spm1530 UITWERKING Tentamen 1 Juli 2010
UITWERKING Tentamen spm1530 1 juli 2010, 14-17 uur
Aanwijzingen:
• U mocht gebruik maken van:
– schrijfmateriaal – rekenmachine
– formuleblad en periodiek systeem (afgedrukt achteraan dit tentamen).
• Lees de vragen vooraf door en deel de beschikbare tijd in voor beantwoor- ding van de vragen.
Dit tentamen bevat 28 vragen, op 8 pagina’s.
Daaronder zijn 25 meerkeuzevragen (44 punten).
Het totaal aantal te behalen punten is 100. U start met 10 punten.
spm1530 Antwoordvel meerkeuzevragen tentamen spm1530 1 Juli 2010 Deze pagina is bewust blanco
spm1530 Tentamen 1 Juli 2010
MEERKEUZEVRAGEN
NPK kunstmest van de firma NPK.nl bestaat uit een mengsel van kaliumnitraat, KNO3, superfosfaat, Ca(H2PO4, en ureum H2N-CO-NH2. Na gebruik op land reageert ureum met water tot ammoniak (NH3 en CO2 ). Licht activeert de afbraak van ureum. Een eerste stap is bijvoorbeeld de afsplitsing van een•NH2radicaal. Dit radicaal heeft een erg korte levensduur, en reageert bijvoorbeeld direct met bijvoorbeeld water onder vorming van een nieuw hydroxyl- radicaal•OH en ammoniak.
1. (1 punt) Ureum is relatief stabiel omdat
A. de reactie enthalpie voor de beschreven afbraakreactie sterk positief is B. de reactie enthalpie voor de beschreven afbraakreactie sterk negatief is C. fotonen per stuk nooit voldoende energie bezitten om ureum te splitsen D. blanco
2. (1 punt) (Overmatig) gebruik van NPK.nl’s kunstmest leidt tot A. vermesting, verzuring, verdroging
B. vermesting, verspilling, verdroging C. vermesting, verzuring, verspreiding D. blanco
3. (1 punt) Het verschil tussen het model van Bohr en het Quantum-Chemisch (QC) model is A. in Bohr wordt energie niet als gequantiseerd beschouwd, in het QC model wel
B. in Bohr bestaan discrete energieniveau’s voor elektronen rond een atoomkern, in QC voor beiden
C. Bohr gaat uit van vaste afstanden van elektronen rond een atoomkern, QC van waarschijnlijkheidsverdelingen
D. blanco
4. (2 punten) Als ureum wordt gesplits door licht met een golflengte van 400 [nm], dan geldt voor de splitsing van ureum door licht met een golflengte van 800 [nm]:
A. dat die kan plaatsvinden
B. dat daarop een kleine kans bestaat
C. dat die de-facto niet plaats vindt omdat de kans daarop astronomisch klein is D. blanco
5. (1 punt) De valentie-elektronen configuratie van fosfor is A. 2s22p3
B. 3s23p3 C. 3s23p5 D. blanco
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010 6. (1 punt) De volgende elementen hebben min-of-meer vergelijkbare chemische eigenschap-
pen als fosfor
A. koolstof C en selenium Se B. stikstof N en arseen As C. silicium Si en zwavel S D. blanco
7. (2 punten) De volgende uitspraak is juist:
A. Fosfor heeft g´e´en 3d-orbitalen B. Fosfor heeft precies zes 3d-orbitalen C. Fosfor heeft precies tien 3d-orbitalen D. blanco
8. (1 punt) Vast kaliumnitraat bevat A. alleen ionbindingen
B. alleen covalente bindingen
C. zowel ion- als covalente bindingen D. blanco
9. (3 punten) Uit de Lewisstructuur van het nitraation, NO3–(N is het centrale atoom) A. blijkt dat het nitraation g´e´en resonantiestructuren heeft
B. blijkt dat het nitraation twee resonantiestructuren heeft C. blijkt dat het nitraation drie resonantiestructuren heeft D. blanco
10. (2 punten) Het koolstofatoom in ureum is volgens de MO-theorie A. niet gehybridiseerd
B. sp2gehybridiseerd C. sp3gehybridiseerd D. blanco
11. (2 punten) Het fosforatoom is het centrale atoom in superfosfaat waaraan alle O en H direct zijn verbonden. De stabiliteit van superfosfaat is dus te verklaren omdat het fosforatoom in superfosfaat
A. niet gehybridiseerd is B. dsp2gehybridiseerd is C. d2sp3gehybridiseerd is D. blanco
12. (2 punten) Geef aan bij welke reactie g´e´en radicaal of radicalen ontstaat (ontstaan) A. de eerste stap in de afbraak van CFK-11 in de ozonlaag
B. de omzetting van keukenzout, NaCl en water in Cl2, NaOH en H2 C. het uiteenvallen van het anti-klopmiddel MTBE in een benzinemotor D. blanco
pag. 2 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010 13. (2 punten) Het molecuul NO is een radicaal maar toch relatief stabiel. Dat is te verklaren
door
A. de Lewis-structuur
B. het aantal valentie-elektronen van N en O C. Molecular Orbital theorie
D. blanco
14. (2 punten) Als je een klontje kristalsuiker van 3[g] in een heet kopje van 200 [ml] thee oplost, dan daalt naar verwachting de temperatuur
