomeren met elkaar reageren tot een polymeer.

1,0·10−3 × 5,0·10−3 = 5,0 ∙ 10−6 mol Mg2+ = y g Mg2+ 1,0

De molaire massa van Mg2+ is 24,31 g mol−1. y=

5,0·10−6 × 24,31 = 1,2 ∙ 10−4 gram Mg2+. 1,000

g De massa van 5,0 mL bloed is 5,0 gram. Daarin zit 1,2 ∙ 10−4 gram Mg2+. In 100 g bloed zit x g Mg2+. 1,2·10−4 × 100 = 2,4 ∙ 10−3 g Mg2+ x= 5,0 Het massapercentage Mg in bloed is 2,4 ∙ 10−3%. h C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

a Voorbeelden van een synthetisch polymeer: polyetheen, polyvinylchloride (pvc) en polystyreen (piepschuim), rubbers, polyesters en polyamiden zoals nylon. b Voorbeelden van een natuurlijk polymeer: eiwitten, cellulose (de bouwstof van alle planten), natuurlijke rubber, zetmeel en zijde. c We onderscheiden polyadditie en polycondensatie.

B 4 De dichtheid is de massa per volume-eenheid, bijvoorbeeld per m3. Het volume van de matras is 2,0 × 1,0 × 0,15 = 0,30 m3. 0,30 m3 polyurethaanschuim heeft een massa van 12 kg. 1,0 m3 polyurethaanschuim heeft een massa van x kg. x=

1,0 × 12 = 40 kg m−3 0,30

De dichtheid van het polyurethaanschuim = 40 kg m−3.

C 5 a Er zitten veel OH-groepen in een cellulosemolecuul. Tussen deze groepen en watermoleculen kunnen H-bruggen worden gevormd. O

b cellulose

10.2 Van monomeer tot polymeer

O

+ HO

R→

O

cellulose O R + H2O c Als alle OH-groepen in de cellulosemoleculen veresterd zijn, is de stof hydrofoob geworden. Er kunnen dan geen H-bruggen meer worden gevormd tussen de cellulosemoleculen en de watermoleculen.

A 2 a Een monomeer is de grondstof waaruit een polymeer kan worden gemaakt. b Een polymeer is een stof die bestaat uit hele lange moleculen.



A 6 a Een polyadditie is een polymerisatiereactie met als monomeer een stof die bestaat uit kleine moleculen waarin een dubbele binding tussen twee C-atomen voorkomt.

Polymeren 45

06/05/14 1:08 PM

b In de monomeermoleculen komt steeds een dubbele binding tussen twee C-atomen voor. c Om een polyadditie op gang te brengen is een initiator en uv-licht nodig. d De naam van het ontstane polymeer is de naam van het monomeer voorafgegaan door poly. e H C CH H C CH H C CH → CH3

CH3

CH3

CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH3

CH3

CH3

b H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

→

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH

CH

CH

CH

CH

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

CH

c n C4H8 → (C4H8)n d polybut-2-een

B 11 HC

1

CH2

B 7 a polypent-2-een b poly-1,2-difluorprop-1-een c poly-2-chloorbut-2-een

2 H2C CH CH2 CH2 CH3 3 H H

B 8 a De zwaan dient als initiator. b De mensen achter de zwaan zijn allemaal verschillend.

B 9 a

C

Cl

Cl

C 12 CH

CH2

a H2C b

of n

Cl

CH2

Cl

Cl

CH2

of n CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2

c De hoogte van het smeltpunt van een moleculaire stof hangt af van de massa van de moleculen. d De massa van het monomeer vinylchloride is groter dan van het monomeer etheen. Daardoor is de massa van een molecuul van pvc ook groter dan de massa van een molecuul van polyetheen en heeft pvc een hoger verwekingspunt dan polyetheen.

B 10 a H

H

C

C

CH3 CH3

CH CH

CH2

H C CH CH CH H C CH CH CH H C CH CH CH

CH2 CH CH2 CH CH2 CH Cl

b

C

CH2 CH

CH

CH2

CH2 CH

CH

CH2

CH2 CH

→

CH CH2

c Aan weerszijde van de dubbele bindingen kan er een onderlinge koppeling tussen de polymeermoleculen ontstaan. d CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH

CH2 CH2

CH2 CH CH CH2 CH2

CH CH

CH2

CH CH CH2 CH2 CH CH CH2

CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH

CH CH2

C 13 a Als er veel van de initiator aanwezig is, zullen er op veel plaatsen tegelijk polymeermoleculen worden gevormd en zullen de ketens gemiddeld korter worden dan wanneer er minder van de initiator aanwezig is. b Doordat de ketens die ontstaan verschillen in lengte is er sprake van een soort mengsel en dus geen scherp smeltpunt.

C 14 a De dichtheid is de massa per volume-eenheid. Naarmate de dichtheid lager is, is de massa per cm3 kleiner, zitten er minder moleculen in een cm3 en is de onderlinge afstand groter.

46 Hoofdstuk 10



06/05/14 1:08 PM

b In polyetheen met een hoge dichtheid zitten de moleculen dicht op elkaar waardoor de vanderwaalskrachten sterker zijn: er is meer warmte nodig om die te verbreken.

d

O CH2 C O CH2 n O

C O

polyester van hydroxyethaanzuur; polyhydroxyethaanzuur

A 15 a Een polycondensatiereactie is een reactie waarbij kleine moleculen waarin karakteristieke groepen voorkomen met elkaar reageren onder afsplitsen van een klein molecuul, meestal water. b Bij de vorming van een polyester reageren een zuurgroep en een hydroxygroep met elkaar. c Bij de vorming van een polyamide reageren een zuurgroep en een aminogroep met elkaar. d Overeenkomst: zowel bij een polyamide als bij een polypeptide kun je de amidebinding / peptidebinding vinden. Verschil: bij een polyamide is er sprake van één of twee monomeren die met elkaar reageren en bij een polypeptide treden veel verschillende aminozuren als monomeer op. e R C O R

B 17 a H3C

H ethaanamine b H N CH2 CH2 N H H H ethaan-1,2-diamine c H3C CH2 OH ethanol d H O CH2 CH2 O H ethaan-1,2-diol O e H3C

N

f

C

B 18 a

B 16

H N CH2 CH2 N H HO C C OHH N CH2 CH2 N H HO C C OH H

C

O

CH3

H

b

C C O

CH3

di-ester van ethaandizuur en methanol O

O

H C O CH2 CH2 O C H diester van ethaan-1,2-diol en methaanzuur O H2C

O

H

CH O

CH O CH O H2C O CH

H O O H

O O

H + 4 H2O

H O O

H O CH2 CH2 O H HO C C OH H O CH2 CH2 O H HO C C OH O O

O O

ester van methaanzuur en methanol; methylmethanoaat O O b H3C O

O O

H

N CH2 CH2 N C C N CH2 CH2 N C C

O

c

OH

O O ethaandizuur

H O

a H

C

OH ethaanzuur HO C C

O f

CH2 N H

O CH2 CH2 O C

C O CH2 CH2 O C C

O O

+ 4 H2O

O O

c In beide gevallen zijn copolymeren ontstaan omdat er steeds sprake is van twee monomeren als beginstoffen.

C 19 a 1 2 3 4 b 1 2 3 4

is ontstaan door polyadditie. is ontstaan door polycondensatie. is ontstaan door polycondensatie. is ontstaan door polycondensatie. is geen copolymeer. is geen copolymeer. is een copolymeer. is geen copolymeer.

tri-ester van propaan-1,2,3-triol en methaanzuur



Polymeren 47

06/05/14 1:08 PM

c 1 is ontstaan uit H2N CH CH2

O

2 is ontstaan uit: H2N CH2 CH2 C OH 3 is ontstaan uit: HO CH2 CH2 CH2 OH en HO C C OH O

O

CH3 O

4 is ontstaan uit: HO CH C OH d 1 polyaminoetheen 2 polyamide van 3-aminopropaanzuur; poly-3-aminopropaanzuur 3 polyester van propaan-1,3-diol en ethaandizuur 4 polyester van 2-hydroxypropaanzuur; poly-2-hydroxypropaanzuur

10.3 Synthetische polymeren

b Een polyamide wordt gemaakt in een polycondensatiereactie. c F F C

C

F

F

d Gore-tex wordt gemaakt in een polyadditiereactie. e F F F F F F C

C

C

C

C

C

F

F

F

F

F

F

C 23 a H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

C

H

C

H

C

O

O

O

H

A 21 a Het materiaal verwarmen: een thermoplast wordt zacht of vloeibaar, een thermoharder niet. b Een thermoplast heeft lange moleculen die niet aan elkaar zitten. In een thermoharder zijn de polymeermoleculen via veel dwarsverbindingen met elkaar verbonden. c De overeenkomst in molecuulstructuur tussen een elastomeer en een thermoharder is dat er een netwerk van polymeermoleculen is dat via crosslinks met elkaar is verbonden. Het verschil in molecuulstructuur tussen een elastomeer en een thermoharder is dat het aantal crosslinks in een elastomeer veel kleiner is dan in een thermoharder. d Doordat in een elastomeer de polymeermoleculen nog enigszins gekronkeld liggen, zit er nog wat rek in. De (weinige) crosslinks zorgen ervoor dat de moleculen weer in hun oorspronkelijke vorm terugveren.

B 22 a

N

C

O→

O

H

H

A 20 a Alle kunststoffen zijn synthetische polymeren. b Plastics, polyesters en polyamiden zijn voorbeelden van synthetische polymeren.

O

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

C

OH

C

O H

C

O H

O H

O

O H

b Na+(aq) + OH−(aq) c R–COOH(aq) + OH−(aq) → R–COO−(aq) + H2O(l) Het is een reactie met overdracht van H+-ionen, dus een zuur-basereactie. Het polyacrylzuur is H+-donor (zuur) en OH− is H+-acceptor (base). d H H H H O O

Na

H H

O

+

O H H

A 24 a Zes stoffen die aan kunststoffen worden toegevoegd om de eigenschappen te veranderen zijn: weekmakers, blaasmiddelen, kleurstoffen, vulstoffen en harders, uv-absorptiemiddelen en vezels. b – Door weekmakers wordt een stugge kunststof soepeler. – Door blaasmiddelen krijgt een kunststof een hele kleine dichtheid. – Kleurstoffen zorgen voor een blijvende kleuring van de kunststof.

H O

48 Hoofdstuk 10



06/05/14 1:08 PM

– Vulstoffen en harders maken een kunststof sterker en harder. – Uv-absorptiemiddelen zorgen ervoor dat crosslinks en dubbele bindingen in kunststoffen in stand kunnen blijven. – Vezels maken kunststoffen sterker.

A 25 a Een composiet b Een harder is een stof die ervoor zorgt dat er dwarsverbindingen of crosslinks ontstaan tussen de polymeermoleculen. c Een thermoplastische kunststof verandert door toevoegen van een harder in een thermoharder.

B 26 a Door het toevoegen van een blaasmiddel ontstaan er tijdens de vorming van het plastic dampbellen en daarmee een luchtige structuur: de massa per cm3, dus de dichtheid, wordt kleiner. b Hoe meer blaasmiddel, des te meer bellen, des te kleiner de dichtheid. c Door in pur crosslinks aan te brengen (door toevoegen van een harder) ontstaat een netwerk van polyurethaanmoleculen. Hierdoor gedraagt pur zich als een thermoharder: het wordt niet zacht bij verwarming.

B 27 a Vulkaniseren van rubber is het aanbrengen van crosslinks tussen de polymeermoleculen met behulp van zwavel: zwavelbruggen. b Door de zwavelbruggen wordt de molecuulstructuur van rubber minder flexibel en gaat rubber steeds meer op een thermoharder lijken. c Het aantal zwavelbruggen in zeer elastisch rubber is klein, in rubber voor autobanden is het al wat groter en in hardrubber komen nog meer zwavelbruggen voor. d In 100 kg rubber zit 4 kg zwavel. In een rubberen autoband van 20 kg zit x kg zwavel. x=

4 × 20 = 0,8 kg zwavel = y mol zwavel 100

Molaire massa S = 32,06 g mol−1 y=

0,8·103 × 1,000 = 2 ∙ 101 mol S 32,06



Van de atoomsoort S is 2 ∙ 101 mol in deze autoband aanwezig. e Het bros worden van autobanden is een endotherme (ontledings)reactie. Er zijn uv-stralen van de zon voor nodig. f Door een uv-absorptiemiddel wordt (een deel van) uv-licht omgezet in warmte. Hierdoor verloopt het ontledingsproces minder snel.

