Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – havo – 2021 – tijdvak 1 – deel 2

Alle eindexamens

Eindexamen

Lithium-ionbatterij

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Dit zijn opgaven 9 t/m 17 uit het eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.

Wil je bij opgave 1 starten? Ga dan naar het begin van dit examen.

Lithium-ionbatterij

In veel mobiele telefoons zit een lithium-ionbatterij. Deze batterijen zijn licht, kunnen veel energie leveren en zijn snel op te laden. Het basisontwerp van een lithium-ionbatterij is in figuur 1 schematisch weergegeven.

Elektrode A bevat onder andere het metaal lithium (Li). Elektrode B bevat Li⁺-ionen. Tussen beide elektroden bevindt zich een elektrolyt, dat bestaat uit een polymeer waarin zich een vloeibaar lithiumzout bevindt. Een veelgebruikt polymeer is PEO. De formule van PEO is (CH₂CH₂O)_n.

In figuur 2 is een vergroting van het elektrolyt schematisch weergegeven. Hierin is te zien hoe een Li⁺-ion van polymeerketen naar polymeerketen wordt doorgegeven, doordat telkens een ander groepje O-atomen het Li⁺-ion bindt. De binding komt tot stand doordat de O-atomen in PEO enigszins negatief geladen zijn. Dit is het gevolg van een polaire atoombinding tussen de C-atomen en de O-atomen in PEO. Tijdens de stroomlevering bewegen Li⁺-ionen van elektrode A naar elektrode B.

Vraag 9 (1 punt)

Leg uit of figuur 2 een weergave is op microniveau.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Het is een weergave op microniveau, want er zijn ionen/moleculen/atomen afgebeeld.
- Het is een weergave op microniveau, want er is een structuurformule gegeven / er zijn bindingen getekend.
- Het is geen weergave op microniveau, want het is een schematische weergave (waarbij niet alle atomen zijn weergegeven).
Opmerking
Wanneer een antwoord is gegeven als: ‘Het is een weergave op microniveau, want er zijn deeltjes afgebeeld’, dit goed rekenen.

Vraag 10 (2 punten)

Geef aan of PEO een thermoplast of een thermoharder is. Licht je antwoord toe aan de hand van een structuurkenmerk uit figuur 2.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- PEO bestaat uit ketenvormige moleculen. Dus het is een thermoplast.
- PEO bestaat uit lange ketens (zonder dwarsverbindingen). Dus het is een thermoplast.
- PEO bevat geen crosslinks. Dus het is een thermoplast.
Toelichting puntenscore:
- PEO bestaat uit ketenvormige moleculen / PEO bestaat uit lange ketens / PEO bevat geen crosslinks = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.

Vraag 11 (2 punten)

Een docente bespreekt met haar leerlingen de elektrische geleiding in PEO. Een leerling vraagt of polyetheen ook gebruikt kan worden als elektrisch geleidend polymeer.

Teken een fragment uit het midden van de structuurformule van polyetheen. In het getekende fragment moeten drie monomeereenheden zijn verwerkt.

Toelichting antwoord:

Polyetheen ontstaat door polymerisatie van etheen. De formule van etheen is C₂H₄ (Binas-tabel 66). Het fragment moet 3 monomeereenheden laten zien. Dit wordt dus C₆H₁₂.

Toelichting puntenscore:
- Een keten van zes koolstofatomen met enkelvoudige bindingen ertussen = 1 punt.
- De 12 waterstofatomen aan de keten op een juiste wijze aangegeven en de uiteinden van de getekende keten aangegeven met bijvoorbeeld ~ = 1 punt.
Opmerking
Wanneer de structuurformule van PEO is gegeven, hiervoor geen scorepunten toekennen.

Vraag 12 (2 punten)

Leg uit, aan de hand van de structuurformule van polyetheen, of polyetheen Li⁺-ionen kan binden.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- De ketens van polyetheen bevatten uitsluitend C- en H-atomen. Hierdoor (zijn er geen polaire atoombindingen en) kunnen de ketens dus geen lithiumionen binden.
- Polyetheen bevat geen O-atomen (en geen N-atomen). Hierdoor zijn er dus geen (enigszins negatief geladen) atomen die de lithiumionen kunnen binden.
- Polyetheen bevat geen OH-groep (of NH-groep en heeft dus geen polaire binding). Hierdoor kan polyetheen dus geen lithiumionen binden.
- Polyetheen bevat geen polaire atoombinding(en) en kan daarom geen lithiumionen binden.
Toelichting puntenscore:
- Polyetheen bevat uitsluitend C- en H-atomen / geen O-atomen / geen OH-groep / geen polaire atoombinding(en) = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.
Opmerking
Wanneer een onjuist antwoord op vraag 12 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 11, dit antwoord op vraag 12 goed rekenen tenzij bij vraag 11 de structuurformule van PEO is gegeven.

