Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – vwo – 2022 – tijdvak 3 – deel 2

Alle eindexamens

Eindexamen

Alcoholen uit CO2

Vak

Scheikunde

Niveau

Vwo

Leerjaar

6

Dit zijn opgaven 5 t/m 10 uit het eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.

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

Alcoholen uit CO₂

De stijging van het CO₂-gehalte in de atmosfeer heeft geleid tot onderzoek naar het gebruik van CO₂ als grondstof voor brandstoffen. Zo is bijvoorbeeld de elektrochemische omzetting van CO₂ tot methanol onderzocht. Hierbij is gebruikgemaakt van een elektrochemische cel zoals is weergegeven in figuur 1.

Vraag 5 (3 punten)

Geef met behulp van figuur 1 de vergelijking van de halfreactie waarbij CO₂ wordt omgezet tot methanol.

De halfreactie is CO₂ + 6 H⁺ + 6 e⁻ → CH₃OH + H₂O.

Toelichting antwoord:

In de tekst staat dat het gaat om de halfreactie van CO₂ naar methanol.

CO₂ → methanol.

Uit de figuur kan worden gehaald dat CO₂ + H⁺ → CH₃OH + H₂O.

Deze reactie kloppend maken geeft CO₂ + 6 H⁺ → CH₃OH + H₂O.

Als laatst moet de lading kloppend worden gemaakt door het toevoegen van e^–.

Hieruit volgt de halfreactie is CO₂ + 6 H⁺ + 6 e⁻ → CH₃OH + H₂O^.

Toelichting puntenscore:
- links van de pijl CO₂ en rechts van de pijl CH₃OH en de C-balans juist = 1 punt
- rechts van de pijl H₂O en de O-balans juist bij uitsluitend de juiste stoffen links en rechts van de pijl = 1 punt
- links van de pijl H⁺ en e^–, en de H-balans en de ladingsbalans juist = 1 punt

Vraag 6 (3 punten)

De totaalvergelijking van de reactie in de elektrochemische cel is hieronder weergegeven.

Bereken de reactiewarmte van de totaalreactie per mol methanol.

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 reactiewarmte van de totaalreactie is 7,27 x 10^5 (J mol^-1).

Toelichting antwoord:

Gebruik Binas tabel 57 om de vormingswarmte van de verschillende stoffen op te zoeken. CO₂ heeft een vormingwarmte van -3,935, H₂O (l) van -2,86 en methanol (CH3OH (l)) van -2,39. Alle drie de waardes zijn in 10⁵ J/mol.

Omdat CO₂ en H₂O voor de pijl staan wordt het teken omgekeerd (want deze twee stoffen worden niet gevormd maar afgebroken), dus + 3,935 en + 2,86.

Hierna kan de reactie warmte van de totaalreactie worden berekend_, 2 x 3,935 + 4 x 2,86 – 2 x -2,39 = 14,53 · 10⁵ J/mol.

Omdat bij deze berekening wordt gerekend met 2 mol methanol, moet de reactiewarmte worden gehalveerd.

Dus het antwoord is 14,53 · 10⁵ / 2 = 7,27 · 10⁵ J/mol^.

Aanvullende voorbeelden juiste berekeningen:
1. (3,94 + 2 x 2,86 – 2,39) · 10⁵ = 7,27 · 10⁵ (J mol^-1)
Toelichting puntenscore:
- juiste absolute waarden van de vormingswarmtes = 1 punt
- verwerking van de coëfficiënten = 1 punt
- rest van de berekening = 1 punt
Opmerking
De volgende berekening wordt goed gerekend: 3,94 + 2 x 2,86 – 2,39 = 7, 27 · 10⁵ (J mol^-1).

Vraag 7 (3 punten)

De elektrode die in het onderzoek is gebruikt, was bedekt met een laagje polyaniline. Hiervoor is gekozen omdat door de polyaniline niet alleen elektrische energie maar ook lichtenergie kan worden overgedragen bij elektrochemische reacties. Het rendement van de omzetting van CO₂ tot methanol nam inderdaad sterk toe wanneer de elektrode werd belicht met een felle lamp. Men heeft de stroomsterkte tijdens de omzetting onderzocht, waarbij de volgende omstandigheden werden gekozen:

De oplossing bevatte geen CO₂ (blanco) of was juist verzadigd met CO₂.
De cel werd verlicht of verduisterd.

Bereken de pH van een verzadigde oplossing van CO₂ in water.

Ga er hierbij van uit dat CO₂ zich gedraagt als een eenwaardig zuur.
De maximale oplosbaarheid van CO₂ bedraagt 5,31 ∙ 10^–2 mol L^–1.

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 pH is 3,81.

Toelichting antwoord:

De evenwichtsvergelijking van het zwakke zuur is H₂CO₃ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + HCO₃^–.

De Kz = [H₃O⁺][HCO₃^–]/[H₂CO₃].

Gebruik Binas tabel 49 om de Kz-waardes van H₂CO₃ op te zoeken: de Kz van H₂CO₃ is 4,5 ∙ 10^-7.

(H₂CO₃+ H₂O → H₃O⁺ + HCO₃^– dus:)

Kz = [H₃O⁺][HCO₃^–]/[H₂CO₃]. De pH is gevraagd, stel H₃O⁺ daarom op x.

Kz = x ∙ x / [H₂CO₃] – x. Wanneer je de opgezochte gegevens invult krijg je 4,5 ∙ 10^-7 = x² / 5,31 ∙ 10^-2 – x .