C 28 a Polypropeen kun je weergeven als (C3H6)n, n = 800. Mr = 800 × ((3 × 12,01) + (6 × 1,008)) = 800 × 42,08 = 3,366 ∙ 104 u b 1,0 u komt overeen met 1,7 ∙ 10−27 kg = 1,7 ∙ 10−24 g. De massa van één molecuul is: 3,366 ∙ 104 u × 1,7 ∙ 10−24 g u−1 = 5,7 ∙ 10−20 g. c 0,5 g polypropeen komt overeen met x polypropeenmoleculen. x=

1 × 0,5 = 9 ∙ 1018 polypropeenmoleculen 5,7·10−20

C 29 a De moleculen van deze stof dringen zich tussen de moleculen van de kunststof. De onderlinge afstand tussen de polymeermoleculen wordt dan groter. De samenhang tussen de polymeermoleculen wordt dus kleiner. De kunststof wordt daardoor soepeler. b In 100 g kunststof zit 28 g DOP. De kunststoffles heeft een massa van 50 g. Hierin zit dus 14 g DOP. c 1,0 L zonnebloemolie heeft een massa van 0,92 kg. In 0,92 kg zonnebloemolie mag maximaal x mg DOP aanwezig zijn. x=

0,92 × 40 = 37 mg DOP 1,0

d In de fles zit 14 g DOP = 100% Daarvan mag 37 × 10−3 g DOP = y% overgaan in de olie. y=

37·10−3 × 100 = 0,26% 14

A 30 a Spuitgieten en extruderen zijn twee technieken waarmee thermoplastische kunststoffen worden verwerkt. b De thermoplastkorrels worden eerst verwarmd tot ze zacht of vloeibaar zijn.

Polymeren 49

06/05/14 1:08 PM

A 31

3

a De monomeren van de gewenste stof worden direct in de gewenste mal gebracht, vaak in aanwezigheid van een harder. Daarna wordt de mal verhit waarbij de polymerisatie en het vormen van de crosslinks plaatsvindt. b Thermoharders worden niet zacht als je ze verwarmt.

B 32 a Het verwekingspunt is de temperatuur waarbij een thermoplastische kunststof zacht wordt. b Als het verwekingspunt erg laag ligt zijn de bindingen tussen de moleculen niet sterk. De kans bestaat dat de moleculen elkaar helemaal loslaten en de stof gaat smelten. c Hoe groter de massa van de thermoplastmoleculen, des te sterker de vanderwaalskrachten tussen de moleculen en des te hoger het verwekingspunt.

4 HO CH2 CH2 OH en HO C C OH O O

A 34 a Er ontstaat veel zwerfafval: op land en op/in de zee. Bij verbranding komen schadelijke stoffen vrij. b Plastics recyclen en bioplastics gebruiken. c Bioplastics zijn kunststoffen die biologisch afbreekbaar zijn.

B 35 a Zie figuur 10.1. b Pvc: kozijnen, buizen, flessen (voor chemicaliën, lijm, …) Polypropeen: bumpers, interieurpanelen en dergelijke voor auto’s; industriële vezels Lagedichtheidpolyetheen: plastic zakken, emmers, dispenserflessen voor zeep, plastic tubes

C 33 a Een thermoplast bestaat uit ketenmoleculen die onderling niet verbonden zijn via atoombindingen. Een thermoharder is een netwerkmolecuul. De moleculen bij 1, 2 en 4 zijn afkomstig van een thermoplast, 3 is een molecuul van een thermoharder. b Molecuul 2 bevat OH-groepen en kan dus H-bruggen vormen met andere moleculen. Deze stof zal het hoogste verwekingspunt hebben. c 1 Polyadditie: er zijn eenheden van steeds twee C-atomen herkenbaar; er was in het monomeer een dubbele binding tussen de twee C-atomen. 2 Polyadditie: zie bij 1. 3 Stof 3 kan ontstaan zijn door polycondensatie van stof 2. 4 Polycondensatie: er is een estergroep herkenbaar. d De stoffen 1, 2 en 3 zijn geen copolymeer: ze zijn ontstaan uit één monomeer. Stof 4 is een copolymeer omdat deze stof ontstaat uit twee verschillende monomeren. e 1 H2C CH C2H5 2 H2C

CH OH

50 Hoofdstuk 10


03

04

05

PVC

PE-LD

PP

a

b

c

10.1

10.4 Natuurlijke polymeren A 36 a

O

H

C

N

b De monomeren waaruit polypeptiden worden gemaakt zijn aminozuren. c De primaire structuur van een eiwit is de volgorde van de aminozuren in een polypeptidemolecuul. d De ruimtelijke structuur (secundaire, tertiaire en quaternaire structuren) komt voornamelijk tot stand door de vorming van H-bruggen en S-bruggen binnen en tussen de polypeptidemoleculen. e Eiwitten kunnen structuureiwitten zijn: bouwstoffen. Eiwitten kunnen enzymen of biokatalysatoren zijn. Eiwitten spelen een rol bij de energievoorziening en het vervoer van stoffen in je lichaam.


06/05/14 1:08 PM

f

De werking van een enzym is specifiek. Voor elke reactie in je lichaam is een enzym nodig. Er verlopen veel reacties, daarom zijn er ook heel veel verschillende enzymen nodig. g De term ’pH-optimum’ van een enzym’ staat voor de pH waarbij het enzym optimaal werkt.

B 40 a De dichtheid van melk = 1,03 ∙ 103 kg m−3. 1,00 L melk heeft een massa van 1,03 kg. In 1,03 ∙ 103 g melk zit 25 g caseïne. In 100 g melk zit x g caseïne. x=

B 37 O H2N CH2

C OH

Het massapercentage caseïne in melk is 2,4%. b 5 ∙ 109 L melk heeft een massa van 5 ∙ 109 × 1,03 kg = 5,15 ∙ 109 kg In 100 kg melk zit 2,4 kg caseïne. In 5,15 ∙ 109 kg melk zit y kg caseïne.

glycine, Gly

CH3 CH2 H3C CH O H2N CH C

OH

y=

isoleucine, Ile

CH3 H3C CH H2N

C OH valine, Val

B 41

B 38 a Er is kennelijk een klein verschil in de volgorde van de aminozuren in het rhodopsine van mens en uil. b SH CH2 O

O

H2N CH2 C OH + H2N CH

C OH +

a In 1,0 liter thioglycolzuuroplossing is 1,0 mol thioglycolzuur opgelost. In 90 x 10−3 L thioglycolzuuroplossing is x mol thioglycolzuur opgelost.

CH2 O C OH →

CH

O NH CH2 C N

SH

OH

CH2 O

CH2

CH

H

C

N CH

O C

x= + 3 H2O

H

B 39 a Een faseverandering kun je terugdraaien. b Bij denatureren verandert de ruimtelijke structuur (secundaire, tertiaire en quaternaire) van het eiwit. Daarbij worden H-bruggen en S-bruggen verbroken. c Het temperatuuroptimum van deze enzymen is bij lichaamstemperatuur, dus ongeveer 37 °C. d Bij een temperatuur boven 42 °C denatureert het eiwitgedeelte van een enzym. De ruimtelijke structuur gaat dus verloren.



a Essentiële aminozuren zijn aminozuren die het lichaam niet zelf kan maken, maar die wel nodig zijn om eiwitten te produceren. Ze moeten dus in je voeding voorkomen. b Val, Leu, Ile, Thr, Met, Phe, Trp, His, Lys c Valine, Leucine, Isoleucine, Threonine

C 42

OH H2N

2,4 × 5,15·109 = 1 ∙ 108 kg caseïne 100

Uit 5 miljard liter melk kun je 1 ∙ 108 kg caseïne winnen.

O

CH

100 × 25 = 2,4 g caseïne 1,03 × 103

1,0 × 90·10−3 = 9,0 ∙ 10−2 mol glycolzuur 1,0

b Uit de reactievergelijking lees je af dat voor het verbreken van 1,0 mol zwavelbruggen 2,0 mol glycolzuur nodig is. De molverhouding = 1 : 2 c Door 9,0 ∙ 10−2 mol glycolzuur worden y mol S-bruggen verbroken. y=

1,0 × 9,0·10−2 = 4,5 ∙ 10−2 mol S-bruggen 2

d Uit de reactievergelijking lees je af dat de molverhouding S2O82− : S-bruggen = 1 : 1 Om 4,5 ∙ 10−2 mol S-bruggen te vormen is dus 4,5 ∙ 10−2 mol S2O82−-ionen nodig.

Polymeren 51

06/05/14 1:08 PM

e In 1,0 liter basische oplossing zit 0,1 mol S2O82−. 4,5 ∙ 10−2 mol S2O82−-ionen zit in z L basische oplossing.

C 46 a

H C C H C OH HO C

OH

1,0 × 4,5·10−2 = 5 ∙ 10−1 liter = 5 ∙ 102 mL 0,1 basische oplossing

z=

H

H C

OH

H

O

H2 C H

A 43 a Glucose en fructose zijn monosachariden; lactose en sacharose zijn disachariden; cellulose en zetmeel (= amylose) zijn polysachariden. b Bij fotosynthese ontstaat glucose in groene planten. Vergelijking: 6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) c Zetmeel kan in je lichaam worden afgebroken tot glucose en dat is bestemd voor je energievoorziening. d Glycogeen is een soort energiebuffer in je lichaam. e Cellulose is de bouwstof van celwanden van planten en bomen.

B 44 a – De bieten worden gewassen en in stukjes gesneden. – Ze worden met water gekookt waardoor de suiker wordt geëxtraheerd. – Dan volgt filtratie waarbij het filtraat suikerwater is. – Het filtraat wordt ingedampt. b Bij het koken en het indampen c De suikermoleculen zijn kleiner en hebben veel OH-groepen, zodat er veel H-bruggen kunnen worden gevormd met watermoleculen. In zetmeel zijn de suikereenheden aan elkaar gekoppeld (polycondensatie) en daardoor zijn er minder mogelijkheden over om H-bruggen te vormen.

B 45

OH CH C H C

HO

OH

C OH HO C H

+ H2O →

O

C H C

C

H C

OH

H

OH

OH OH

C H

O H H C OH

H2 C

O

C

C H

OH

OH

OHC

C H2 C

OH

H

CH OH

O

b H3C

CH

C OH

OH C6H12O6(aq) → 2 C3H6O3(aq) Een stof die uit ionen bestaat heet een zout. Ca2+, PO43−, CO32− PO43−(aq) + 3 C3H6O3(aq) → H3PO4(aq) + 3 C3H5O3−(aq) 2− CO3 (aq) + 2 C3H6O3(aq) → H2CO3(aq) + 2 C3H5O3−(aq) → H2O(l) + CO2 + 2 C3H5O3−(aq) g De reacties uit onderdeel f zijn zuur-basereacties: reacties met H+-overdracht. Melkzuur is een zuur: er is een COOH-groep die een H+ kan afstaan. H+-ionen worden overgedragen op de fosfaationen en carbonaationen. Dat zijn namelijk basen: ze kunnen H+-ionen opnemen. h Sorbitol is geen zuur en er wordt in je mond ook geen zuur uit gevormd. Er kan dus geen zuur-basereactie plaatsvinden met de ionen uit het tandglazuur.

c d e f

10.5 Je lichaam is een reactievat

a 18 kg zetmeel zit in 100 kg aardappelen. 7,0 ∙ 103 kg zetmeel zit in x kg aardappelen. 100 × 7,0·103 = 3,9 ∙ 104 kg aardappelen x= 18 b (C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6 c Volgens de wet van behoud van massa is de totale massa van zetmeel + water gelijk aan die van glucose. Er zal dus in theorie meer dan 7,0 ∙ 103 kg glucose kunnen ontstaan.

52 Hoofdstuk 10


A 47 a Eiwitten, vetten, koolhydraten, mineralen, vitamines en water b Eiwittten worden afgebroken tot aminozuren. Hieruit maakt je lichaam eigen eiwitten die onder andere dienst doen als structuureiwitten of als enzymen. Vetten worden afgebroken tot glycerol en vetzuren. De vetzuren worden onder andere gebruikt voor de bouw van lichaamscellen.


06/05/14 1:08 PM

Koolhydraten worden afgebroken tot glucose. Dat zorgt voor de energievoorziening in je lichaam. Mineralen worden onder andere ingebouwd in enzymen. Vitamines versterken onder andere de werking van sommige enzymen. Water is nodig voor de hydrolysereacties in je lichaam en voor het transport van stoffen. c Essentiële vetzuren zijn vetzuren die in je voedsel voor moeten komen omdat je lichaam ze niet zelf kan maken, maar ze wel nodig heeft. d Sporenelementen zijn de atoomsoorten die je in heel kleine hoeveelheden nodig hebt, onder andere voor het vormen van enzymen.

b Een pakje margarine bevat 250 × 20 = 5,0 ∙ 103 IE vitamine A = 1,5 mg vitamine A. 1,0 IE vitamine A = x mg vitamine A x=

1,0 × 1,5 = 3,0 ∙ 10−4 mg vitamine A 5,0·103

B 51 H

a

H H

C

H- - - O

B 49 a In een onverzadigd vetzuur komen één of meer dubbele bindingen voor tussen twee C-atomen. b Met behulp van broomwater. Broom addeert aan de dubbele binding(en) waardoor de bruine kleur verdwijnt. c O H2C O

C

C17H31

C

C17H31 + 3 H2O

C

H2C

H2N

CH2

C

N

CH

C

N

H

CH

+ 2 H2O →

C O

H CH3

OH

O

OH + 3 HO

C

CH3

CH2 O

C17H31

OH

a Moleculen vitamine A zijn hydrofoob, vet is ook hydrofoob. Vitamine A en vet mengen daardoor goed. Moleculen vitamine C zijn hydrofiel. Ten gevolge van het grote aantal –OH-groepen kunnen ze H-bruggen vormen met watermoleculen. Vitamine C lost goed op in water.