Vraag 13 (2 punten)

De halfreacties die in deze batterij optreden tijdens stroomlevering zijn hieronder vereenvoudigd weergegeven:

halfreactie 1: LiC₆ -> 6 C + Li⁺ + e^–
halfreactie 2: CoO₂ + Li⁺ + e^– -> LiCoO₂

Geef aan welke halfreactie optreedt aan elektrode A en vermeld ook of dit de positieve of de negatieve elektrode is.

Noteer je antwoord als volgt:

Aan elektrode A treedt halfreactie … op. Dit is dus de … elektrode.

Geef de antwoorden voor de … met een spatie ertussen.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Aan elektrode A treedt halfreactie 1 op. Dit is dus de negatieve elektrode.

Toelichting antwoord:

We weten dat elektrode A onder andere het metaal lithium (Li) bevat. Elektrode B bevat Li⁺-ionen. Tijdens de stroomlevering bewegen Li⁺-ionen van elektrode A naar elektrode B.

Halfreactie 1 kan deze Li⁺-ionen afstaan (bewegend van van elektrode A naar elektrode B). Aan elektrode A treedt dus halfreactie 1 op. Elektrode A is daarmee de reductor, want deze staat elektronen af. De negatieve elektrode wordt gekenmerkt door de reductor. Elektrode A is dus de negatieve elektrode.

Toelichting puntenscore:
- Aan elektrode A treedt halfreactie 1 op = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.

Vraag 14 (2 punten)

CoO₂ kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit kobaltionen en oxide-ionen. LiCoO₂ kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit lithiumionen, kobaltionen en oxide-ionen. Uit de formules CoO₂ en LiCoO₂ kan worden afgeleid dat de kobaltionen in CoO₂ en in LiCoO₂ niet dezelfde lading hebben.

Geef de lading van het kobaltion in CoO₂ en van het kobaltion in LiCoO₂. Noteer je antwoord als volgt:

De lading van het kobaltion in CoO₂ is …
De lading van het kobaltion in LiCoO₂ is …

Geef de antwoorden voor de … met een spatie ertussen.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

De lading van het kobaltion in CoO₂ is 4+.

De lading van het kobaltion in LiCoO₂ is 3+.

Toelichting antwoord:

Dit is terug te vinden in Binas-tabel 45 A voor de lading van O en in het online periodiek systeem op exactwatjezoekt.nl en/of Binas-tabel 99 voor de lading van Li.

Toelichting puntenscore:
- De lading van het kobaltion in CoO₂ is 4+ = 1 punt.
- De lading van het kobaltion in LiCoO₂ is de lading van het kobaltion in CoO₂verminderd met 1 = 1 punt.

Vraag 15 (2 punten)

In een bepaalde lithium-ionbatterij kan maximaal 0,053 mol elektronen worden overgedragen tussen de twee elektroden, voordat deze batterij weer opgeladen moet worden.

Bereken hoeveel gram CoO₂ deze batterij minstens bevat. Gebruik de vergelijking van halfreactie 2.

Let op: op een examen verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

De batterij bevat minstens 4,8 gram CoO₂.

Toelichting antwoord:

Er kan maximaal 0,053 mol elektronen worden overgedragen. De reactieverhouding is 1 : 1, dus er reageert 0,053 mol CoO₂.

De molaire massa van CoO₂ is 90,9 g mol^–1. Dit is te zien in het online periodiek systeem op exactwatjezoekt.nl en/of Binas-tabel 99.

De batterij bevat dus minstens 0,053 x 90,9 = 4,8 (g) CoO₂.

Toelichting puntenscore:
- Juiste molaire massa van CoO₂ = 1 punt.
- Omrekening naar de massa CoO₂ in gram = 1 punt.

Vraag 16 (3 punten)

Veel luchtvaartmaatschappijen hebben vanwege brandgevaar speciale eisen gesteld aan het vervoeren van oplaadbare lithium-ionbatterijen in het laadruim van passagiersvliegtuigen. Het polymeer PEO ontbrandt namelijk gemakkelijk. Bovendien kan de warmte die bij de verbranding vrijkomt ervoor zorgen dat ook andere batterijen ontbranden.

