Cadmiumgeel

Opgave 1 (vraag 1 t/m 6) uit eindexamen Scheikunde VWO 2022 tijdvak 2

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

Vraag 1

[C] Chemische processen en behoudswetten [C1] Chemische processen[Polaris] H8: Redox

In de negentiende en begin twintigste eeuw werden door de chemische industrie veel nieuwe pigmenten ontwikkeld, zoals cadmiumgeel (cadmiumsulfide, CdS). Cadmiumgeel werd onder andere gemaakt door de reactie van cadmiumcarbonaat met zwavel (S). Bij deze reactie ontstaan behalve cadmiumsulfide ook zwaveldioxide en koolstofdioxide.

Geef de vergelijking van deze vorming van cadmiumsulfide uit zwavel en cadmiumcarbonaat.

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

[C] Chemische processen en behoudswetten [C2] Chemisch rekenen [Polaris] H2: Rekenen en meten

Bereken de massa in gram zwavel die minimaal nodig is om 1,0 kg cadmiumcarbonaat volledig om te zetten tot cadmiumsulfide. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.

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

[B] Stoffen en materialen in de chemie[B2] Eigenschappen en modellen[Polaris] H3: Moleculaire stoffen

Bij deze productie werd zwavel in overmaat toegevoegd. De overgebleven zwavel kon na afloop van de reactie gemakkelijk worden gescheiden van de gevormde cadmiumsulfide door het verkregen mengsel te verwarmen. Hierbij verdampt de zwavel maar de cadmiumsulfide niet.

Leg uit dat zwavel bij een lagere temperatuur verdampt dan cadmiumsulfide. Neem hier aan dat zwavel bestaat uit deeltjes $\text{S}_{8}$ . Gebruik hierbij begrippen op microniveau. Benoem de bindingstypes in beide stoffen.

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] Chemische processen en behoudswetten [C1] Chemische processen[Polaris] H8: Redox

Helaas bleek cadmiumgeel op de lange termijn niet chemisch stabiel. Op verschillende schilderijen zijn drie opeenvolgende aantastingen van cadmiumgeel waargenomen:

verbleking door de vorming van cadmiumsulfaat.
de vorming van kleine witte vlekken waarin vooral cadmiumsulfaat-monohydraat aanwezig is.
verkleuring door onder andere de vorming van lood(II)sulfaat $\text{PbSO}_{4}$ . Deze verkleuring trad alleen op nadat vernis was aangebracht op een al aangetast schilderij.

De omzetting van cadmiumgeel met zuurstof tot cadmiumsulfaat-monohydraat treedt alleen op in vochtige lucht.

Geef de vergelijking van de omzetting van cadmiumgeel tot cadmiumsulfaatmonohydraat.

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

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B1] Deeltjesmodellen[Polaris] H4: Zouten

Behalve cadmiumsulfaatmonohydraat ontdekte men in de witte vlekken een ander zout. In dit zout zijn cadmiumionen en sulfaationen in de molverhouding 2 : 3 aanwezig. Behalve deze ionen is er nog één andere ionsoort aanwezig. Op grond van de gevonden samenstelling van het zout vermoedden de onderzoekers dat een van de schilderijen ooit met een oplossing van ammoniak is schoongemaakt.

Geef een mogelijke verhoudingsformule van het gevonden zout.

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.

Vraag 6

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B3] Bindingen en eigenschappen[Polaris] H4: Zouten

Tijdens periodes met hoge luchtvochtigheid lossen de zouten die in een verflaag aanwezig zijn enigszins op. Dit wordt veroorzaakt doordat zich dan bijvoorbeeld het evenwicht $\text{CdSO}_{4} \rightleftharpoons \text{Cd}^{2+} + \text{SO}_{4}^{2-}$ kan instellen in de verflaag. De gehydrateerde ionen kunnen vervolgens door verf- en vernislagen heen bewegen.

Voor het evenwicht $\text{CdSO}_{4} \rightleftharpoons \text{Cd}^{2+} + \text{SO}_{4}^{2-}$ geldt $K_{s} = [\text{Cd}^{2+}][\text{SO}_{4}^{2-}]$ . $K_{s}$ is het zogenoemde oplosbaarheidsproduct. De waardes van $K_{s}$ van enkele stoffen zijn in de tabel gegeven.

Stof	Formule	$K_s = ...$	Waarde van $K_s$
Cadmiumsulfaat	$\text{CdSO}_4$	$[\text{Cd}^{2+}][\text{SO}_4^{2-}]$	$5,3 \cdot 10^{-1}$
Lood(II)sulfaat	$\text{PbSO}_4$	$[\text{Pb}^{2+}][\text{SO}_4^{2-}]$	$1,7 \cdot 10^{-8}$
Lood(II)ethanoaat	$\text{Pb}(\text{CH}_3\text{COO})_2$	$[\text{Pb}^{2+}][\text{CH}_3\text{COO}^-]^2$	$2 \cdot 10^{1}$

Op een schilderij waar het cadmiumgeel al deels was omgezet tot cadmiumsulfaat is in het verleden een laag vernis aangebracht. De gebruikte vernis bevatte als enige loodverbinding lood(II)ethanoaat ( $\text{Pb}(\text{CH}_{3}\text{COO})_{2}$ ). Zowel in de verflaag als in de vernislaag is door de onderzoekers vast lood(II)sulfaat ( $\text{PbSO}_{4}$ ) aangetroffen.