N

H

a De crosslinks in insuline zijn zwavelbruggen. CH3 b

lipase

B 50


C

C 52

C17H31

HC

H- - - N

H

H

H2C

H- - -N H H O H

CH3 CH2 H3C CH O O H3C CH O

O O

C

H b Het is een molecuulrooster. c Ureum: CH4N2O. Mr = 12,01 + (4 × 1,008) + (2 × 14,01) + 16,00 = 60,06 u Azijnzuur: C2H4O2. Mr = (2 × 12,01) + (4 × 1,008) + (2 × 16,00) = 60,05 u d In ureum kunnen per molecuul meer H-bruggen worden gevormd dan in azijnzuur. Hierdoor zijn er sterkere bindingen tussen de ureummoleculen en heeft ureum dus een hoger smeltpunt.

O O

N

H

H- - - O

H

a Cellulose kan in je spijsverteringsstelsel niet worden verteerd. b Er worden dan onvoldoende voedingsstoffen uit je voeding omgezet (in monomeren) en via de wand van de dunne darm in het bloed opgenomen.

H2C

H

O- - - H

B 48

HC

N

O

N

O

H2N CH2 C OH

H3C CH

H3C CH O

+ H2N

CH C

OH

+ H2N

CH

O C O

A 53 a De schijf van vijf is een hulpmiddel om tot een verstandige keuze van voedingsmiddelen te komen. Elke dag moet je uit alle vijf de vakken voedingsmiddelen eten en ook nog in de juiste verhouding. Daarbij moet je de vijf regels in acht nemen. b De energie (kcal en kJoule) en de hoeveelheid water, eiwitten, vet (verzadigd en onverzadigd), cholesterol, koolhydraten, suikers, vitamines en mineralen per 100 g voedingmiddel.

Polymeren 53

06/05/14 1:08 PM

B 54 a BMI staat voor Body Mass Index. b Body Mass Index =

lichaamsgewicht (in kg) (lichaamslengte)2 (in meter)

C 55 a Zie de volgende tabel. eiwitten g

vetten g

koolhydraten g

250 g bruin brood

2,5 × 7,0 = 17,5

2,5 × 3,7 = 9,3

2,5 × 45,6 = 114,0

40 g margarine

0,40 × 0 = 0

0,40 × 80 = 32,0

0,40 × 1 = 0,4

40 g Goudse kaas 48+

0,40 × 25,5 = 10,2

0,40 × 32,5 = 13,0

0,40 × 0 = 0

50 g leverworst

0,50 × 18,8 = 9,4

0,50 × 25,2 = 12,6

0,50 × 1,8 = 0,9

50 g honing

0,50 × 0,4 = 0,2

0,50 × 0 = 0

0,50 × 75,5 = 37,8

250 g volle melk

2,5 × 3,7 = 9,3

2,5 × 3,4 = 8,5

2,5 × 4,3 = 10,8

totaal

46,6

75,4

163,9

C 56

b Zie de volgende tabel. energie 250 g bruin brood

2,5 × 1076 = 2690 kJ

40 g margarine

0,40 × 2977 = 1191 kJ

40 g Goudse kaas 48+

0,40 × 1636 = 654 kJ

50 g leverworst

0,50 × 1282 = 641 kJ

50 g honing

0,50 × 1290 = 645 kJ

250 g volle melk

2,5 × 261 = 653 kJ

totaal

6,5 ∙ 103 kJ

c De gemiddelde dagelijkse energiebehoefte is 9,60 ∙ 103 kJ tot 1,34 ∙ 104 kJ. 9,6 ∙ 103 = 100% 6,5 ∙ 103 = x% x=

6,5·103 × 100 = 68% 9,6·103

1,34 ∙ 104 = 100% 6,5 ∙ 103 = y% 6,5·103 × 100 = 50% y= 1,3·104 De maaltijd levert dus 50% tot 68% van de dagelijkse energiebehoefte. d Voor een man kost joggen 675 kJ per uur. Hij moet om deze energie te gebruiken dus 6,5·103 = 9,6 uur joggen. 675 e Deze maaltijd bevat vitamine: A, B1, B2, B6, B11, B12, C en D. f Deze maaltijd bevat de mineralen: natrium, kalium, calcium, fosfor, ijzer, magnesium, koper, zink.

54 Hoofdstuk 10


a De bevolking zal toenemen. De welvaart neemt toe zodat steeds meer mensen vlees kunnen betalen. b De term entomofagie betekent het eten van insecten. c Essentiële aminozuren zijn aminozuren die in je voedsel moeten zitten omdat je lichaam ze niet kan aanmaken, maar ze wel nodig heeft. d Aminozuren kunnen door hydrolyse worden vrijgemaakt uit de insecteneiwitten. e In je lichaam worden uit de vrijgekomen aminozuren lichaamseigen eiwitten gemaakt. f Linolzuur is een onverzadigd vetzuur. Op twee plaatsen komt een dubbele binding tussen twee C-atomen voor (Binas tabel 67G). g O H2C O

C

C17H33

O HC

O

C

C17H33

O H2C

O

C

C17H33

h IJzer is belangrijk voor het vormen van hemoglobine en calcium is nodig voor het geraamte en het gebit. i Het eiwitgehalte van rosbief is 28,3 gram per 100 gram, dus 28,3% j In 100 gram rosbief zit 28,3 g eiwit. In 100 gram insecten zit 60 g eiwit. In x g insecten zit 28,3 g eiwit. x=

28,3 × 100 = 47 g insecten 60


06/05/14 1:08 PM

k Koudbloedige dieren nemen de temperatuur van hun omgeving aan en hebben geen energie (dus voer) nodig om hun lichaamstemperatuur op peil te houden zoals zoogdieren. l Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: – Er is minder ruimte nodig om insecten te kweken. – Er is minder uitstoot van broeikasgassen. – Minder verzuring als gevolg van de productie van mest. – Er is minder voer nodig omdat ze koudbloedig zijn. m Antibiotica, om ziektes onder het vee te voorkomen / genezen. Groeistoffen om dieren sneller te laten groeien, en dus sneller te kunnen slachten. n Cochenille, carmijnzuur, carmijn: afkomstig van de schildluis o Het is een rode kleurstof (wordt ook gebruikt in cosmetica), die voorkomt in rode yoghurt en sommige rode vruchtensappen.

10.6 Afsluiting

Molverhouding NaCl : Na+ : Cl− = 1 : 1 : 1 In 6,8 ∙ 10−2 mol NaCl zit 6,8 ∙ 10−2 mol Na+ en 6,8 ∙ 10−2 mol Cl−. De som van het aantal mol Na+- en Cl−-ionen in 4,0 g NaCl = 6,8 ∙ 10−2 × 2 = 1,4 ∙ 10−1 mol. De suikerconcentratie moet zijn: 0,29 − 0,14 = 0,15 mol L−1. 0,15 mol C12H22O11 = y g C12H22O11 Molaire massa C12H22O11 = 342,3 g mol−1

f

y=

0,15 × 342,3 = 51 g C12H22O11 1,000

Anna moet 51 g C12H22O11 oplossen in een liter oplossing waarin ook 4 g NaCl zit.

2 a Molverhouding HCl : H+ = 1 : 1 [H+] = 0,17 mol L−1 pH = −log 0,17 = 0,77 b Een enzym is een (bio)katalysator en wordt dus niet verbruikt. c HCO3− + H+ → H2CO3 → H2O + CO2 d HN NH2 C NH CH2

1

H2C

a De moleculen van de suikers bevatten OHgroepen die waterstofbruggen vormen met watermoleculen. H2C OH H2C OH b H2C OH C C O

C

C

OH CH

C

O

C

O

O

C C

C

OH C

C C

C

OH

OH

C

OH CH

C

OH

+

2

C

OH

OH

C

CH

C

N

CH

HN C

C ~ + H2O →

NH2

NH CH2

O

H2C

C C

OH

H

OH

~N (×1) (×2)

+ 2 C6H8O6 + O2 → 2 C6H6O6 + 2 H2O d K+ e 4,0 g NaCl = x mol NaCl Molaire massa van NaCl = 58,44 g mol−1 x=

CH3 O

+ 2 H2O →

C

c O2 + 4 H + 4 e → 2 H2O C6H8O6 → C6H6O6 + 2 H+ + 2 e− −

H

H2C OH O

OH

+

O

OH

C C

CH2

OH

H2C OH

O

~N

O

OH

O

C

H

CH2

O

CH

C

OH + H

H

CH3

O

N

CH

C~

e Een pH van (ongeveer) 8 houdt in dat er OH− aanwezig is. Er vindt een zuur-basereactie plaats tussen leucine en OH− waarbij de zuurgroep van leucine een H+ overdraagt op OH−. De reactieproducten zijn H2O en het zuurrestion van leucine: tekening 3.

4,0 × 1,000 = 6,8 ∙ 10−2 mol NaCl 58,44



Polymeren 55

06/05/14 1:08 PM

3 a

H

H

H

H

H

H

~C

C

C

C

C

C~

CH3 H

CH3 H

CH3 H

b Het is een vanderwaalsbinding / molecuulbinding. c Elke monomeereenheid bevat acht C-atomen. Daaruit ontstaan bij volledige verbranding acht moleculen CO2. d De massa van 50 bekertjes = 50 × 2,8 = 140 g = x mol monomeereenheden.

56 Hoofdstuk 10


De molaire massa van een monomeereenheid = 104,1 g mol−1. x=

140 × 1,000 = 1,34 mol monomeereenheden. 104,1

Die leveren 8 × 1,34 = 10,8 mol CO2. 10,8 mol CO2 = 10,8 × 24,5 dm3 CO2 = 2,6 ∙ 102 dm3 CO2


06/05/14 1:08 PM

11 Duurzaam produceren 11.1 Ketenanalyse B 1 a (Gefractioneerde) destillatie b Tijdens een destillatie vindt eerst verdamping plaats, dat is een endotherm proces. Daarna vindt condensatie plaats, dat is een exotherm proces. Als tijdens de destillatie geen warmte verloren zou gaan (door afgifte aan de omgeving), zou het netto-effect dus niet exotherm en niet endotherm zijn, maar energieneutraal. Maar er treedt warmteverlies op in de destillatiekolommen, zodat niet alle toegevoerde energie kan worden teruggewonnen. Hierdoor is dit een endotherm proces. c Asfalt wordt gemaakt uit het residu dat na de destillatie overblijft. d Er is voor de destillatie energie nodig en om die energie op te wekken wordt brandstof gebruikt waarbij CO2 wordt uitgestoten. e CO2 draagt bij aan het broeikaseffect. f De effecten van de hele levenscyclus van een product of proces op het milieu worden beschreven bij een ketenanalyse. g Het transport zal in het algemeen plaatsvinden met voertuigen die fossiele brandstof gebruiken waarbij als verbrandingsproduct CO2 ontstaat. h Als de gebruikte voertuigen elektrische energie zouden gebruiken wordt de CO2-uitstoot teruggedrongen.

11.2 Groene productie

c Bij downcycling van afval komt het product terug met een lagere kwaliteit dan het oorspronkelijk had. Bij upcycling hebben de afvalproducten na recycling evenveel waarde als daarvoor en soms zelfs meer. d Groene chemie berust op twaalf regels om productieprocessen zo duurzaam mogelijk te laten verlopen.

B 3 Cradle to Cradle is een filosofie die berust op het ontwerpen van duurzame producten waarbij materiaalkringlopen centraal staan.

B 4 a Er wordt jaarlijks 3,0 ∙ 1010 kg textiel geverfd. Hiervoor is nodig: 100 × 3,0 ∙ 1010 = 3,0 ∙ 1012 L water tot 150 × 3,0 ∙ 1010 = 4,5 ∙ 1012 L water. b Bij verhogen van de druk komen de moleculen van een gas dichter bij elkaar. Als ze dicht genoeg bij elkaar komen, gaan de moleculen elkaar aantrekken en bindingen vormen. Er ontstaat een vloeistof. c Gebruik van CO2 is een vorm van upcycling omdat de textiel kan worden geverfd, waardoor het een beter product wordt. Hierbij wordt geen afvalwater geproduceerd en de gebruikte CO2 kan voor 95% worden hergebruikt. d Regel 1, want afvalwater wordt voorkomen. Regel 3, want er komt geen afvalwater in het milieu. Regel 5, want het oplosmiddel is CO2 en dat is niet giftig. Regel 6, want er is minder energie nodig Regel 7, want de CO2 kan voor 95% worden hergebruikt. e Drydye kost 0,11 kW, dit is

A 2 a Een product of productieproces is duurzaam als het nu en in de toekomst geen schade toebrengt aan de aarde, het milieu of aan andere mensen. b Meer welzijn voor de medewerkers (People), minder belasting voor het milieu (Planet) en meer winst maken (Profit).



0,11 × 100% = 28% 0,40

van de 0,40 kW die het ‘oude’ procedé kostte. Dat levert dus een besparing op van 100 − 28 = 72%.

Duurzaam produceren 57

06/05/14 1:09 PM

B 5 1 Het proces dat nodig is om uit verse melk eerst melkpoeder te maken wordt overbodig. Dat levert een besparing op in energiekosten (regel 6). 2 De ruimte in de voertuigen die voor het vervoer zorgen wordt efficiënter gebruikt. Hierdoor is er een besparing op de transportkosten (energie, regel 6). 3 Het ontstaan van afval wordt verminderd (regel 1), doordat het slachtafval wordt hergebruikt.

