Oefenopgaven vwo6 – DEEL 1 - de basis
Opgave 1: superslurper
Nafion® is een polymeer dat wordt toegepast als membraan in elektrochemische cellen. Het is
een sterk hygroscopische stof. Dat wil zeggen dat het veel water kan opnemen. Deze
eigenschap wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van sulfonzuur groepen in de moleculen,
weergegeven als –SO3H. Het zwavelatoom in de sulfonzuur groep heeft covalentie 6 (anders
dan normaal). Dit betekent dat het zwavelatoom zes atoombindingen heeft gevormd met de
omringende atomen. Eén van die bindingen is de binding met een koolstofatoom.
1 ■ (2p) Geef een sulfonzuur groep als lewis structuur weer.
1p S met 6 bindingen, waarvan 2x2 met O
1p O atomen juist weergegeven, ook met niet bindende e-paren + rest structuur
Er bestaat een tweede mesomere (lewis) grensstructuur van de sulfonzuur groep. Hierbij heeft
zwavel covalentie 4.
2 ■ (3p) Geef die grensstructuur en geef daarin ook de formele ladingen aan.
1p S met 4 bindingen, alle atomen op zelfde plaats als vorige vraag
1p O atomen nu allemaal met enkele bindingen en niet-bindende e-paren juist
1p formele ladingen correct
3 ■ (2p) Leg met een tekening op micro niveau uit waarom de sulfonzuur groepen zo goed
watermloeculen kunnen binden.
1p de sulfonzuur groepen bevatten –OH groepen
1p –OH groepen kunnen goed H-bruggen vormen met water moleculen (waardoor ze goed
met elkaar binden)
Opgave 2: restauratie
Fresco’s zijn muurschilderingen waarbij op een vochtige ondergrond een afbeelding is
geschilderd. De vochtige laag die men als ondergrond voor het schilderwerk gebruikt, bestaat
uit een suspensie van gebluste kalk (calciumhydroxide) met een afgepaste hoeveelheid water
en zand.
Tijdens het droogproces zuigt de vochtige ondergrond de verfpigmenten op. Tegelijkertijd
reageert koolstofdioxide uit de lucht met de gebluste kalk. Zo wordt een laag van zand,
kalksteen (calciumcarbonaat) en verfpigmenten gevormd. De componenten zijn in deze laag
niet meer van elkaar te scheiden.
In de figuur hiernaast is de interactie van de frescolaag met de omgeving tijdens het drogen
(uitharden) weergegeven.
4 ■ (2p) Geef de reactievergelijking voor de vorming van kalksteen, zoals die tijdens het uitharden van
een fresco plaatsvindt.
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
1p juiste formules voor de pijl
1p juiste formules na de pijl en kloppend
Van veel eeuwenoude buitenmuurschilderingen die met de frescotechniek zijn gemaakt, dreigt
de beeltenis langzaam verloren te gaan. Dit gebeurt met name wanneer de concentratie
zwaveldioxide in de lucht hoog is.
Omdat zwaveldioxide in vochtige lucht kan worden omgezet tot opgelost zwavelzuur, kan het
kalksteen worden omgezet tot het veel zachtere gips (calciumsulfaatdihydraat):
2 H3O+ + SO42- + CaCO3 CaSO4.2H2O + CO2 + H2O
, Het gevormde zachte gips brokkelt langzaam af en kan vervolgens wegspoelen bij contact met
water. Ook kunnen door dit proces barsten in een fresco ontstaan, omdat het volume dat door
het gevormde gips wordt ingenomen groter is dan dat van het kalksteen waaruit het is
ontstaan.
5 ■ (3p) Laat door middel van een berekening zien dat het volume van het gips groter is dan het volume
van het kalksteen waaruit het is ontstaan. Gebruik BINAS 10A en neem aan dat calciet voor
kalksteen staat.
1p (bijv) 1 kg calciet (CaCO3) / 2,7 = 0,37 L
1p 1 kg / 100,09 = 9,99 mol CaCO3 9,99 mol CaSO4.2H2O * (136,14+2*18,02) = 1,72 kg
1p 1,,32 = 0,74 L veel meer dan 0,37 L
Opgave 3: veelzijdig aluminium
Aluminium is een onedel metaal dan onder andere door zuurstof wordt aangetast. Er vormt
dan op het aluminium een laagje aluminiumoxide, soms tot maar 0,0001 mm dik. In het
gevormde aluminiumoxide passen de Al3+ ionen ruimschoots in de holtes tussen de O2- ionen.
Omdat de ionstraal van O2- ionen en de atoomstraal van de (ongeladen) Al atomen vrijwel even
groot zijn, sluit het laagje aluminiumoxide het onderliggende aluminium zeer goed af.
In de figuur hieronder is de bescherming van aluminium door een laagje aluminiumoxide
schematisch weergegeven. Van het beschermende laagje aluminiumoxide is slechts een zeer
klein gedeelte weergegeven.
