Toiletpapier wordt bio-ethanol

Opgave 1 (vraag 1 t/m 5) uit eindexamen Scheikunde HAVO 2024 tijdvak 1

Bij elke vraag: uitleg stap voor stap, het antwoordmodel en feedback van de AI-docent.

Vraag 1

[D] Ontwerpen en experimenten in de chemie[D1] Chemische vakmethodes[Nova] H1: Atoombouw[Chemie Overal] H1: Scheiden en reageren

Toiletpapier wordt bio-ethanol

Een rioolwaterzuiveringsinstallatie zuivert rioolwater voordat het in het oppervlaktewater wordt geloosd. Het rioolwater ondergaat daarbij een reinigingsstap om cellulosevezels te verwijderen die afkomstig zijn uit toiletpapier. Cellulosevezels lossen namelijk slecht op in water en zijn lastig afbreekbaar. Bovendien kunnen deze vezels nuttig worden gebruikt als grondstof voor de brandstof bio-ethanol.

Voer de volgende opdrachten uit:

Geef de naam van de scheidingsmethode die kan worden toegepast om de cellulosevezels te verwijderen uit het rioolwater.
Geef aan op welk verschil in eigenschap deze methode berust.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 1

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 2

[B] Kennis van stoffen en materialen[B3] Bindingen en eigenschappen[Nova] H3: Bindingstypen[Chemie Overal] H4: Moleculaire stoffen

De slechte oplosbaarheid van cellulosevezels in water wordt onder meer veroorzaakt doordat cellulosemoleculen onderling stevig zijn gebonden door middel van waterstofbruggen. Op de uitwerkbijlage zijn fragmenten van twee cellulosemoleculen in structuurformule weergegeven.

Teken op de uitwerkbijlage twee waterstofbruggen die de twee cellulosemoleculen met elkaar verbinden. Geef de waterstofbruggen weer met stippellijntjes (...).

⚠️ Uitwerkbijlage vereist

Uitwerkbijlage bij vraag 2 van opgave Toiletpapier wordt bio-ethanol

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 2

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 3

[C] Kennis van chemische processen en kringlopen [C1] Chemische processen [Nova] H2: Rekenen in de chemie [Chemie Overal] H3: Stoffen en reacties

In deze opgave worden twee processen (A en B) vergeleken waarmee cellulose uit toiletpapier kan worden omgezet tot bio-ethanol. In proces A wordt cellulose met stoom verhit bij een temperatuur van $700\ ^\circ\text{C}$ . Hierbij ontstaat een mengsel van gassen. Nadat verontreinigingen zijn verwijderd, blijft syngas over. Syngas is een mengsel van waterstof en koolstofmono-oxide. Dit syngas wordt vervolgens door bacteriën in een waterige omgeving via reactie 1 en reactie 2 omgezet.

$6\ \text{CO} + 3\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 4\ \text{CO}_2$ (reactie 1) $2\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\ \text{H}_2\text{O}$ (reactie 2)

Hierbij wordt alle $\text{CO}_2$ die in reactie 1 ontstaat, bij reactie 2 gebruikt. Daardoor komt de totale reactie neer op de omzetting van syngas tot uitsluitend ethanol ( $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ ) en water. De vergelijking van de totale reactie kun je opstellen door beide reacties in de juiste verhouding bij elkaar op te tellen.

Voer de volgende opdrachten uit:

Tel beide reacties in de juiste verhouding bij elkaar op.
Laat zien dat in de totale reactie uitsluitend ethanol en water ontstaan en vereenvoudig je vergelijking.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 3

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 4

[C] Kennis van chemische processen en kringlopen [C2] Chemisch rekenen [Nova] H11: Groenere industrie [Chemie Overal] H13: Duurzaam produceren

Proces B maakt gebruik van een samenwerking tussen een bacterie en een gist. Bij een temperatuur van $30\ ^\circ\text{C}$ zorgt de bacterie voor de omzetting van cellulose met water tot onder andere het sacharide cellotriose ( $\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_{16}$ ). De gist zet vervolgens cellotriose om tot ethanol en $\text{CO}_2$ volgens reactie 3.

$\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_{16} + 2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 6\ \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 6\ \text{CO}_2$ (reactie 3)

De productie van ethanol volgens reactie 3 heeft een lage atoomeconomie.

Bereken de atoomeconomie voor de productie van ethanol volgens reactie 3.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 4

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 5

[F] Processen in de chemische industrie [F1] Industriële processen [Nova] H11: Groenere industrie [Chemie Overal] H13: Duurzaam produceren

Proces A en proces B kunnen met elkaar worden vergeleken volgens de uitgangspunten van de groene chemie. Een nadeel van proces B is de lage atoomeconomie van de productie van ethanol in reactie 3. Toch zijn er ook uitgangspunten die in het voordeel van proces B uitvallen.