OH CH CH

HO b Dieren kun je fokken en koolzaad kan snel groeien: je kunt de voorraad dus voortdurend aanvullen. Aardolie ontstaat pas na hele lange tijd onder extreme temperatuur en druk. Doordat het sneller wordt gebruikt dan het kan ontstaan is het niet duurzaam. c Een vetzuur is een carbonzuur met een lange staart van C-atomen naast de carbonzuurgroep. d Een vast vet is een ester van glycerol en verzadigde vetzuren, een olie is een ester van glycerol en (gedeeltelijk) onverzadigde vetzuren. e O O H2C O

C

C 7H35

H2C O

O

C

C 5H3 of HC

O

O

C

C 5H 3

C

C 5H 3

O

O H2C

C O

O HC

massa gewenste product (theoretisch) × 100%. massa beginstof(fen) d Het rendement is het percentage van de maximaal theoretisch mogelijke opbrengst die in de praktijk wordt gehaald. Rendement van een reactie =

C 6 a H3C

– je afvalstoffen niet giftig zijn of belastend voor het milieu. c De atoomeconomie is het percentage van de massa van de beginstoffen dat terechtkomt in het reactieproduct. Atoomeconomie gewenste product =

C 7H35

H2C

O

C

C 7H35

(De plaatsing van de vetzuren mag ook anders.) CO2 is een gas dat bijdraagt aan het broeikaseffect. Beperking van de uitstoot is goed voor het milieu. g Regel 1, 3, 4, 7

f

A 7 a Een synthese is een productieproces dat meestal in een aantal stappen verloopt. b Een synthese is duurzaam als: – zoveel mogelijk atomen uit de beginstoffen in het gewenste reactieproduct terechtkomen, zodat je zo min mogelijk afval hebt; – zo min mogelijk energie wordt gebruikt en dan bij voorkeur nog uit duurzame bronnen; – je zoveel mogelijk gebruikmaakt van duurzame grondstoffen en je afval hergebruikt;

58 Hoofdstuk 11


massa gewenst product (praktijk) × 100%. massa gewenst product (theoretisch) e De E-factor (E = Environmental) brengt de atoomeconomie van een reactie in verband met het rendement van die reactie. E= massa beginstoffen − massa gewenst product (praktijk) massa gewenst product (praktijk) f

Nee, de atoomeconomie is een theoretisch begrip dat voor elke reactie een vast percentage oplevert. De berekening is gebaseerd op de reactievergelijking en gaat ervan uit dat een reactie voor 100% verloopt. g Ja, de praktische opbrengst bepaal je experimenteel. Die opbrengst hangt af van reactieomstandigheden (hoge druk en/ of temperatuur). De keuze voor bepaalde reactieomstandigheden hangt af van de afweging tussen rendement en bijvoorbeeld de kosten van de benodigde energie.

A 8 a De reactie met de hoogste atoomeconomie voor het gewenste reactieproduct levert het minste afval en is dus het groenst. b Hoe groter het rendement van de reactie, des te kleiner is de waarde van de E-factor. Als het rendement 100% is en er geen bijproducten ontstaan, is de E-factor 0. Dan is er geen afval. c Elke stof heeft zijn eigen vervuilingscoëfficiënt. Water heeft vervuilingscoëfficiënt 0. Hoe giftiger een stof, des te groter is de vervuilingscoëfficiënt.


06/05/14 1:09 PM

B 9 a N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) Molverhouding: 1 : 3 : 2 Massaverhouding: 28,02 : 6,048 : 34,06 Atoomeconomie ammoniak = 34,06 × 100% = 100% 28,02 + 6,048 De totale massa van de beginstoffen is 28,02 + 6,048 = 34,06 u. De massa van het reactieproduct is: 34,06 u. Er is voldaan aan de wet van Lavoisier. b 65% van de theoretische opbrengst = 0,65 × 34,06 = 22,14 u E=

34,06 − 22,14 = 0,54 22,14

c Als het rendement van de reactie hoger wordt, wordt de teller van de breuk kleiner en de noemer groter. De waarde van de breuk neemt dan af: de E-factor wordt kleiner.

B 10 a CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(l) b Molverhouding: CO : CH3OH = 1 : 1 Massaverhouding: CO : CH3OH = 28,01 : 32,04 = 1,0 : x De theoretische opbrengst bij gebruik van 1,0 kg CO = x =

1,0 × 32,04 = 1,14 kg. 28,01

De praktische opbrengst is 0,80 kg. Het rendement van deze reactie = 0,80 × 100% = 70%. 1,14 1,14 − 0,80 c E= = 0,43 0,80

B 11 a De reactie van chloor met etheen heet een additiereactie. b Cl2(g) + C2H4(g) → C2H4Cl2(l) c Het type reactie waarin chloor reageert met ethaan onder invloed van licht heet een substitutiereactie. d Cl2(g) + C2H6(g) → C2H5Cl(l) + HCl(g)



e Vorming dichloorethaan: Molverhouding: 1 : 1 : 1 Massaverhouding: 70,90 : 28,05 : 98,95 Atoomeconomie dichloorethaan: 98,95 × 100,0% = 100,0% 70,90 + 28,05 Vorming monochloorethaan: Molverhouding: 1 : 1 : 1 : 1 Massaverhouding: 70,90 : 30,07 : 64,51 : 36,46 Atoomeconomie van monochloorethaan: 64,51 × 100,0% = 63,89% 70,90 + 30,07 De vorming van dichloorethaan heeft de grootste atoomeconomie en is dus het groenst.

B 12 a Vorming uit methylsalicylaat uit de bladeren van de wintergroenplant is duurzamer. De aardolie zal immers opraken, maar de plant kan opnieuw groeien en daardoor telkens nieuwe bladeren leveren. O b C

O

CH2 CH3

OH

B 13 a 6 H2O(l) + 6 CO2(g) → 6 O2(g) + C6H12O6(aq) b Vorming zuurstof door planten: Molverhouding: 6 : 6 : 6 : 1 Massaverhouding: 108,1 : 264,1 : 192,0 : 180,16 Atoomeconomie zuurstof: 192,0 × 100,0% = 51,59% 108,1 + 264,1 c 2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g) d Vorming zuurstof uit kaliumchloraat: Molverhouding: 2 : 2 : 3 Massaverhouding: 245,1 : 149,1 : 96,00 Atoomeconomie zuurstof: 96,00 × 100,0% = 39,17% 245,1


06/05/14 1:09 PM

e E-factor = massa beginstoffen − massa gewenst product massa gewenst product Voor de vorming van zuurstof door groene planten levert dit op: 108,1 + 264,1 − 192,0 = 0,9385 192,0 Voor de vorming van zuurstof uit kaliumchloraat vind je: 245,1 − 96,00 = 1,5531 96,00 f

De E-factor is het meest gunstig voor de vorming van zuurstof door groene planten. Bovendien kunnen die planten steeds zuurstof blijven produceren! De vorming van zuurstof uit kaliumchloraat is minder duurzaam: het kaliumchloraat raakt op.

C 14 a Ca5(PO4)3F b Ca(H2PO4)2 calciumdiwaterstoffosfaat c In een zak superfosfaat van 10 kg zit 2,0 kg P2O5 = 2,0 ∙ 103 g P2O5 = x mol P2O5. De molaire massa van P2O5 = 141,94 g mol−1. 1,000 × 2,0·103 = 14,09 mol P2O5 x= 141,94 De molverhouding P2O5 : P = 1 : 2. Er is dus 2 × 14,09 = 28,18 mol P = y g P. De molaire massa van P = 30,97 g mol−1. y=

28,18 × 30,97 g = 872,7 g P = 0,8727 kg P 1,000

In 10 kg superfosfaat zit 0,87 kg P. d De molverhouding P: Ca(H2PO4)2 = 2 : 1. 28,18 mol P komt overeen met 14,09 mol Ca(H2PO4)2 = x g Ca(H2PO4)2. De molaire massa van monocalciumfosfaat, Ca(H2PO4)2 = 234,05 g mol−1. 14,09 × 234,05 = 3297,8 g = 3,3 kg x= 1,000 monocalciumfosfaat e Ca(H2PO4)2(s) → Ca2+(aq) + 2 H2PO4−(aq) f Het fosfaat uit zeewater wordt gebonden in eiwit, maar als het eiwit weer wordt afgebroken komt het fosfaat weer vrij en kan in de fosfaatkringloop worden opgenomen.

60 Hoofdstuk 11


g De teelt van zeewieren als bron van eiwitten is een duurzaam proces doordat fosfor op deze manier telkens kan worden hergebruikt. Zeewier zal telkens opnieuw groeien, dus het vormt een bron van eiwit die niet uitgeput raakt.

11.3 Blokschema’s en energiebalansen A 15 a Bedrijven die relatief kleine hoeveelheden van een stof maken houden zich bezig met fijnchemie: bijvoorbeeld de farmaceutische industrie. Bedrijven die enorme hoeveelheden van één product maken houden zich bezig met bulkchemie: bijvoorbeeld de hoogovens. b Bij een batchproces wordt een afgeronde hoeveelheid van een product gemaakt. Bij een continuproces worden grote hoeveelheden van een stof geproduceerd tijdens een volledig geautomatiseerd proces dat 24 uur per dag doorgaat.

B 16 a Een batchproces is vaak ingewikkeld. De vaten worden handmatig gevuld en geleegd, daarvoor zijn veel mensen nodig: er moet steeds iemand bij zijn. b Bij een continuproces kunnen vaten op een constante temperatuur en druk worden gehouden. Dit kost minder energie dan het telkens moeten verwarmen en afkoelen zoals dat bij een batchproces voor kan komen. c Dit is een batchproces. De bakker maakt immers telkens een aantal broden en begint dan weer opnieuw. Bovendien bakt hij niet voortdurend hetzelfde soort brood, maar elke ‘batch’ kan weer anders zijn dan de vorige.

A 17 a Een blokschema is een manier om de verschillende stappen in een productieproces overzichtelijk weer te geven. b Elk blok stelt een onderdeel van het totale proces voor. c De pijlen geven de aan- en afvoer van de verschillende stoffen aan.


06/05/14 1:09 PM

B 18 a – Steenzout uit de bodem extraheren met water en de zoutoplossing naar boven pompen. – De vaste bestanddelen verwijderen door filtratie. – De calcium- en magnesiumionen verwijderen met behulp van een sodaoplossing. Beide ionsoorten slaan neer met carbonaationen. – De sulfaationen verwijderen met behulp van een bariumchloride-oplossing. De sulfaationen slaan neer met bariumionen. – De neerslagen verwijderen door filtratie. In het filtraat zitten nu voornamelijk nog natriumionen en chloride-ionen. – Het filtraat indampen. Er blijft NaCl over. b Zie figuur 11.1. Reacties in blok 3: Ca2+(aq) + Mg2+(aq) + 2 CO32−(aq) → CaCO3(s) + MgCO3(s) Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s)

Molverhouding NaCl : Cl2 = 2 : 1 Er moet dus 2 × 2,82 ∙ 106 mol reageren = 5,64 ∙ 106 mol NaCl = y g NaCl. Molaire massa NaCl = 58,443 g mol−1 y=

58,443 × 5,64·106 = 3,3 ∙ 108 g NaCl = 1,000

3,3 ∙ 102 ton NaCl

B 19 Zie figuur 11.2. N2(g)

reactievat + katalysator

N2(g) + H2(g) + NH3(g)

N2(g) + H2(g)

H2(g)

koelsysteem

NH3(l)

11.2

Reactie in blok 5: Na+(aq) + Cl−(aq) → NaCl(s) c 2 NaCl(l) → 2 Na(l) + Cl2(g) d Atoomeconomie van chloor: Molverhouding: 2 : 2 : 1 Massaverhouding: 116,89 : 45,98 : 70,90

C 20 a Stap 1: 4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(l) Stap 2: 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) Stap 3: 3 NO2(g) + H2O(l) → 2 H+(aq) + 2 NO3−(aq) + NO(g) b Voor stap 2 geldt: Molverhouding: 2 : 1 : 2 Massaverhouding: 60,02 : 32,00 : 92,02 Bij een rendement van 80% ontstaat: 0,80 × 92,02 = 73,62 u van het gewenste product. De E-factor van stap 2 is dan:

Atoomeconomie chloor = 70,90 × 100,0% = 60,66% 116,89 e 2,0 ∙ 102 ton Cl2 = x mol Cl2 De molaire massa van Cl2 = 70,906 g mol−1. x=

(60,02 + 32,00) − 73,62 = 0,2499. 73,62

1,000 × 2,0·102 × 106 = 2,82 ∙ 106 mol Cl2 70,906

water

steenzoutextractie in bodem

steenzoutoplossing

filtratie

soda-oplossing

bariumchloride-oplossing

H2O(g)

neerslagreactie + filtratie

neerslagreactie + filtratie

indampen

steenzoutoplossing

vaste bestanddelen

CaCO3(s) MgCO3(s)

steenzoutoplossing

NaCloplossing

NaCl(s)

BaSO4(s)

11.1




06/05/14 1:09 PM

c Zie figuur 11.3. NO + O2 O2 NH3 I

NO + H2O

II

NO2 + NO + O2 + H2O

scheiding

O2 NO2 + H2O

III

H2O

H+(aq) + NO3–(aq)

11.3

C 21 a In blok A vindt extractie plaats van de olie uit de zaden. Deze scheidingsmethode berust op het verschil in oplosbaarheid van de olie en de rest van de zaden in hexaan. b In blok B wordt de oplossing van olie in hexaan gescheiden van de rest van de zaden. Dat gebeurt door filtratie. Deze scheidingsmethode berust op het verschil in deeltjesgrootte van de zaadresten en de oplossing. c In blok D worden olie en hexaan van elkaar gescheiden door destillatie. Deze scheidingsmethode berust op het verschil in kookpunt van olie en hexaan. d De letter C stelt de zaadresten voor die als residu achterblijven na de filtratie in blok B. De letter E stelt hexaan voor dat na de destillatie in blok D wordt teruggevoerd naar blok A. Daar doet het weer dienst als extractiemiddel voor de olie.

