Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – havo – 2023 – tijdvak 1 – deel 1

Alle eindexamens

Eindexamen

Zonnebrandstof

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Dit zijn opgaven 1 t/m 9 uit het eindexamen scheikunde havo 2023 tijdvak 1.

Je hebt de uitwerkbijlage nodig voor vraag 6. Deze is bovenaan de pagina te downloaden onder .

Zonnebrandstof

tekstfragment:
“Iedere dertig minuten vangt de aarde een hoeveelheid zonlicht op waarmee we de hele wereld een jaar lang van energie kunnen voorzien. Hier ligt voor ons de uitdaging. We moeten gebruikmaken van deze mogelijkheid.” Met deze woorden opende toenmalig kroonprins Willem Alexander in 2011 een seminar in Dresden.
naar: www.groenegrondstoffen.nl

Wetenschappers hebben iets bedacht om zonlicht te kunnen gebruiken als ‘zonnebrandstof’. Voor deze zonnebrandstof wordt zonne-energie gebruikt die is opgevangen door zonnecellen, om water te ontleden tot waterstof en zuurstof. De gevormde waterstof wordt vervolgens door de genetisch aangepaste bacteriesoort R. eutropha met koolstofdioxide omgezet tot de zonnebrandstof isopropylalcohol (IPA). Dit proces is vereenvoudigd weergegeven in figuur 1a.

Het proces in figuur 1a heeft overeenkomsten met de natuurlijke fotosynthese.
Beide processen hebben bijvoorbeeld zonlicht als energiebron nodig.

Vraag 1 (2 punten)

Geef nog twee andere overeenkomsten tussen de hierboven beschreven vorming van zonnebrandstof en fotosynthese.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Er wordt (bij beide processen) zuurstof gevormd.
- Er wordt (bij beide processen) koolstofdioxide gebruikt/omgezet.
- Er wordt (bij beide processen) water gebruikt/omgezet.
- Er ontstaat (bij beide processen) een brandstof/organische stof.
- De processen zijn endotherm.
- De processen vinden plaats in een levend organisme.
- De processen maken gebruik van redoxreacties.
Toelichting puntenscore:
- Eerste overeenkomst juist = 1 punt.
- Tweede overeenkomst juist = 1 punt.

Vraag 2 (2 punten)

Isopropylalcohol (IPA) is een triviale naam. De structuurformule van IPA is hierboven in figuur 1b weergegeven.

Geef de systematische naam van IPA.

Vul een antwoord in.

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

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

propaan-2-ol

Toelichting antwoord:

Gebruik Binas-tabel 66D.

De structuurformule:
- bevat 3 C’s > prop-.
- heeft geen dubbele of drievoudige bindingen > propaan.
- heeft een OH-binding aan de tweede C > propaan-2-ol.
Toelichting puntenscore:
- Propa(a)n en achtervoegsel -ol = 1 punt.
- Juiste plaatsaanduiding = 1 punt.
Opmerkingen
- Ken 1 punt toe indien het volgende antwoord is gegeven: 2-hydroxypropaan.
- Het volgende antwoord goed rekenen: 2-propanol.

Vraag 3 (4 punten)

Een van de stappen in het proces waarbij bacteriën IPA produceren, is de omzetting van waterstof tot waterstofionen met behulp van ‘hydrogenasen’. Een hydrogenase is een enzym met in het reactieve deel onder andere ijzeratomen. In figuur 2 is een fragment van een hydrogenase vereenvoudigd weergegeven. Het zwavelatoom in de restgroep van de cysteïne-eenheid is gebonden aan een ijzeratoom (Fe) in plaats van aan een waterstofatoom. Deze binding is op te vatten als een atoombinding.

Geef de structuurformule van het fragment uit figuur 2. Gebruik Binas-tabel 67H1 of ScienceData-tabel 13.7c.

Toelichting antwoord:

De structuurformule van Cys (cysteïne) en Thr (threonine) is terug te vinden in Binas-tabel 67H1. Door deze structuurformules samen te voegen, krijg je het juiste antwoord.