Geef een uitgangspunt van de groene chemie dat in het voordeel uitvalt van proces B ten opzichte van proces A. Licht je antwoord toe. Kies uit de uitgangspunten: 6, 8, 9 en 12. Gebruik Binas-tabel 97F of ScienceData-tabel 38.6.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 5

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Uitleg en antwoorden

Vraag 1

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: De scheidingsmethode filtreren/zeven kan worden gebruikt. Deze scheidingsmethode berust op het verschil in deeltjesgrootte.

juiste scheidingsmethode [1]
eigenschap is in overeenstemming met de gegeven scheidingsmethode [1]

Opmerking Het volgende antwoord goed rekenen: De scheidingsmethode bezinken/centrifugeren kan worden gebruikt. Deze scheidingsmethode berust op het verschil in dichtheid.

Uitleg bij vraag 1

Vraag 2

2 punten

maximumscore 2

Voorbeelden van een juist antwoord zijn: (Zie afbeelding in het correctievoorschrift voor de mogelijke weergaven van de waterstofbruggen.)

een waterstofbrug tussen de twee cellulosemoleculen juist getekend [1]
een tweede waterstofbrug tussen de twee cellulosemoleculen juist getekend [1]

Opmerkingen

Voor juiste waterstofbruggen binnen één cellulosemolecuul dienen geen scorepunten te worden toegekend.
Een juiste waterstofbrug (tussen twee cellulosemoleculen) met een O-atoom in de ethergroep goed rekenen.
Als meer dan twee waterstofbruggen zijn getekend, per onjuiste waterstofbrug één scorepunt in mindering brengen.
indien een waterstofbrug van elk cellulosemolecuul naar dezelfde watermolecuul is getekend (twee waterstofbruggen via een watermolecuul, zie afbeelding in het correctievoorschrift) [1]
indien waterstofbruggen zijn getekend tussen een cellulosemolecuul en watermoleculen die de twee cellulosemoleculen niet met elkaar verbinden (zie afbeelding in het correctievoorschrift) [0]

Antwoordmodel vraag 2 Toiletpapier wordt bio-ethanol, figuur 1

Antwoordmodel vraag 2 Toiletpapier wordt bio-ethanol, figuur 2

Antwoordmodel vraag 2 Toiletpapier wordt bio-ethanol, figuur 3

Antwoordmodel vraag 2 Toiletpapier wordt bio-ethanol, figuur 4

Uitleg bij vraag 2

Vraag 3

3 punten

maximumscore 3

Een voorbeeld van een juist antwoord is: $6\ \text{CO} + 3\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 4\ \text{CO}_2 \quad \times 1$ $2\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\ \text{H}_2\text{O} \quad \times 2 +$

$6\ \text{CO} + 12\ \text{H}_2 \rightarrow 3\ \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\ \text{H}_2\text{O}$

dus: $2\ \text{CO} + 4\ \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{H}_2\text{O}$

de vergelijkingen in de juiste verhouding opgeteld [1]
gelijke formules voor en na de pijl tegen elkaar weggestreept [1]
de coëfficiënten vereenvoudigd [1]
indien slechts het volgende antwoord is gegeven: $2\ \text{CO} + 4\ \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{H}_2\text{O}$ [1]

Uitleg bij vraag 3

Vraag 4

2 punten

maximumscore 2

Voorbeelden van juiste berekeningen zijn: $\frac{6 \times 46,1}{504 + 2 \times 18,0} = 0,512$ ( $= 51,2\%$ ) of $\frac{(6 \times) 46,1}{(6 \times) 46,1 + (6 \times) 44,0} = 0,512$ ( $= 51,2\%$ )

de molaire massa's juist [1]
verwerking van de coëfficiënten en de rest van de berekening juist [1]

Uitleg bij vraag 4

Vraag 5

1 punt

maximumscore 1

Voorbeelden van een juist uitgangspunt met juiste toelichting zijn:

Uitgangspunt 6 / energie-efficiënt ontwerpen Proces B vindt plaats bij $30\ ^\circ\text{C}$ en (een deel van) proces A bij $700\ ^\circ\text{C}$ .
Uitgangspunt 8 / reacties in weinig stappen Proces A bevat twee stappen. Proces B vindt plaats in één stap. / Proces A bevat meer stappen dan proces B.
Uitgangspunt 9 / katalyse Bij het gehele proces B wordt gebruikgemaakt van enzymen en bij proces A slechts bij een deel van het proces.
Uitgangspunt 12 / minder risicovolle chemie Bij proces B ontstaat geen CO / giftig gas (bij proces A wel). / Bij proces B ontstaat geen $\text{H}_2$ / explosief gas (bij proces A wel).
indien een van de volgende uitgangspunten met of zonder uitleg is gegeven: 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11 [0]

Uitleg bij vraag 5

Volgende opgave: Koeien boeren methaan op →