C 22 a In reactor 1 zijn de oxiden van zink en van zwavel ontstaan. Het zinkerts heeft dus gereageerd met O2. b De beginstoffen van de reactie gaan reactor 2 in. Dat zijn ZnO en 2 H+(aq) + SO42−(aq). De reactieproducten worden uit reactor 2 gevoerd: Zn2+(aq) + SO42−(aq). ZnO heeft dus gereageerd met 2 H+(aq). O2− is een base. De reactie is dus een zuur-basereactie. ZnO(s) + 2 H+(aq) → H2O(l) + Zn2+(aq) c In reactor 3 worden de volgende deeltjes naar binnen geleid: Zn2+(aq), SO42−(aq), Cd2+(aq) en stof X. De volgende deeltjes komen naar buiten: Zn2+(aq), SO42−(aq) en Cd. 62 Hoofdstuk 11


Cd2+ heeft dus gereageerd met stof X onder vorming van Cd. Daarbij heeft Cd2+ e- opgenomen afkomstig van de reductor X. De reductor X moet veranderd zijn in Zn2+ of SO42−. Er komt geen andere stof uit reactor 3. Red X kan dus alleen maar Zn zijn. Er is geen RED waar uitsluitend SO42− uit ontstaat. d Per liter oplossing reageert in reactor 4 aan de negatieve elektrode 2,30 − 0,55 = 1,75 mol Zn2+. Molverhouding Zn2+: Zn = 1 : 1 Per liter oplossing ontstaat dus 1,75 mol Zn. Per uur wordt 250 m3 oplossing behandeld. Daarbij ontstaat dus 250 ∙ 103 × 1,75 = 4,375 ∙ 105 mol Zn = x g Zn. Molaire massa Zn = 65,38 g mol−1 65,38 × 4,375·105 = 2,86 ∙ 107 g Zn = 1,000 2,86 ∙ 104 kg Zn x=

e In reactor 1 ontstaat SO2-gas. In reactor 3 ontstaat Cd. In reactor 4 ontstaat bij de elektrolyse van de zinksulfaatoplossing aan de positieve elektrode O2 en H+. f – SO2 is een verzurend gas. Bovendien is het schadelijk voor je gezondheid. Dat blijkt uit de gegevens in Binas tabel 97. – Cd is een zwaar metaal. Het is schadelijk voor het milieu. Het kan worden ingebouwd in de voedselketen en levert zo gevaar voor de volksgezondheid. – O2 en H+ zijn onschadelijk.


06/05/14 1:09 PM

A 23

A 24 Tijdens een exotherm proces raken de beginstoffen energie kwijt aan de omgeving. Dat houdt in dat de chemische energie van de beginstoffen groter is dan van de reactieproducten. Daardoor levert het energie-effect: ΔE = Ereactieproducten − Ebeginstoffen een negatief getal op. Tijdens een endotherm proces krijgen de beginstoffen er energie uit de omgeving bij. De chemische energie van de reactieproducten is daardoor groter dan die van de beginstoffen. Daardoor levert het energie-effect: ΔE = Ereactieproducten − Ebeginstoffen een positief getal op.

B 25 a ΔE = Ewater 100° − Ewater 20° = +3,34 ∙ 104 J b De verdampingswarmte van water (Binas tabel 11) is: 2,26 ∙ 106 J kg−1. Voor het verdampen van 100 g water is dan nodig: 2,26 ∙ 105 J. c ΔE = Ewaterdamp 100° − Ewater 100° = +2,26 ∙ 105 J d Zie figuur 11.4.



H2O(g) 100 °C

energie

a Een proces is exotherm als de beginstoffen energie aan de omgeving afstaan. Een proces is endotherm als de beginstoffen energie vanuit de omgeving opnemen. b De wet van behoud van energie houdt in dat bij een proces geen energie verloren gaat. Energie wordt alleen omgezet van de ene vorm in de andere. c De energiebalans van een proces komt erop neer dat voor elk proces geldt: het energie-effect is gelijk aan het verschil in chemische energie, ΔE, van de reactieproducten en de beginstoffen. d Een energiediagram is een grafische weergave van het energie-effect van een proces. Je leest er de activeringsenergie en de reactiewarmte uit af. e De vormingswarmte van een verbinding is de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij, of nodig is voor het vormen van één mol van de verbinding uit de elementen. De vormingswarmte van een element is nul. f De reactiewarmte van een reactie bereken je met behulp van de reactievergelijking en de vormingswarmten van alle stoffen uit de reactievergelijking.

DE = + 2,26 · 105 J

H2O(l) 100 °C H2O(l) 20 °C

DE = + 3,34 · 104 J

11.4

B 26 a 2 ZnS(s) + 3 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g) b De vormingswarmte (Binas tabel 57): 2 ZnS (sphaleriet): 2 × −2,06 ∙ 105 J = −4,12 ∙ 105 J 3 O2: 3×0=0J 2 ZnO: 2 × −3,51 ∙ 105 J = −7,02 ∙ 105 J 2 SO2: 2 × −2,97 ∙ 105 J = −5,94 ∙ 105 J De energiebalans van deze reactie is: Reactiewarmte = ΔE = vormingswarmte reactieproducten − vormingswarmte beginstoffen. Reactiewarmte = ΔE = (−7,02 ∙ 105 J + (−5,94 ∙ 105 J)) − (−4,12 ∙ 105 J + 0 J) = −8,84 ∙ 105 J c Het energie-effect van deze reactie is een negatief getal. De reactie is dus een exotherm proces.

B 27 a De totale energie van je lichaam is opgeslagen in glycogeen en vetweefsel. b De opgenomen energie komt uit je voedsel. c Je lichaam heeft onder andere energie nodig om de lichaamstemperatuur op peil te houden, te groeien en te bewegen. d De energiebalans van je lichaam kan verstoord worden door te veel /of te weinig voeding en door verbruik van te veel of te weinig energie (bijvoorbeeld voor lichaamsbeweging).


06/05/14 1:09 PM

C 28

A 30

a 3 C + CaO → CaC2 + CO CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + C2H2 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– + 3 C + CaO + CaC2 + 2 H2O → CaC2 + CO + Ca(OH)2 + C2H2 3 C + CaO + 2 H2O → CO + Ca(OH)2 + C2H2 b De vormingswarmte (Binas tabel 57): 3 C: 3×0=0J CaO: 1 × −6,35 ∙ 105 J = −6,35 ∙ 105 J 2 H2O: 2 × −2,86 ∙ 105 J = −5,72 ∙ 105 J CO: 1 × −1,105 ∙ 105 J = −1,105 ∙ 105 J Ca(OH)2: 1 × −9,85 ∙ 105 J = −9,85 ∙ 105 J C2H2: 1 × +2,27 ∙ 105 J = +2,27 ∙ 105 J De energiebalans van deze reactie is: Reactiewarmte = ΔE = vormingswarmte reactieproducten − vormingswarmte beginstoffen. Reactiewarmte = ΔE = (−1,105·105 J + (−9,85·105 J) + 2,27·105 J) − 0 J + (−6,35·105 J) + (−5,72·105 J)) = +3,39·105 J c Het energie-effect is een positief getal, dus het proces is endotherm. d Zie figuur 11.5.

a Een warmtewisselaar draagt warmte die tijdens het proces ontstaat en moet worden afgevoerd over aan stoffen die moeten worden opgewarmd. b Bij gebruik van een warmtewisselaar bespaar je energie doordat de warmte niet nutteloos wordt afgevoerd, maar wordt gebruikt voor het verwarmen van andere stoffen. (Daar zou anders immers op een andere manier, dus meer energie voor nodig zijn.) Gebruik van een warmtewisselaar spaart energie en geld.

energie

CO + Ca(OH)2 + C2H2

DE = + 3,39 · 105 J

B 31 a Fossiele brandstoffen raken op. Bovendien komt er bij de verbranding van fossiele brandstoffen in korte tijd veel CO2 vrij waardoor het broeikaseffect wordt versterkt. b Duurzame energiebronnen zijn de zon, de aarde, water en wind. De zon is duurzaam omdat het nog vele miljarden jaren zal duren voor de zonneenergie is opgebruikt. De aarde is van binnen warm. Die warmte kan heel goed worden gebruikt om energie op te wekken zonder dat daardoor schade aan het milieu ontstaat. Water en wind raken niet op en kunnen op verschillende manieren worden gebruikt om energie op te wekken. Zie ook paragraaf 9.4.

11.4 Productie van metalen

3C + CaO + 2H2O

A 32 11.5

A 29 a 1 Zorgen dat de energie uit duurzame bronnen wordt gewonnen. 2 Zorgen dat energie zoveel mogelijk wordt hergebruikt. b 1 Energie uit duurzame bronnen raakt niet op en is minder belastend voor het milieu. 2 Hergebruik van energie spaart energie: er is in totaal minder nodig.

64 Hoofdstuk 11


a – Elektrisch geleidingsvermogen – Buigzaamheid – Fase bij kamertemperatuur – Vormen legeringen – Corrosiegevoeligheid b Een legering is een afgekoeld en gestold mengsel van samengesmolten metalen. c Corrosiegevoeligheid is het vermogen om te reageren met zuurstof en vocht. d Edele metalen zijn zilver, platina en goud; halfedele metalen zijn koper en kwik; zeer onedele metalen zijn kalium, natrium, calcium en barium. De andere metalen (ijzer, zink enzovoort) zijn allemaal onedel.


06/05/14 1:09 PM

e Aluminium vormt een beschermende oxidelaag waardoor het metaal niet verder kan reageren met de buitenlucht. Een onedel metaal als ijzer vormt korrels roest. Daartussendoor kan het metaal verder reageren met de buitenlucht. f Metalen kennen onder andere de volgende toepassingen: – ijzer in bruggen, gewapend beton, autocarrosserieën en blikjes; – aluminium in bouwconstructies en in de vliegtuigbouw; – koper in elektriciteitsbedrading en muntgeld; – tin en lood voor dakbedekkingen en als beschermend laagje op ijzeren voorwerpen; – zeldzame aardmetalen in elektronica; – blik om voedsel in te verpakken.

y=

1,000 × 10 = 0,084 mol Sn 118,7

Molverhouding: Cu : Sn = 1,4 : 0,084 = 17 : 1,0 c In een bronzen beeld dat 1,5 kg weegt zit 0,90 × 1,5 kg koper = 1,35 kg = 1,35 ∙ 103 g Cu = z mol Cu. Molaire massa Cu = 63,55 g mol−1 z=

1,000 × 1,35·103 = 21,24 mol Cu 63,55

De molverhouding CuO : Cu = 1 : 1. Je hebt dan nodig 21,24 mol CuO = p g CuO. De molaire massa van CuO = 79,55 g mol−1. p=

21,24 × 79,55 = 1690 g = 1,7 kg CuO 1,000

B 33

A 37

a Het rooster is opgebouwd uit positieve ionen die regelmatig zijn gerangschikt in een metaalrooster en vrije elektronen die langs de positieve ionen bewegen. Doordat er geladen deeltjes (elektronen) zijn die kunnen bewegen is geleiding van stroom mogelijk. b In een metaalrooster treedt nauwelijks verandering op als de lagen van positieve ionen langs elkaar schuiven. De aantrekkingskracht tussen de ionen en de vrije elektronen verandert niet.

a IJzer wordt gemaakt uit ijzererts. b IJzer wordt geproduceerd in een hoogoven. c In ruw ijzer is het koolstofgehalte veel hoger dan in staal (in staal zijn ook andere metalen zoals bijvoorbeeld Ni en/of Cr bijgemengd). d In een oxystaalconvertor wordt het koolstofgehalte van het ijzer teruggebracht. e Je kunt staal gieten, walsen of extruderen. f Blik is een uiterst dunne plaat staal, bedekt met een laagje tin.

B 34

B 38

Een legering is minder buigzaam dan een zuiver metaal doordat in het rooster van de legering ionen van verschillende afmetingen zitten. De verschillende lagen schuiven niet zo gemakkelijk meer langs elkaar.

De blikjes worden hergebruikt als bouwmateriaal voor een huis dat meer waard is dan de blikjes. Het is dus een vorm van upcycling.

B 39 B 35 Zowel de ring als het midden bestaat voor 75% uit koper. De munt weegt 7,50 g. De hoeveelheid koper in de munt = 0,75 × 7,50 = 5,6 g.