Toelichting puntenscore:
- De peptidegroepen juist, inclusief de afgebroken peptidegroepen aan het begin en einde van de keten = 1 punt.
- De restgroepen juist (voor Cys wordt hier enkel CH2-S beoordeeld) = 1 punt.
- Fe~ op juiste wijze verbonden met de restgroep van de cysteïne-eenheid = 1 punt.
- Begin en einde van de peptideketen juist weergegeven, bijvoorbeeld met ~ en de rest van de structuurformule juist = 1 punt.
Opmerkingen
- Als de C-uiteinden en de N-uiteinden zijn verwisseld, dit goed rekenen.
- Als het teken ~ aan het ijzeratoom is weggelaten, dit niet aanrekenen.

Vraag 4 (2 punten)

De omzetting van waterstof tot waterstofionen door het enzym is een halfreactie.

Leg uit, aan de hand van deze halfreactie, of voor deze omzetting van waterstof een oxidator of een reductor nodig is. Gebruik eventueel Binas-tabel 48 of ScienceData-tabel 9.1f.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Waterstof is een reductor, dus er is een oxidator nodig.
- Er komen elektronen vrij bij de omzetting van waterstof (tot waterstofionen), dus er is een oxidator nodig.
- H₂ > 2 H⁺ + 2 e^– (dit is de reductor), dus er is een oxidator nodig.
Toelichting puntenscore:
- Waterstof is een reductor/Er komen elektronen vrij bij de omzetting van waterstof/juiste halfreactie gegeven = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.

Vraag 5 (2 punten)

De wetenschappers hebben onderzocht of het mogelijk is om bacteriën doelgericht IPA te laten produceren. Daarvoor hebben ze een experiment uitgevoerd waarbij waterstof en koolstofdioxide worden geleid door een suspensie van bacteriën in een verdunde zoutoplossing. De bacteriën kunnen zich in dit mengsel voortplanten. De groei van het aantal bacteriën in het mengsel werd gemeten. Hiervoor werd een maat gebruikt die de ‘optische dichtheid’ wordt genoemd. Hoe hoger de optische dichtheid, hoe meer bacteriën er in het mengsel aanwezig waren. Ook de productie van IPA door de bacteriën werd in de tijd gemeten. Beide resultaten zijn weergegeven in figuur 3.

Als hun voedingsstoffen (zoals de zoutoplossing) opraken, stoppen de bacteriën met zich te vermenigvuldigen en gaan ze IPA produceren. In het beschreven experiment gebeurt dit wanneer de optische dichtheid van 2,4 is bereikt.

Bereken de gemiddelde snelheid in mg IPA per liter per uur waarmee IPA wordt gevormd tussen 50 en 72 uur na de start van het experiment.

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 gemiddede snelheid in mg per liter per uur is 2,7.

Toelichting antwoord:

De gemiddelde snelheid in mg IPA per liter is: 75 – 15 (aflezen in de grafiek bij t=72 en t=50) = 60 mg IPA per liter per (72-50) 22 uur.

Dit is 60 / 22 = 2,7 mg L^-1 uur ^–¹.

Toelichting puntenscore:
- Aflezen: 75 (± 3 mg L^–1) en 15 (± 3 mg L^–1) = 1 punt.
- Berekenen van de gemiddelde reactiesnelheid in mg L^–1 uur^–1 met behulp van de afgelezen waarden = 1 punt.

Vraag 6 (2 punten)

Om IPA van het reactiemengsel te scheiden, wordt de suspensie met bacteriën gefiltreerd. Het filtraat bevat water en onder andere opgelost IPA. Hieraan wordt vervolgens zoveel keukenzout toegevoegd dat IPA en water zich als twee lagen van elkaar scheiden. Deze scheidingsmethode heet ‘uitzouten’. Door toevoeging van het zout raken alle watermoleculen betrokken bij de hydratatie van ionen uit het keukenzout. IPA-moleculen vormen dan waterstofbruggen met elkaar en niet meer met watermoleculen. Hier en op de uitwerkbijlage zijn twee IPA-moleculen weergegeven (de uitwerkbijlage kun je downloaden door bovenaan de pagina op de downloadknop te klikken).