Hieruit volgt x = 1,54 . 10^-4 (mol L^-1) dus Ph = – log 1,54 . 10^-4 = 3,81.

Toelichting puntenscore:
- de juiste evenwichtsvoorwaarde gebruikt = 1 punt
- juiste verwerking van x in de evenwichtsvoorwaarde = 1 punt
- rest van de berekening juist = 1 punt
Indien het volgende antwoord is gegeven, wordt 1 punt toegekend: pH = – log (5,31· 10 ^-2 ) = 1,27.

Opmerking
Als een juiste uitkomst is gegeven op basis van een verwaarlozing in de noemer van Kz , zoals in 4,5 ∙ 10^-7 = x² / 5,31 ∙ 10^-2, dit goed rekenen.

Vraag 8 (3 punten)

Voorafgaand aan de experimenten werd met een buffer de waarde van de pH ingesteld op 4 ofwel op 7.
De resultaten van de metingen zijn in de tabel weergegeven. De waardes in de tabel zijn de gemeten stroomsterktes in μA.

Uit de blanco metingen blijkt dat er ook stroom loopt als er geen CO₂ aanwezig is. De stoffen uit de gebruikte buffer kunnen niet als oxidator optreden, en verklaren dus ook niet de stroom die er loopt.
Op grond van de resultaten formuleerden de onderzoekers twee conclusies:

Aan de polyaniline elektrode verloopt ook de halfreactie 2 H⁺ + 2 e^– → H₂.
De halfreactie 2 H⁺ + 2 ^e– → H₂ wordt ook versneld door de polyaniline elektrode.

Geef met behulp van de tabel een onderbouwend argument voor elk van beide conclusies.

1. Bij de blanco-metingen neemt de stroomsterkte toe bij lagere pH. Bij lagere pH is de [H3O⁺]/[H⁺] groter, dus de halfreactie van H⁺ is verantwoordelijk voor de stroomsterkte.
2. Bij de blanco proef neemt de stroomsterkte toe als de cel wordt verlicht.
Toelichting puntenscore:
- bij de blanco-metingen neemt de stroomsterkte toe bij lagere pH = 1 punt
- bij lagere pH is de [H3O⁺]/[H⁺] groter = 1 punt
- bij de blanco proef neemt de stroomsterkte toe als de cel wordt verlicht = 1 punt

Vraag 9 (3 punten)

Uit onderzoek met gaschromatografie bleek dat er behalve methanol ook een aanzienlijke hoeveelheid ethanol aan de polyaniline elektrode wordt gevormd. In het onderzoek werd de ontstane molverhouding tussen ethanol en methanol bepaald.

Aangezien de detector een verschillende gevoeligheid kent voor ethanol en methanol werd eerst een chromatogram gemaakt met een standaardoplossing. Deze standaardoplossing bevatte ethanol en methanol in de molverhouding 1 : 1.

In figuur 2 zijn het chromatogram van de standaardoplossing en dat van een monster weergegeven. Naast elke piek is het relatieve piekoppervlak genoteerd.

Leg uit met behulp van figuur 2 of in deze bepalingen de stationaire fase meer of minder polair was dan de mobiele fase.

Uit figuur 2 blijkt dat ethanol een grotere retentietijd heeft dan methanol. Ethanol heeft een extra CH₂-groep ten opzichte van methanol / ethanol is minder polair dan methanol. Als een stof een grote(re) retentietijd heeft, lost deze minder goed op in de mobiele fase. De stationaire fase is dus minder polair dan de mobiele fase.

Toelichting puntenscore:
- ethanol heeft een grotere retentietijd dan methanol = 1 punt
- ethanol heeft een extra CH₂-groep ten opzichte van methanol / ethanol is minder polair dan methanol. = 1 punt
- consequente conclusie = 1 punt

Vraag 10 (2 punten)

Bereken met behulp van figuur 2 de molverhouding tussen methanol en ethanol in het monster.

Geef de verhouding weer als: methanol : ethanol = … : 1,0.

Uit het GC van het monster blijkt dat signaal methanol / signaal ethanol = 69,1 / 43,6 = 1,58.
Uit het GC van de standaardoplossing blijkt dat (bij molverhouding 1 : 1) signaal methanol / signaal ethanol = 112,7 /105,5 = 1,07. De werkelijke molverhouding in het monster is daarmee 1,58 / 1,07 = 1, 48. Dus methanol : ethanol = 1,5 : 1,0.

Toelichting puntenscore:
- berekening van in het monster = 1 punt
- berekening van in de standaardoplossing en juiste weergave van de molverhouding in het monster = 1 punt

Ga naar de volgende opgaven van dit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3 deel 3.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

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

Alcoholen uit CO2

Vak

Scheikunde

Niveau

Vwo

Leerjaar

6

Alcoholen uit CO2

Vraag 5 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 6 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Aanvullende voorbeelden juiste berekeningen:

Toelichting puntenscore:

Vraag 7 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 8 (3 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 9 (3 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 10 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Bekijk ook eens

Eindexamen

Dioxines en PCB’s

Eindexamen

Biodiesel uit sheaboter

Eindexamen

Bacteriële polymeren

Eindexamen

Ademtest voor leverziekte

Eindexamen

Cadmiumgeel

Eindexamen

Merox

Eindexamen

EPDM-rubber

Eindexamen

Voedsellijm

Eindexamen

Metal fuels

Eindexamen

Alcohol in de auto

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over brandstof gemaakt van alcohol - scheikunde

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

Klimaatverandering tegengaan met een katalysator

Alcoholen uit CO₂