C 36 a Brons bestaat uit 90% koper en 10% tin. b Massaverhouding: Cu : Sn = 90 : 10 90 g Cu = x mol Cu 10 g Sn = y mol Sn Molaire massa Cu = 63,55 g mol−1 Molaire massa Sn = 118,7 g mol−1 x=

Fe2O3(s) + 3 C(s) → 3 CO(g) + 2 Fe(s) 2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g)

B 40 100 ton ruw ijzer bevat 5,0 ton C. Na behandeling bevat 100 ton staal 0,5 ton C. Uit 100 ton ruw ijzer is dus 5,0 − 0,5 = 4,5 ton C verwijderd. Uit 1 ton ruw ijzer is verwijderd: 4,5 / 100 = 4,5 ∙ 10−2 ton C = 4,5 ∙ 10−2 × 103 = 45 kg C.

1,000 × 90 = 1,4 mol Cu 63,55




06/05/14 1:09 PM

C 41 a,b 2 Fe2O3(s) + 3 C(s) → 4 Fe(l) + 3 CO2(g) ↑ 4 × 3 e− ↓ c 2 Fe2O3: 2 × −8,24 ∙ 105 J = −1,648 ∙ 106 J 3 C: 3×0=0J 4 Fe: 4×0=0J 3 CO2: 3 × −3,935 ∙ 105 J = −1,1805 ∙ 106 J De energiebalans van deze reactie is: reactiewarmte = ΔE = vormingswarmte reactieproducten − vormingswarmte beginstoffen. Reactiewarmte = ΔE = (0 J + (−1,1805 ∙ 106J)) − (−1,648 ∙ 106 J + 0 J) = +4,675 ∙ 105 J d Het energie-effect is een positief getal, dus het proces is endotherm.

Molverhouding Al: Al2O3 = 2 : 1 Er kan maximaal ontstaan 2 × 9,81 ∙ 103 = 1,96 ∙ 104 mol Al = y g Al. Molaire massa Al = 26,98 g mol−1 y=

1,96·104 × 26,98 = 5,3 ∙ 105 g Al = 1,000

5,3 ∙ 105 × 10−6 = 0,53 ton Al c Het smeltpunt van aluminiumoxide bij normale druk is: 2327 K. Dat is dus de minimale temperatuur die het aluminiumoxide moet hebben in de elektrolyseovens. d Er is energie nodig om het aluminiumoxide te laten smelten en er is energie nodig voor de elektrolyse van het gesmolten aluminiumoxide.

A 42 a De grondstof waaruit aluminium wordt gemaakt heet aluminiumerts of bauxiet. b Het proces waarin aluminium wordt gemaakt is een elektrolyseproces. c Tijdens de vorming van aluminium wordt elektrische energie omgezet in chemische energie.

C 45 a 2 Fe2O3(s) + 3 C(s) → 4 Fe(l) + 3 CO2(g) Molverhouding: 2 : 3 : 4 : 3 Massaverhouding: 319,34 : 36,03 : 223,4 : 132,03 223,4 Atoomeconomie Fe = × 100,0% = 319,34 + 36,03 62,86 %

B 43 b 2 Al2O3(l) → 4 Al(l) + 3 O2(g) Molverhouding: 2 : 4 : 3 Massaverhouding: 203,92 : 107,92 : 96,00

Zie figuur 11.6.

B 44 a 2 Al2O3(l) → 4 Al(l) + 3 O2(g) b 1,0 ton Al2O3 = 1,0 ∙ 106 g Al2O3 = x mol Al2O3 Molaire massa Al2O3 = 101,96 g mol−1 x=

Atoomeconomie Al =

107,92 × 100,00% = 52,923% 203,92

1,000 × 1,0·106 = 9,81 ∙ 103 mol Al2O3 101,96

hulpstoffen

bauxiet

ertszuivering

afgas

aluminiumoxide

elektrolyse

aluminium

verwerking

aluminiumlegeringen

ertsafval

11.6

66 Hoofdstuk 11



06/05/14 1:09 PM

c Als je alleen naar de atoomeconomie kijkt is de winning van ijzer het groenst. Er komen natuurlijk nog veel meer factoren die moeten worden meegerekend. Denk aan de prijs van de grondstoffen, de prijs (ter plaatse) van de energie, de hoeveelheid energie die nodig is, het afval (bij de hoogoven kans op uitstoot van koolstofdioxide), maar vooral ook de mogelijkheid om ijzer en aluminium te recyclen. Dat laatste is voor aluminium veel goedkoper en gemakkelijker. Al met al kun je met zo weinig gegevens niet goed voorspellen welk proces het groenst is.

A 46 a De verduurzaming van productieprocessen is gebaseerd op de drie P’s: People, Planet, Profit. b – Het ijzererts moet duurzaam worden gedolven. – Betere productietechnieken moeten zorgen voor minder uitstoot van vervuilende stoffen en minder energiegebruik. – Grondstof sparen door meer gebruik van gebruikt staal (bovendien besparing tot 70% op energie mogelijk). – Gebruik van biobrandstoffen om de hoogoven op temperatuur te houden levert een bijdrage aan het terugdringen van het broeikaseffect. c – Door modernisering van de productieunits kan het energiegebruik enorm worden teruggedrongen. – De benodigde energie moet men zoveel mogelijk uit duurzame bronnen halen. Bijvoorbeeld waterkrachtcentrales. – Vermindering van de uitstoot aan schadelijke stoffen en veiliger behandeling van vast afval. – Recycling van aluminium levert een grote bijdrage aan een duurzamer proces. Verbeteringen van de bestaande recyclingtechnieken. d Een LCA is een levenscyclusanalyse, een ketenanalyse. Maatregelen om een proces te verduurzamen worden afgeleid uit de LCA.



B 47 a

Sc

Scandium

Gd

Gadolinium

Y

Yttrium

Tb

Terbium

La

Lanthanium

Dy

Dysprosium

Ce

Cerium

Ho

Holmium

Pr

Praseodymium

Er

Erbium

Nd

Neodymium

Tm

Thulium

Pm

Promethium

Yb

Ytterbium

Sm

Samarium

Lu

Lutetium

Eu

Europium

b Elektronicafabrikanten verwerken ze in bijvoorbeeld smartphones en flatscreens, de auto-industrie gebruikt ze in de batterijen van elektrische auto’s en ze zijn aanwezig in spaarlampen en windmolens. c Door terugwinnen, recyclen van deze metalen neemt de vraag naar nieuwe grondstof af en dit kan dus een manier zijn om duurzamer en minder afhankelijk van China te werken.

C 48 De productie van nieuw aluminium kost enorm veel energie (smelten van de aluminiumoxide en de elektrolyse) terwijl gerecycled aluminium die processen niet meer hoeft te doorlopen en heel gemakkelijk kan worden verwerkt.

11.5 Productie van kunststoffen A 49 a Een aardoliefractie ontstaat bij de destillatie van aardolie. Het is een mengsel van (vloei)stoffen waarvan de kookpunten dicht bij elkaar liggen. b Omdat een aardoliefractie een mengsel is, heeft het een kooktraject. Alleen zuivere stoffen koken bij een constante temperatuur. Die hebben een kookpunt. c Bij het kraken van de naftafractie ontstaan onder andere etheen en propeen.


06/05/14 1:09 PM

B 50 a De algemene formule van de alkanen is CnH2n+2. De molecuulformule van decaan is C10H22. De molecuulformule van propaan is C3H8. De algemene formule van de alkenen is CnH2n. De molecuulformule van hept-1-een is C7H14. De reactievergelijking voor de kraakreactie is: C10H22 → C7H14 + C3H8 H3C H3C

CH2 CH2

CH2

CH2

CH3

CH2

H2C

CH2

CH2

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH2

→

CH2

CH3

b Bijvoorbeeld: C10H22 → C8H16 + C2H4 De reactieproducten zijn hier octaan en etheen.

B 51 a Zie Binas tabel 42B. Het kookpunt van methaan is 112 K. Het kookpunt van etheen is 169 K. Het kookpunt van propeen is 225 K. b De drie stoffen zijn alle drie gassen bij kamertemperatuur (298 K). De kookpunten liggen vrij ver uit elkaar. Ze kunnen dus gescheiden worden door ze af te koelen. Eerst wordt de stof met het hoogste kookpunt vloeibaar, dat is propeen. Dan etheen en als laatste methaan. Achtereenvolgens kan dus propeen, etheen en methaan als vloeistof worden afgetapt.

ton aardolie

100

x

ton nafta

19

2 ∙ 106

x=

100 × 2·106 = 1 ∙ 107 ton aardolie 19

b Olieraffinaderijen leveren de grondstof voor naftakrakers. Die leveren op hun beurt weer grondstoffen voor de kunststoffabrieken. Als deze industrieën dicht bij elkaar staan, hoeven de stoffen niet over grote afstanden vervoerd te worden. Dat voorkomt onnodige risico’s en bovendien is het goedkoper het kost minder brandstof en veroorzaakt minder CO2-uitstoot. c Ruwe aardolie wordt aangevoerd met zeetankers. Die kunnen niet in Oost-Nederland komen. Dergelijke grote industrieën worden dus gebouwd in de buurt van een zeehaven.

B 53 a De aardolie wordt eerst gedestilleerd. Daarna wordt de naftafractie gekraakt. De reactieproducten worden gescheiden. Het reactieproduct etheen wordt gepolymeriseerd. Hierbij ontstaat polyetheen. b Zie figuur 11.7.

C 54 a H2C

CH H2C

CH H2C

CH →

CH3

CH3

CH3

CH2 CH CH2 CH CH2 CH

B 52 a 5 ∙ 105 ton etheen komt uit 2 ∙ 106 ton nafta. 19% van de massa van aardolie bestaat uit nafta. Dat wil zeggen: in 100 ton aardolie zit 19 ton nafta. Hiermee kun je uitrekenen in hoeveel aardolie 2 ∙ 106 ton nafta zit.

overige fracties

aardolie

I destillatie

CH3

CH3

CH3

b Elk monomeermolecuul moet zowel een zuurgroep (−COOH) als een hydroxygroep (−OH) bevatten. c De ontstane ester is geen copolymeer omdat hij is ontstaan uit maar één soort monomeer.

overige kraakproducten

nafta

II kraken

kraakproducten

III scheiding

etheen

IV polymerisatie

polyetheen

11.7

68 Hoofdstuk 11



06/05/14 1:09 PM

d In het ene monomeermolecuul komen twee zuurgroepen voor, in het andere monomeermolecuul komen twee hydroxygroepen voor. e De ontstane ester is een copolymeer omdat deze is ontstaan uit twee verschillende soorten monomeermoleculen. O CH2 CH2 CH2 O C CH2 C O CH2 CH2 CH2 O C C f O

O O

O

Polyvinylchloride: kozijnen, buizen, flessen (voor chemicaliën, lijm, …) c Polyvinylchloride heet polychlooretheen. CH2 CH CH2 CH CH2 CH d Cl

a Biobased plastics zijn kunststoffen die zijn ontstaan uit biomassa. b Eerste generatie biomassa bestaat uit gewassen die ook als voedsel kunnen dienen. Tweede generatie biomassa is plantaardig afval. c vergisting d H3C CH2 OH → H2C CH2 + H2O

B 56 a n C2H4 → (C2H4)n Alle atomen van de beginstof zitten in het reactieproduct. De atoomeconomie is dan 100%. De bron waaruit het etheen is ontstaan doet er niet toe: de eigenschappen van etheen en de bouw van de moleculen is hetzelfde. b Als etheen wordt gewonnen uit biomassa, zeker als dat tweede generatie biomassa is, kost het geen dure grondstof: het helpt juist afval op te ruimen. Gebruik van aardolie kost grondstof die toch al schaars wordt.

B 57 De structuur van moleculen bepaalt de eigenschappen van een stof en niet de herkomst van die moleculen. De bouwstenen, de monomeren, die je tijdens de vorming van de kunststof gebruikt hebben dezelfde molecuulstructuur, onverschillig uit welke grondstof ze zijn ontstaan. De stoffen die bestaan uit deze monomeermoleculen hebben ook dezelfde eigenschappen. Het product, de kunststof, moet dan ook dezelfde eigenschappen hebben.

B 58 H2C

CH2 + H3C

CH CH

CH3 → 2 H2C

CH CH3

C 59 a Pet: U+2673 en polyvinylchloride: U+2675 b Pet: polyestervezels, folie, frisdrankflessen



Cl

C 60 a

O O C

A 55

Cl

O

O

C O CH2 CH2 O C

O

O

C O CH2 CH2 O C

O C O CH2 CH2 O

b Pet is een thermoplast omdat een molecuul uit een lange onvertakte keten bestaat.