Leg uit, onder andere met behulp van evenwichtsbeschouwingen, dat lood(II)sulfaat aanwezig is in de vernislaag als gevolg van periodes met hoge luchtvochtigheid. Neem aan dat de waardes in de tabel ook gelden onder de omstandigheden in een verflaag tijdens periodes van hoge luchtvochtigheid.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 6

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

$2 \text{CdCO}_{3} + 3 \text{S} \rightarrow 2 \text{CdS} + \text{SO}_{2} + 2 \text{CO}_{2}$

links van de pijl $\text{CdCO}_{3}$ en $\text{S}$ [1]
rechts van de pijl $\text{CdS}$ , $\text{SO}_{2}$ en $\text{CO}_{2}$ en de elementbalans juist bij uitsluitend de juiste formules links en rechts van de pijl [1]

Opmerking: Als is gebruikgemaakt van de formule $\text{S}_{2}$ of $\text{S}_{8}$ voor zwavel, dit niet aanrekenen.

Uitleg bij vraag 1

Vraag 2

3 punten

maximumscore 3

uitkomst: $2,8 \cdot 10^{2}$ (g)

Voorbeelden van een juiste berekening zijn:

$\frac{1,0 \times 10^{3}}{172} \times \frac{3}{2} \times 32,1 = 2,8 \cdot 10^{2}$ (g)

In 1,0 kg cadmiumcarbonaat is er $\frac{1,0 \times 10^{3}}{172} = 5,81$ (mol) $\text{CdCO}_{3}$ . Er is dus $5,81 \times \frac{3}{2} \times 32,1 = 2,8 \cdot 10^{2}$ (g) zwavel nodig.

omrekening van de massa cadmiumcarbonaat naar de chemische hoeveelheid [1]
omrekening naar de massa in gram zwavel die minimaal nodig is [1]
de uitkomst van de berekening gegeven in twee significante cijfers [1]

Opmerkingen:

Als is gebruikgemaakt van de formule $\text{S}_{2}$ of $\text{S}_{8}$ voor zwavel, dit niet aanrekenen.
Als een onjuist antwoord op vraag 2 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 1, dit niet aanrekenen.

Uitleg bij vraag 2

Vraag 3

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: Tussen de zwavelmoleculen zijn vanderwaalsbindingen aanwezig. Tussen de ionen van cadmiumsulfide zijn ionbindingen aanwezig. Deze ionbindingen zijn sterker dan de vanderwaalsbindingen.

inzicht welke deeltjes in elk van beide stoffen voorkomen [1]
de bindingstypes die hiermee samenhangen juist en conclusie [1]

Uitleg bij vraag 3

Vraag 4

2 punten

maximumscore 2

$\text{CdS} + 2 \text{O}_{2} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{CdSO}_{4} \cdot \text{H}_{2}\text{O}$

links van de pijl $\text{CdS}$ , $\text{O}_{2}$ en $\text{H}_{2}\text{O}$ [1]
rechts van de pijl $\text{CdSO}_{4} \cdot \text{H}_{2}\text{O}$ en de elementbalans juist bij uitsluitend de juiste formules links en rechts van de pijl [1]

Opmerking: Een antwoord als het volgende goed rekenen: $\text{CdS} + 2 \text{O}_{2} \rightarrow \text{CdSO}_{4}$ $\text{CdSO}_{4} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{CdSO}_{4} \cdot \text{H}_{2}\text{O}$

Uitleg bij vraag 4

Vraag 5

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: $(\text{NH}_{4})_{2}\text{Cd}_{2}(\text{SO}_{4})_{3}$

in de verhoudingsformule $\text{NH}_{4}^{+}$ genoteerd [1]
de rest van de verhoudingsformule juist [1]

Uitleg bij vraag 5

Vraag 6

3 punten

maximumscore 3

Een voorbeeld van een juist antwoord is: Het cadmiumsulfaat dat in de verflaag aanwezig is, heeft een (relatief) hoge waarde voor $K_{s}$ . Tijdens periodes van hoge luchtvochtigheid kan het evenwicht $\text{CdSO}_{4} \rightleftharpoons \text{Cd}^{2+} + \text{SO}_{4}^{2-}$ zich instellen, waardoor in de verflaag de $[\text{SO}_{4}^{2-}]$ (relatief) hoog is. Het lood(II)ethanoaat dat in de vernislaag aanwezig is, heeft een hoge waarde voor $K_s$ . Tijdens periodes van hoge luchtvochtigheid kan het evenwicht $\text{Pb}(\text{CH}_{3}\text{COO})_{2} \rightleftharpoons \text{Pb}^{2+} + 2 \text{CH}_{3}\text{COO}^{-}$ zich instellen, waardoor in de vernislaag de $[\text{Pb}^{2+}]$ (relatief) hoog is. Deze ionen zullen door de lagen heen bewegen en elkaar tegenkomen / met elkaar mengen. Omdat de waarde van $K_{s}$ van lood(II)sulfaat (relatief) laag is, ligt het evenwicht $\text{PbSO}_{4} \rightleftharpoons \text{Pb}^{2+} + \text{SO}_{4}^{2-}$ links (waardoor in de vernislaag vast $\text{PbSO}_{4}$ zal ontstaan).

notie dat de waardes van $K_{s}$ van cadmiumsulfaat en lood(II)ethanoaat (relatief) hoog zijn waardoor de $[\text{Pb}^{2+}]$ en de $[\text{SO}_{4}^{2-}]$ (relatief) hoog kunnen worden [1]
notie dat dan $\text{Pb}^{2+}$ -ionen en $\text{SO}_{4}^{2-}$ -ionen door de lagen heen bewegen en mengen / elkaar tegenkomen [1]
notie dat de waarde van $K_{s}$ van lood(II)sulfaat (relatief) laag is, waardoor het evenwicht naar links verschuift (en conclusie) [1]

Uitleg bij vraag 6

Volgende opgave: Merox →