Voer de volgende opdrachten uit op de uitwerkbijlage.

Teken een waterstofbrug tussen beide IPA-moleculen.
Teken de structuurformule van een derde IPA-molecuul dat met een waterstofbrug aan een van de andere IPA-moleculen is gebonden.

Toelichting antwoord:

Om een waterstofbrug te vormen moet O een binding maken met H van het andere IPA-molecuul. Met het toevoegen van het derde IPA-molecuul wordt deze waterstofbrug op dezelfde manier gevormd. In de tekening zie je hoe je dit moet tekenen.

Toelichting puntenscore:
- Waterstofbrug tussen de twee voorgedrukte IPA-moleculen juist = 1 punt.
- Derde IPA-molecuul juist getekend met een tweede waterstofbrug juist verbonden met een van de andere IPA-moleculen = 1 punt.
Opmerkingen
- Als er behalve twee juiste waterstofbruggen ook één of meer onjuiste waterstofbruggen zijn getekend, het tweede scorepunt niet toekennen.
- Als een waterstofbrug op een andere manier is weergegeven dan met een stippellijntje, dit hier niet aanrekenen.
- Als in de tekening ook watermoleculen zijn opgenomen, maximaal één scorepunt toekennen.

Vraag 7 (1punt)

Het proces dat beschreven wordt in deze opgave en wordt samengevat in figuur 1a, heeft eigenschappen van een batchproces.

Beschrijf een verschil op procesniveau tussen een batchproces en een continuproces.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- In een batchproces worden reactoren gebruikt voor een serie/batch producten. (Daarna wordt de reactor schoongemaakt voor de volgende batch.) Een continuproces produceert doorlopend hetzelfde product.
- In een batchproces zijn de reactoren onderling niet gekoppeld, in een continuproces wel./In een batchproces verlopen de toevoer en de afvoer van grondstoffen niet continu en in een continuproces wel.
- Een batchproces is weinig geautomatiseerd, in tegenstelling tot een continuproces.
- In een batchproces worden vaak verschillende producten in dezelfde reactor gemaakt. In een continuproces wordt in elke reactor één product gemaakt.
- In een batchproces staat de reactor niet de hele tijd aan. Een continuproces draait dag en nacht.
Opmerking
Het volgende verschil goed rekenen: ‘Een batchproces is geschikt voor toepassingen op kleine schaal/is een proces geschikt voor fijnchemie. Een continuproces is geschikt voor toepassingen op grote schaa/is een proces geschikt voor bulkchemie.’

Vraag 8 (3 punten)

IPA is een energiedrager en heeft een hoge energiedichtheid. De energiedichtheid van een brandstof is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van een bepaalde hoeveelheid van die brandstof. De energiedichtheid van vloeibare brandstoffen wordt vaak uitgedrukt in megajoule per liter (MJ L^–1). De volledige verbranding van IPA is hieronder met een vergelijking weergegeven.

2 C₃H₈O (l) + 9 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 8 H₂O (l)

De reactiewarmte van deze reactie is −20,1 x 10⁵ J mol^–1 IPA.

Laat door middel van een berekening zien dat de reactiewarmte van de volledige verbranding van IPA gelijk is aan −20,1 x 10⁵ J mol^–1 IPA.

Gebruik Binas-tabel 57A of ScienceData-tabel 9.2.
Gebruik voor de vormingswarmte van IPA: −3,18 x 10⁵ J mol^–1.

De reactiewarmte van de reactie is te berekenen met de formule -E_begin + E_eind.

Er zijn meerdere juiste berekeningen. Deze berekeningen zijn allemaal correct:

E_begin= −3,18 x 10⁵ J mol^–1 van 1 IPA

1 IPA reageert tot 3 CO₂en 4 H₂O.

E_eind= vormingswarmte van 3 CO₂ + vormingswarmte 4 H₂O. De vormingswarmte vind je in Binas-tabel 57A: 3x (-3,94 x 10⁵) + 4x (-2,86 x 10⁵).

Invullen van de formule geeft: -[(−3,18 x 10⁵)] + [3x (-3,94 x 10⁵) + 4x (-2,86 x 10⁵)] = −20,1 x 10⁵ J mol^–1 IPA.