C 61 a Duurzaam consumeren houdt in dat je producten koopt die zijn gemaakt van milieuvriendelijke materialen, onder omstandigheden die niet schadelijk zijn voor mens en omgeving. Het betekent ook dat je niet méér koopt dan je nodig hebt en dat je gebruikte producten niet klakkeloos weggooit, maar bijvoorbeeld naar de kringloopwinkel brengt of als recyclebaar afval aanbiedt. b Een keurmerk zegt iets over milieuvriendelijke productie, eerlijke handel en/of dierenwelzijn. c 1 Dat klopt. Boerenkool groeit in Nederland van september t/m februari. In maart kun je het aanvoeren uit Spanje. Sperziebonen groeien in Nederland overvloedig in augustus en september. Als je ze in de winter wilt eten, moeten ze worden aangevoerd uit Spanje, Marokko (of Senegal). 2 Dat klopt. De productie van vlees veroorzaakt nog meer milieuschade dan de productie van plantaardige eiwitproducten. Voor de productie van een kilo vlees is ongeveer vijf kilo plantaardig materiaal nodig. Vleesproductie draagt verder sterk bij aan de uitstoot van broeikasgassen, de verzuring van de bodem en lucht en aan dierenleed. 3 Dat klopt niet altijd. Het is belangrijk dat je de boodschappen op maat haalt. Slim inkopen en goed bewaren. Als je de boodschappen goed plant, kun je beter één keer boodschappen doen, zeker als je een auto gebruikt om naar de winkel te gaan. Als je minder goed voor een week kunt plannen of als je lopend je boodschappen haalt, dan kan het soms slimmer zijn om meerdere keren per week te gaan.


06/05/14 1:09 PM

4 Dat klopt niet. Een keurmerk zoals FSC garandeert dat het hout helemaal of voor 70% (FSC Mixed) uit duurzaam en sociaal beheerde bossen komt. PEFC is ook zo’n keurmerk, maar het wordt door Nederland niet erkend vanwege conflicten over het kappen van bossen. Het ene keurmerk is het andere niet … d Biologische kleding en textiel: Voor kleding en textiel van biologische natuurvezels zijn er twee keurmerken: Global Organic Textile Standard en Organic Exchange. Beide kennen onafhankelijke en geaccrediteerde, dus betrouwbare, controle. Europees Ecolabel: Het Europees Ecolabel staat op kleding die aantoonbaar milieuvriendelijk is, vooral tijdens productie van de vezels en de stoffen. Bijna alle materiaalsoorten kunnen het Europees Ecolabel krijgen, behalve minerale vezels, glasvezels, metaalvezels, koolstofvezels en andere anorganische vezels. Demeter: Demeter is het keurmerk van de biologisch-dynamische landbouw. Het komt voort uit de antroposofie, een levensbeschouwing die uitgaat van samenhang tussen plant, dier, bodem en kosmos. Kleding met het keurmerk Demeter voldoet in Nederland aan de eisen van de biologische landbouw. IVN Internationaler Verband der Naturtextilwirtschaft: IVN is een Duits keurmerk. In Nederland komt het sporadisch voor op ‘alternatieve’ kleding. Made-By: Made-By wil modemerken en retailers overtuigen tot en ondersteunen bij hun ontwikkeling naar duurzamere mode: meer biologisch textiel en betere arbeidsomstandigheden. Kledingbedrijven die een verbetertraject zijn ingegaan onder begeleiding van Made-By mogen een blauwe knoop in de kledingstukken naaien.

70 Hoofdstuk 11


Max Havelaar / Fair Trade: Max Havelaar staat voor eerlijke handel in katoen. De eisen van Max Havelaar zijn een gegarandeerde prijs, correcte arbeidsomstandigheden en zorg voor milieu. Ökotex Standard 100: Het Ökotex Standard 100-keurmerk is een keurmerk dat garanties geeft op het gebied van gezondheid. Vanwege die invalshoek stelt Ökotex wel eisen op gebied van milieuschadelijke stoffen, zoals zware metalen, schadelijke kleurstoffen en gewasbeschermingsmiddelen. Indirect zorgt dat voor een milieuvoordeel. Logo’s Pure Cotton en Woolmark: Het logo Cotton (of varianten daarop) is geen keurmerk, maar een informatielogo. Het geeft aan dat het product van katoen is gemaakt. Een katoenmerk stelt geen milieueisen; de teelt van katoen is behoorlijk milieuvervuilend. Een wolmerk zegt niets over de milieuaspecten van de schapenhouderij, en ook niets over de behandeling van de dieren. e Kleding en textiel belasten het milieu tijdens de teelt van de gewassen voor natuurvezels, tijdens de productie van synthetische vezels. Verder zorgen vervoer, productie en gebruik van de vezels voor milieubelasting doordat verfstoffen en andere chemicaliën in het milieu komen. Denk ook aan het wassen van de kleding en het verwerken van kledingafval. f Producenten krijgen een eerlijke prijs voor de producten die ze exporteren. Daardoor verbeteren hun levensomstandigheden en zijn ze niet meer afhankelijk van ontwikkelingshulp. Ze moeten er wel voor zorgen dat ze op duurzame wijze produceren en voldoen aan zeer strenge milieueisen. g (FairTrade) Max Havelaar h Het energielabel laat zien welke apparaten het zuinigst zijn met elektriciteit. Je vindt het energielabel op bijna alle apparaten: witgoed, verlichting en airconditioners. Zuinige apparaten hebben energielabel A (op sommige apparaten is dat A++ of A+++). Op het energielabel staat ook het gemiddeld verbruik per jaar in kWh vermeld.


06/05/14 1:09 PM

i

Het Nederlandse Kema-keur is een vrijwillig keurmerk dat garandeert dat een elektrisch apparaat veilig is. Het zegt niets over milieu, grondstoffen, energieverbruik, uitstoot of afval. Het wordt onafhankelijk gecontroleerd. j Het Europese Ecolabel staat op apparaten die geproduceerd zijn met de minste milieubelasting. Het keurmerk kijkt naar grondstoffen, verpakkingen, energie- en watergebruik, uitstoot en afval. k Als een code met 0 begint, gaat het om een biologisch ei. De kippen krijgen biologisch voer, hebben méér ruimte en daglicht in de stal en moeten overdag naar buiten kunnen. Let op: de code 1, 2 of 3 geeft alleen informatie over de leefomstandigheden van de hen, niet over het (soort) voer enzovoort. Als de code met een 1 begint hebben de hennen in een stal met vrije uitloop gezeten. Ze hebben minder ruimte, maar overdag wel een vrije uitloop naar buiten.

Als de code met een 2 begint hebben de hennen in een scharrelstal gezeten. Hun bewegingsruimte is duidelijk beperkter. Ze leven in kunstlicht en komen niet buiten. Als de code met een 3 begint heb je te maken met een kooi-ei. De hennen hebben in kooien gezeten in een legbatterij. Na de code die informatie geeft over de huisvesting van de hen die de eieren legt komt de aanduiding van het land van herkomst (België en Duitsland) en daarna de boerderij waar het ei vandaan is gekomen. l Vanuit een oogpunt van dierwelzijn zou je de voorkeur moeten geven aan een ei dat met code 0 begint. Je weet dan in elk geval dat de leefomstandigheden van de hen acceptabel zijn. m Per persoon wordt in Nederland jaarlijks ongeveer 50 kg voedsel weggegooid. n Eten moet worden geteeld, vervoerd, bewerkt en verpakt. Dat kost allemaal energie. Als je eten weggooit verspil je dus al die energie.

11.6 Voorbereiding op het CE (Centraal Examen) B 62 Bij elk antwoord staat een verwijzing naar de paragraaf waarin je de desbetreffende modelvoorstelling(en) kunt vinden. waarneembare verschijnselen

te verklaren met modelvoorstelling

Een reactie verloopt sneller bij hogere temperatuur.

10 (§ 1.6)

Water kookt bij een veel hogere temperatuur dan methaan.

5 en 9 (§ 4.2 en 4.3)

Olie en water mengen niet.

9 (§ 4.3)

Een mengsel van zwavel en suiker kun je scheiden door extractie.

9 en 11 (§ 4.3 en 4.4)

Het smeltpunt van natriumchloride is veel hoger dan dat van zwavel.

5 en 8 (§ 4.2 en 5.3)

Een mol natuurlijk uraan heeft een andere massa dan een mol verrijkt uraan.

3 (§ 2.2)

Water ontleedt altijd in waterstof en zuurstof in de molverhouding 2: 1.

14 (§ 3.3)

Een reactie verloopt sneller in aanwezigheid van een katalysator.

12 (§ 1.6)

Alcohol lost op in water.

9 (§ 4.3 en 4.4)

Bij de ontleding van zouten ontstaan altijd metalen en niet-metalen.

8 (§ 5.3)

Water kan ontleden, zuurstof niet.

2 (§ 2.2)

Een mol ijzer heeft een andere massa dan een mol koper.

2 (§ 2.2)

Water zet uit als het bevriest.

9 (§ 4.3)

Lood kun je buigen, een stukje natriumchloride niet.

13 (§ 3.2)

Een vet is bij kamertemperatuur vast, een olie vloeibaar.

5 en 13 (§ 4.2 en 3.2)

Een batterij levert stroom als de stoffen in de batterij met elkaar reageren.

3 (§ 2.2)

Het massapercentage C in methaan is altijd een vast getal.

14 (§ 3.3)




06/05/14 1:09 PM

B 63 In de linkerkolom van onderstaande tabel vind je het antwoord op de gestelde vraag. Bij elk antwoord staan in de rechterkolom de gebruikte rekenvaardigheden en

een verwijzing naar de paragraaf waarin je de desbetreffende rekenvaardigheid kunt vinden. Met cijfers in de vorm van 1) wordt vanuit de linkerkolom naar hulp in de rechterkolom verwezen.

De grenswaarde voor Cl2 is 1,5 mg m−3 (Binas tabel 97A).1) In een ruimte van 100 m3 mag maximaal 100 × 1,5 = 1,5 ∙ 102 mg Cl2 aanwezig zijn.

1. De grenswaarde of MAC-waarde van een stof geeft aan hoeveel mg van deze stof maximaal aanwezig mag zijn in 1,0 m3 lucht (§ 4.5).

Er is 500 mL Cl2 aanwezig. Hoeveel mg is dat?2) Om het volume van een stof om te zetten in de massa van een stof heb je de dichtheid nodig. Dichtheid van Cl2 (onder standaardopstandigheden) = 3,21 kg m−3 (Binas tabel 12).

2. De massa van een hoeveelheid stof reken je om in het volume met behulp van de dichtheid (ρ) van de stof. Daarvoor gebruik je een verhoudingstabel en kruisproducten (§ 2.6).

massa Cl2 (mg)

3,21 ∙ 106

x

volume Cl2 (mL)

1,00 ∙ 106

500

3,21 · 10 × 500 = 1,605 ∙ 103 mL 1,00 · 106 6

x=

3. Vuistregel voor het afronden van de uitkomst bij vermenigvuldigen en delen van gemeten waarden. Je kunt gemeten waarden met elkaar vermenigvuldigen of op elkaar delen. De uitkomst van zo’n berekening heeft evenveel significante cijfers als de gemeten waarde met het kleinste aantal significante cijfers (§ 2.6).

In dit geval zijn er uitsluitend gemeten waarden met drie significante cijfers.3) De uitkomst van de berekening moet nu worden afgerond op drie significante cijfers. x = 1,61 ∙ 103 mL In de ruimte is 1,61 ∙ 103 mL Cl2 aanwezig. Dat is veel meer dan wat er maximaal aanwezig mag zijn. Het is dus niet gezond om in die ruimte te verblijven.

B 64 In de linkerkolom van onderstaande tabel vind je het antwoord op de gestelde deelvragen. Bij elk antwoord staan in de rechterkolom de gebruikte rekenvaardigheDeelopgave a: Molariteit wil zeggen: het aantal mol opgelost NH4NO3 in 1,0 L gietwater. Daarvoor moet je uitrekenen hoeveel mol opgelost NH4NO3 in 7 mL (= 7 g) plantenvoeding zit. Eerst bereken je hoeveel mol van de atoomsoort N in 7 mL plantenvoeding zit. Met behulp van de molverhouding NH4NO3: N kom je er dan achter met hoeveel mol opgelost NH4NO3 dat overeenkomt, zodat je de molariteit van NH4NO3 in het gietwater kunt berekenen. 6 massaprocent stikstof (N) totaal betekent: 6 g van de atoomsoort N zit in 100 g plantenvoeding.1) Je rekent eerst uit hoeveel g van de atoomsoort N in 7 g plantenvoeding zit. massa N(g)

6

x

massa plantenvoeding (g)

100

7

6×7 = 0,42 g (je rondt nog niet af) van de atoomsoort N 100 In 7 mL (= 7 g) plantenvoeding zit 0,42 g van de atoomsoort N. x=

Nu reken je uit in hoeveel mol NH4NO3 0,42 g van de atoomsoort N aanwezig is. Dat doe je door middel van de molverhouding NH4NO3 : N. Dat betekent dat je eerst moet berekenen hoeveel mol 0,42 g N is.2)

72 Hoofdstuk 11


den en een verwijzing naar de paragraaf waarin je de desbetreffende rekenvaardigheid kunt vinden. Met cijfers in de vorm van 1) wordt vanuit de linkerkolom naar hulp in de rechterkolom verwezen. 1. Voor een berekening met massapercentage heb je nodig: – de massa van één van de stoffen uit het mengsel; – de massa van het mengsel zelf (in dezelfde eenheid als die van de stof); – een verhoudingstabel waarin je bovengenoemde gegevens invult. (§ 4.5) 2. De molecuulmassa, Mr, is gelijk aan de som van de massa’s van de atomen waaruit het molecuul bestaat (§ 2.5). De molaire massa, M, van een stof is in getalwaarde even groot als de molecuulmassa of atoommassa van die stof. De molaire massa is in g, de molecuulmassa of atoommassa is in u (§ 2.6). De massa van een hoeveelheid stof kun je omrekenen in mol met behulp van de molaire massa van de stof. Daarvoor gebruik je een verhoudingstabel en het kruisproduct (§ 2.6). 3. De coëfficiënten uit een reactievergelijking geven niet alleen de aantalverhouding weer waarin de deeltjes reageren en ontstaan, maar ook de molverhouding waarin de stoffen reageren en ontstaan (§ 3.5). Als je wilt rekenen met molverhoudingen heb je nodig: – de reactievergelijking; – een gegeven stof (in mol);


06/05/14 1:09 PM

Molaire massa N = 14,01 g mol−1 N (mol)

1,00

y

N(g)

14,01

0,42

– een gevraagde stof (in mol); – de molverhouding (lees je af uit de reactievergelijking); – een verhoudingstabel (§ 3.5).