Geef de reactievergelijking van de volledige verbranding van PEO. De formule van PEO is (CH₂CH₂O)_n.

2 (CH₂CH₂O)_n + 5_n O₂ -> 4_n CO₂ + 4_n H₂O

Toelichting antwoord:

Bij de verbranding is O₂ nodig en komt CO₂ en H₂O vrij.

De formule van PEO is (CH₂CH₂O)_n. Om de reactievergelijking kloppend te maken wordt dit dus 2 (CH₂CH₂O)_n + 5_n O₂ -> 4_n CO₂ + 4_n H₂O.

Toelichting puntenscore:
- (CH₂CH₂O)_n en O₂ voor de pijl = 1 punt.
- CO₂ en H₂O na de pijl = 1 punt.
- Elementbalans juist in een vergelijking met uitsluitend de juiste formules voor en na de pijl = 1 punt.
Opmerkingen
Indien een van de volgende vergelijkingen is gegeven 2 punten toekennen:
- 2 (CH₂CH₂O)_n + 3_n O₂ -> 4_n CO + 4_n H₂O
- 2 (CH₂CH₂O)_n + 5 (O₂)_n -> 4 (CO₂)_n + 4 (H₂O)_n
- 2 (CH₂CH₂O)_n + (O₂)_5n -> (CO₂)_4n + (H₂O)_4n
Indien een vergelijking is gegeven waarin voor n een waarde is ingevuld 2 punten toekennen. Bijvoorbeeld:
- 2 CH₂CH₂O + 5 O₂ -> 4 CO₂ + 4 H₂O
- 2 (CH₂CH₂O)₅ + 25 O₂ -> 20 CO₂ + 20 H₂O

vraag 17 (2 punten)

In figuur 3 staan vier energiediagrammen. In deze diagrammen behoort het linker energieniveau bij de beginstoffen en het rechter energieniveau bij de reactieproducten.

Leg uit welk energiediagram het best in overeenstemming is met de verbranding van het polymeer PEO. Gebruik in je antwoord informatie uit deze opgave.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- De verbranding is een exotherme reactie (dus het energieniveau van de beginstoffen ligt hoger dan het energieniveau van de reactieproducten / dus het is diagram b of d). Het polymeer ontbrandt gemakkelijk. Diagram b komt dus het best overeen.
- Er is een lage activeringsenergie (dus het is diagram a of b). Bij de verbranding komt energie vrij (dus het energieniveau van de beginstoffen ligt hoger dan het energieniveau van de reactieproducten). Diagram b komt dus het best overeen.
Toelichting puntenscore:
- De verbranding is een exotherme reactie/Bij de verbranding komt energie vrij = 1 punt.
- Het polymeer ontbrandt gemakkelijk/Er is een lage activeringsenergie en consequente conclusie= 1 punt.
of
- Er is een lage activeringsenergie/Het polymeer ontbrandt gemakkelijk = 1 punt.
- De verbranding is een exotherme reactie/Bij de verbranding komt energie vrij en consequente conclusie= 1 punt.

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1 deel 3.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

Noor legt het uit en laat zien welke er reacties plaatsvinden.

Bekijk het filmpje

Bekijk meer

Kom je er nog niet uit?

Stap 1

Zoek verder in hulp bij leren

Stap 2

Stel de vraag in de vraagbaak

Eindexamen

Lithium-ionbatterij

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Lithium-ionbatterij

Vraag 9 (1 punt)

Vraag 10 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 11 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 12 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 13 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 14 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 15 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 16 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

vraag 17 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Bekijk ook eens

Eindexamen

Battolyser

Eindexamen

Zalmbatterijtje

Eindexamen

Ethyllactaat

Eindexamen

Bromide in grondwater

Eindexamen

Groen is niet vers

Eindexamen

Eiwitvertering

Uitlegfilmpje

Elektrochemische cel: hoe ziet die eruit?

Uitlegfilmpje

Waar zitten de + en - elektrode in een EC?

Uitlegfilmpje

Hoe bewegen elektronen en ionen in een EC?

Uitlegfilmpje

Hoe werkt de waterstofbrandstofcel?

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over energie opslaan - Scheikunde

Hoe rijpt fruit zonder zijn boom?

Orgaanschade omkeren