Toelichting puntenscore:
- Juiste absolute waarden van de vormingswarmten = 1 punt.
- Juiste verwerking van de coëfficiënten = 1 punt.
- Rest van de berekening = 1 punt.
Opmerking
Een antwoord als het volgende goed rekenen: 3,18 – 3 x 3,94 – 4× 2,86 = – 20,1 x 10⁵ ( J per mol IPA).

Vraag 9 (3 punten)

Bereken de energiedichtheid van IPA in MJ L^–1.
Gebruik de volgende gegevens:

de reactiewarmte voor de volledige verbranding van IPA: −20,1 x 10⁵ J mol^–1 IPA
de dichtheid van IPA: 785 g L^–1
1 MJ = 10⁶ J

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 energiedichtheid van IPA in MJ L^-1 is 26,3.

Toelichting antwoord:

Er zijn meerdere juiste berekeningen. Deze berekeningen zijn allemaal correct:
1. De chemische hoeveelheid IPA per liter is 785 / 60,1 = 1,306 x 10¹ (mol L^-1) (want de molaire massa van IPA is 60,1 (g mol^-1).
  
  De energie die vrijkomt bij de verbranding van IPA is 1,306 x 10¹ x 20,1 x 10⁵ = 2,625 x 10⁷ (J L^-1) .
  
  De energiedichtheid in MJ per liter IPA is 2,625 x 10⁷/ 10⁶= 26,3 (MJ L^-1)
2. De molaire massa van IPA is 60,1 (g mol^–1).
  
  De vrijgekomen energie per gram IPA is (20,1 x 10⁵) / 60,1 = 3,344 x 10⁴ (J g^-1).
  
  De energiedichtheid van IPA is (3,344 x 10⁴x 785) / 10⁶= 26,3 (MJ L^-1).
3. De molaire massa van IPA is 60,1 (g mol^–1).
  
  Het volume per mol IPA is 60,1 / 785 = 7,656 x 10^-2(L mol^-1).
  
  De energiedichtheid van IPA is (20,1 x 10⁵ ) / (7,656 x 10^-2 x 10⁶) = 26,3 (MJ L^-1).
Toelichting puntenscore:

Berekening 1:
- Juiste molaire massa van IPA = 1 punt.
- Omrekening van de dichtheid van IPA naar de chemische hoeveelheid IPA per liter = 1 punt.
- Omrekening naar de energiedichtheid in MJ L^–1 = 1 punt.
Berekening 2:
- Juiste molaire massa van IPA = 1 punt.
- Omrekening van de reactiewarmte naar de hoeveelheid energie per massa-eenheid = 1 punt.
- Omrekening naar de energiedichtheid in MJ L^–1 = 1 punt.
Berekening 3:
- Juiste molaire massa van IPA = 1 punt.
- Omrekening van de molaire massa van IPA naar het volume per mol IPA = 1 punt.
- Omrekening naar de energiedichtheid in MJ L^–1 = 1 punt.
Opmerking
Als gerekend wordt met –20,1 x 10⁵ in plaats van met 20,1 x 10⁵ en dit leidt tot de uitkomst –26,3, dit goed rekenen.

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2023 tijdvak 1.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

Scheikunde | Havo | 5

Eindexamen

Palladiumvanger

Lees meer

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

Zonnebrandstof

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Zonnebrandstof

Vraag 1 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 2 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 3 (4 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 4 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 5 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 6 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 7 (1punt)

Vraag 8 (3 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 9 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Bekijk ook eens

Eindexamen

Palladiumvanger

Eindexamen

Battolyser

Eindexamen

Lood in wijn

Eindexamen

Wasmiddel verwijdert vlekken

Eindexamen

Toner

Eindexamen

Ethyllactaat

Eindexamen

Lithium-ionbatterij

Eindexamen

Bromide in grondwater

Eindexamen

Groen is niet vers

Eindexamen

Eiwitvertering

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over energie opslaan - Scheikunde

Zwarte tandpasta maar witte tand-en, geloof jij 't?

Een chemische gereedschapskist voor de toekomst