0,42 × 1,000 = 2,9979 ∙ 10−2 mol (je rondt nog niet af) van de 14,01 atoomsoort N y=

0,42 g N = 2,9979 ∙ 10−2 mol N Als je NH4NO3 uiteenhaalt in ‘losse’ atomen krijg je de volgende reactievergelijking:3) NH4NO3 → 2 N + 4 H + 3 O Molverhouding N : NH4NO3 = 2 : 1 stoffen

N

molverhouding

2

gegeven/gevraagd (mol) z=

NH4NO3 1 −2

2,9979 ∙ 10

z

2,9979 · 10−2 × 1 = 1,4989 ∙ 10−2 mol NH4NO3 2

In 7 mL plantenvoeding zit 0,42 g van de atoomsoort N afkomstig uit 1,4989 ∙ 10−2 mol opgelost NH4NO3.

4. De molariteit van een oplossing is het aantal mol opgeloste stof per L oplossing. De molariteit van een stof of deeltje in een oplossing kun je uitdrukken in mol L−1 of molair. Voor de molariteit van elk deeltje dat werkelijk in de oplossing aanwezig is bestaat een verkorte weergave: vierkante haken om de formule van het deeltje. Om te rekenen met molariteit kun je gebruikmaken van een verhoudingstabel. Hierin staan het aantal mol opgeloste stof en het volume van de oplossingen. Met behulp van kruisproducten kun je het ontbrekende gegeven uitrekenen (§ 5.5). 5. Vuistregel voor het afronden van de uitkomst bij vermenigvuldigen en delen van gemeten waarden. Je kunt gemeten waarden met elkaar vermenigvuldigen of op elkaar delen. De uitkomst van zo’n berekening heeft evenveel significante cijfers als de gemeten waarde met het kleinste aantal significante cijfers (§ 2.6). 6. Er bestaat een logaritmisch verband tussen de pH van een oplossing en de [H+] in die oplossing. pH = −log[H+] (§ 8.4).

Om gietwater te maken meng je 7 mL plantenvoeding met een liter water.4) In 1,0 L gietwater zit dus 1,4989 ∙ 10−2 mol opgelost NH4NO3.

7. Vuistregel voor het aantal significante cijfers bij pHberekeningen. Het aantal significante cijfers in de [H+] moet even groot zijn als het aantal decimalen in de pH (§ 8.4).

De molariteit van NH4NO3 in het gietwater komt overeen met het aantal mol NH4NO3 per L gietwater: 1,4989 ∙ 10−2 mol L-1.

8. Eerst stel je de reactievergelijking op. (§ 3.4).

Nu rond je af op het juiste aantal significante cijfers: één.5) De molariteit van NH4NO3 in het gietwater is 1 ∙ 10−2 mol L−1.

9. De coëfficiënten uit de reactievergelijking geven de molverhouding aan (§ 3.5). Je berekent van elke stof hoeveel g reageert (§ 2.6).

Deelopgave b:6) pH = 5,6 = −log [H+] [H+] = 2,5 ∙ 10−6 mol L−1 Afronden7) op het juiste aantal significante cijfers: [H+] = 3 ∙ 10−6 mol L−1. Deelopgave c:8) N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)9) Molverhouding: 1 : 3 : 2 Massaverhouding: 28,02 : 6,048 : 34,06 34,06 Atoomeconomie10) ammoniak = × 100% = 100% 28,02 + 6,048 Deelopgave d:11) 65% van de theoretische opbrengst = 0,65 × 34,06 = 22,14 u E=

34,06 − 22,14 = 0,54 22,14

10. Atoomeconomie is een theoretisch begrip dat aangeeft hoeveel procent van de atomen uit de beginstof(fen) terechtkomen in het gewenste reactieproduct als de reactie volledig verloopt. Er komt voor een bepaalde reactie altijd een vast percentage uit. Om de atoomeconomie voor een reactieproduct te berekenen gebruik je de volgende formule (§ 11.2): Atoomeconomie gewenst product = massa gewenst product (theoretisch) massa beginstof (fen)

11. De E-factor is een experimenteel begrip en geeft een verband tussen de atoomtheorie en het rendement van een reactie. Eenzelfde reactie kan met verschillende rendementen verlopen en dus ook verschillende waarden van de E-factor hebben (§ 11.2). E=



× 100%

massa beginstoffen − massa gewenst product (praktijk) massa gewenst product (praktijk)


06/05/14 1:09 PM

B 65

Er is 1,00 ton Al2O3 ontstaan. In totaal zat er in gebruikte bauxiet: 1,00 + 0,175 = 1,18 ton Al2O3. Daarvan gaat 0,175 ton verloren. 1,18 ton Al2O3 = 100% 0,175 ton = x%

De antwoorden van het pilotexamen 2013 kun je ook op de site vinden waar het examen staat.

11.7 Afsluiting

x=

1 a Het is duurzaam om koolzaad als grondstof te gebruiken omdat je koolzaad elk jaar opnieuw kunt laten groeien. b Oliezuur, C17H33COOH, heeft één dubbele binding (Binas tabel 67G2) en is dus enkelvoudig onverzadigd. Linolzuur, C17H31COOH, heeft twee dubbele bindingen en is dus meervoudig onverzadigd. O c H2C O C C17H33 O

H2C OH

HC O C C17H33 + 3 H2O → HC OH + O H2C OH H2C O C C17H31 O

O 2 HO

C

C17H33 + HO

C

C17H31

O

d HO

C C17H33+ H3C OH → O H3C O

C

C17H33 + H2O

e Het ‘afval’ van het proces waarbij antivries wordt gemaakt is hierdoor een nuttig nevenproduct geworden. Er is dus geen afval meer, waardoor de productie van antivries nog duurzamer wordt.

2 a De oxide-ionen uit het Al2O3 worden omgezet tot hydroxide-ionen door een reactie met H2O. Hierbij worden H+-ionen overgedragen van H2O naar O2−. O2− is dus de base. b Als je Na+ en Al(OH)4− vergelijkt met Al(OH)3, blijft een oplossing met Na+ en OH− over. Dat is natronloog en kan nadat de concentratie is aangepast in reactor 1 worden hergebruikt. c 1,25 ton rode modder bevat nog 0,14 × 1,25 = 0,175 ton Al2O3.

74 Hoofdstuk 11


0,175 × 100 = 15% 1,18

d pH = 12,3 pOH = 14,0 − 12,3 = 1,7 pOH = 1,7 = −log [OH−] [OH−] = 2 ∙ 10−2 mol L−1 e In calciumsulfaat komen geen deeltjes voor die zure eigenschappen hebben. Daarom kan gips de pH niet verlagen. f Als calciumsulfaat aan de rode modder wordt toegevoegd, wordt het CaSO4 ∙ 2H2O doordat het kristalwater opneemt en hard wordt. Dan kan de rode modder zich niet verder verspreiden.

3 a 1 Meestal zal een fabriek met een continuproces een grotere productiecapaciteit hebben dan een fabriek met een batchproces. Om economische redenen kun je voor de productie van grote hoeveelheden liever een continuproces ontwerpen omdat je daarmee veel kunt besparen op de arbeidskosten. 2 Voor een continuproces zijn de investeringskosten hoger. Er is een duurdere installatie nodig, omdat bijna alles geautomatiseerd is. 3 Bij een batchproces is vaak weinig geautomatiseerd. Dus meer handbediening en per eenheid product meer arbeidsplaatsen (batchprocessen hebben meestal een kleinere productiecapaciteit). 4 Hier valt weinig over te zeggen. Het is voor beide type processen van essentieel belang. Bij een continuproces wordt vrijwel alles helemaal automatisch geregeld. 5 Een batchproces is vaak veel flexibeler wat betreft aard en hoeveelheid van het product, omdat het niet geautomatiseerd is. b Het ijzer is voor de pijl een element, na de pijl is er Fe3+ ontstaan: Fe heeft elektronen afgestaan en is daarom een reductor.


06/05/14 1:09 PM

c Uit de informatie blijkt dat je moet koelen om de reactietemperatuur constant te houden. Dat betekent dat er tijdens het proces warmte vrijkomt: het proces is exotherm. FeCl2 d 4 C6H5NO2(l) + 9 Fe(s) + 4 H2O(l) 4 C6H5NH2(l) + 3 Fe3O4(s) 2000 kg C6H5NO2 = 2000 ∙ 103 g C6H5NO2 = x mol C6H5NO2 Molaire massa C6H5NO2 = 123,12 g mol−1 x=

2000·103 × 1,000 = 1,624 ∙ 104 mol C6H5NO2 123,12

Molverhouding C6H5NO2 : Fe = 4 : 9 = 1,624 ∙ 10−4 : y y=

9 × 1,624·104 = 3,655 ∙ 104 mol Fe = z g Fe 4

Molaire massa Fe = 55,85 g mol−1 3,655·104 × 55,85 = 2,041 ∙ 106 g Fe = 1,000 2,041 ∙ 103 kg Fe z=

e Filtreren berust op verschil in deeltjesgrootte. Destilleren berust op verschil in kookpunt. f Zie figuur 11.8. g FeCl2 en H2O h Atoomeconomie gewenste reactieproduct = massa gewenste reactieproduct (theoretisch) × 100% massa beginstof (fen) FeCl2 4 C6H5NO2(l) + 9 Fe(s) + 4 H2O(l) 4 C6H5NH2(l) + 3 Fe3O4(s) Molverhouding: 4 : 9 : 4 : 4 : 3 Massaverhouding: 492,48 : 502,61 : 72,060 : 372,50 : 694,59

i

E=

massa beginstoffen − massa gewenst product (praktijk) massa gewenst product (praktijk)

Omdat we er in deze opgave van uit zijn gegaan dat het rendement 100% is, mag je de massa van het gewenste product (praktijk) gelijk stellen aan de massa van het gewenste product (theoretisch). E=

(492,48 + 502,61 + 72,060) − 372,50 = 1,8648 372,50

j

Je kunt het aminobenzeen uit het water halen door middel van: 1 extractie met nitrobenzeen; voordat het verse nitrobenzeen in de reactor komt wordt het afvalwater hiermee geëxtraheerd. 2 destillatie. In de praktijk wordt geëxtraheerd met nitrobenzeen, omdat destillatie een veel duurdere methode is. k De bijproducten met een kookpunt van boven de 200 °C kunnen worden gewonnen door middel van destillatie. Dit kan het beste onder verminderde druk gebeuren. De kookpunten komen dan lager te liggen, wat twee voordelen heeft: 1 geen kans op ontleding (bij hogere temperatuur gebeurt dit wel, bij lagere temperatuur niet) 2 er hoeft minder hoog verwarmd te worden, dit spaart energie. FeCl2, H2O Fe, C6H5NO2

reactie

filtratie

Fe3O4

scheiding

H2O, FeCl2 C6H5NH2

destillatie

H2O

Atoomeconomie aniline = 372,50 × 100% = 34,906% 492,48 + 502,61 + 72,060



C6H5NH2

11.8


06/05/14 1:09 PM

Verantwoording

Colofon Omslagontwerp: Lava, Amsterdam, Foto omslag: Andrew Lambert/SPL/ANP - Rijswijk Ontwerp binnenwerk: Marieke Zwartenkot, Amsterdam, i.s.m. Robin Peterman, Oss Opmaak: Integra Software Services, India © 2014 Noordhoff Uitgevers, Groningen, The Netherlands. Deze uitgave is gedrukt op FSC-papier. 0 / 14 © 2014 Noordhoff Uitgevers bv, Groningen/Houten, The Netherlands Behoudens de in of krachtens de Auteurswet van 1912 gestelde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van reprografische verveelvoudigingen uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16h Auteurswet 1912 dient men de daarvoor verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Reprorecht (Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp, www.reprorecht.nl). Voor het overnemen van (een) gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) kan men zich wenden tot Stichting PRO (Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie, Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp, www.stichting-pro.nl). All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise without prior written permission of the publisher.. ISBN 978-90-11-11376-3

243348_CHEM 4ED UW 5 HAVO_BM.indd 1

243348

06/05/14 1:10 PM

VIERDE EDITIE. AUTEURS Marij Kabel-van den Brand Bertie Spillane

Recommend Documents