6 ■ (2p) Bereken het aantal lagen O2- in een laagje aluminiumoxide met een dikte van 0,0001 mm. Ga
er in je berekening van uit dat de O2- ionen elkaar raken zoals in de figuur.
1p ionstraal O2- (BINAS 40A) = 146*10-12 m (mag ook x2 per laagje)
1p 0,0001*10-*10-12 = 7*102 laagjes
7 ■ (2p) Leg op micro niveau uit waarom aluminium slechter elektrische stroom geleidt met een
aluminiumoxide laagje, dan zonder.
1p aluminium is een metaal en kan daarom goed stroom geleiden dankzij vrije elektronen
1p in vast aluminiumoxide kunnen de geladen ionen niet vrij bewegen waardoor ze slecht
stroom kunnen geleiden en dus een isolerend laagje vormen over het aluminium
In een aluminium luchtcel (gebruikt in isolatiepakking) heb je juist aluminium nodig dat wél
wordt aangetast. In een legering waarbij de verhouding tussen de aantallen atomen
aluminium, magnesium en tin 4000:200:1 is, wordt het beschermende laagje niet gevormd.
Het gevolg is dat een legering met deze samenstelling wel wordt aangetast door zuurstof.
8 ■ (3p) Bereken het massapercentage aluminium in een legering met de bovenstaande samenstelling.
Denk aan de juiste significantie.
1p Al = 4000*26,98 = 107920u; Mg = 200*24,31 = 4862u; Sn = 1*118,7 = 118,7u
1p % Al = 107920 / (107920+4862+118,7) * 100% = 95,59%
1p 4 significante cijfers (4000,200 en 1 zijn telwaarden en dus oneindig significant)
9 ■ (2p) Leg uit waarom de legering met magnesium en tin moeilijker is te vervormen dan zuiver
aluminium.
1p zuiver aluminium bestaat uit identieke (clusters) atomen die relatief makkelijk langs
elkaar schuiven (omdat ze met metaalbinding (beweeglijke elektronen) verbonden zijn)
1p in een legering zorgen andere atomen naast aluminium voor meer roosterfouten in het
metaalrooster, waardoor kristallen in het rooster moeilijker langs elkaar kunnen schuiven
Opgave 4: boem
, TNT is een vast explosief. Het kan zelfs in een zuurstofvrije omgeving ontploffen. TNT is de
afkorting voor trinitro-tolueen. Nitro groepen zijn –NO2 groepen. Tolueen is de triviale naam
voor methylbenzeen. Als TNT explodeert in een zuurstofvrije omgeving, ontstaan (alleen)
stikstof, waterdamp, koolstofdioxide en een zwart poeder.
10 ■ (3p) Geef de kloppende reactievergelijking voor de explosie van TNT in een zuurstofvrije omgeving.
Geef ook de juiste toestandsaanduidingen.
4 C7N3O6H5(s) 6 N2(g) + 10 H2O(g) + 7 CO2(g) + 21 C(s)
11 ■ (2p) Leg op micro niveau uit welke twee soorten bindingen verbroken worden als TNT explodeert.
1p TNT is een moleculaire stof dus vdWaalsbindingen (tussen de moleculen)
1p en atoombindingen tussen de atomen, omdat het een chemische reactie betreft
12 ■ (2p) Leg op micro niveau uit of TNT beter zal oplossen in water of in hexaan.
1p TNT bevat geen –OH of –NH groepen en kan dus geen H-bruggen vormen
1p het is dus hydrofoob en zal daarom beter mengen met hexaan, wat ook hydrofoob is
Opgave 5: nieuw in de familie
Begin januari 2016 is aangekondigd dat de laatste 4 nieuwe elementen in periode 7 van het
periodiek systeem zijn ontdekt. Drie (115, 117 en 118) door een groep Russen en Amerikanen,
één (113) door een groep Japanse onderzoekers. Daarmee is er voor het eerst een nieuwe
element in Azië ontdekt. De ontdekkers mogen de nieuwe elementen van een naam en
symbool voorzien. Ze mogen daarvoor verwijzen naar een mythologisch concept, een
mineraal, plaats of land, een eigenschap of een wetenschapper. De nieuwe namen moeten wel
allemaal eindigen op –ium.
13 ■ (2p) Leg voor elk van de vier nieuwe elementen uit of ze tot de metaal- of de niet-metaal elementen
zullen behoren.
1p 117 en 118 niet-metaal (117 in groep 17 halogeen en 118 in groep 18 edelgas)
Ook goed: 117 metalloïde (dus een beetje van beide)
1p 113 en 115 metaal omdat ze onder andere metalen (Tl en Bi) staan
14 ■ (2p) Leg uit hoeveel protonen en elektronen het ion van element 117 zal bevatten (als het element
lang genoeg zou bestaan om een reactie aan te gaan met een oxidator).