A. vanwege de Cpvan suiker ´en omdat de roosterenthalpie van suiker negatief is B. vanwege de Cp van suiker ´en omdat de roosterenthalpie van suiker positief is C. all´e´en vanwege de Cp van suiker
D. blanco
15. (1 punt) Het industrieel systeem waarin plastics, harsen, verven en lakken worden gepro- duceerd uit aardolie is te beschouwen als een keten met de achtereenvolgende schakels:
A. petrochemie, chemie, polymeerindustrie
B. raffinage, chemie, petrochemie, polymeerindustrie, C. raffinage, petrochemie, chemie, polymeerindustrie D. blanco
16. (2 punten) Belangrijke grondstof(fen) van de chemische industrie zijn:
A. propyleen en benzeen B. benzine en diesel C. nafta en condensaat D. blanco
17. (2 punten) De volgende uitspraak is juist:
A. in een hydroskimming refinery wordt netto waterstof geproduceerd B. een hydroskimming refinery is een relatief eenvoudige olieraffinaderij
C. in een hydroskimming refinery ligt de nadruk op geavanceerde conversie onder zware condities
D. blanco
18. (2 punten) Van licht naar zwaar zijn de producten van een olieraffinaderij:
A. benzine, diesel, LPG, stookolie B. LPG, diesel, benzine, stookolie C. benzine, kerosine, diesel,stookolie D. blanco
19. (2 punten) In een olieraffinaderij wordt ruwe olie verwerkt tot producten door achtereen- volgens:
A. kraken, destillatie, menging B. destillatie, kraken, menging
C. destillatie, kraken + destillatie, menging D. blanco
pag. 3 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010 20. (2 punten) Het Research Octane Number (RON) of octaangetal van euro loodvrij benzine
is (minimaal) 95. Dat betekent
A. dat er minstens 95 vol.% octaan in deze benzine zit
B. dat het gemiddeld molgewicht van de benzine gelijk is aan een mengsel van 95 vol.% iso-octaan
C. dat deze benzine net zo presteert als een mengsel met 95 vol.% iso-octaan D. blanco
21. (2 punten) Zwavelverwijdering in een olieraffinaderij is nodig voor:
A. werking van de raffinaderij en productie van schone brandstoffen
B. productie van schone brandstoffen waarmee luchtverontreininging wordt voor- komen
C. werking van de raffinaderij en voorkomen van verzurende emissies D. blanco
22. (2 punten) In tegenstelling tot ethyleenglycol H2(HO)C-CH2OH zijn monomeren zoals ethy- leen, styreen en butadieen niet volledig verzadigde verbindingen. Deze aanduiding voor een groep moleculen cq. monomeren betekent dat
A. deze monomeren water kunnen opnemen door absorptie of reactie
B. deze monomeren onder geschikte condities toch nooit reageren met waterstof C. deze monomeren per molecuul ´e´en of meer π-bindingen bevatten
D. blanco
23. (2 punten) De Molecular Orbital theorie verklaart het bestaan van bindingen tussen ato- men in moleculen. Volgens de Molecular Orbital theorie
A. Bestaan er alleen σ en π –bindingen
B. Is een σ-binding altijd gecombineerd met een π-binding C. Is een π-binding altijd gecombineerd met een σ-binding D. blanco
24. (2 punten) Volgens de Molecular Orbital theorie
A. Bereiken moleculen niet de laagste energietoestand, maar elektronen B. Wordt het bestaan van het molecuul NO adequaat verklaard C. Zijn alleen π-bindingen molecular orbitalen
D. blanco
25. (2 punten) In Nederland belangrijke vormen van (agro)-industri¨ele luchtverontreiniging zijn
A. uitstoot van NH3, NOxen vluchtige koolwaterstoffen in verband met verzuring en smog
B. uitstoot van NH3en NOxin verband met verzuring; vluchtige koolwaterstoffen in verband met smog
C. uitstoot van NH3in verband met verzuring, vluchtige koolwaterstoffen in ver- band met smog; NOxi.v.m. verzuring ´en smog
D. blanco
pag. 4 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010
Open vragen
26. (14 punten) Lewis-structuren en polymeren
C C C H H
H
Cl
Figuur 1: Lewisstructuur ChloorAlleen
(a) ( punten) (1.5) Er wordt een verlaagde energietoestand bereikt. Verlaagd ten op zicht van de uitgangstoestand, bijvoorbeeld twee of meer losse atomen, brokstukken van moleculen etc.
(b) (3 punten) Voor de Lewisstructuur zie figuur 1. Zoals is te zien is het koolstofske- let van chloor-alleen recht. De buitenste twee C-atomen zijn sp2-gehybridiseerd, het middelste C-atoom is sp-gehybridiseerd; de H-atomen zijn niet gehybridiseerd; het Cl-atoom is sp3-gehybridiseerd.
(c) (2 punten) De bindingshoeken in ChloorAlleen zijn resp. 180o(C=C=C) en 120o(=C¡H
Cl). Dat volgt direct uit de hybridisatie van de C-atomen. Ook het VSEPR-model geeft afdoende verklaring - dat zegt immers dat de elektronenparen vanwege hun negatieve lading zich zo zullen verdelen ivm onderlinge afstoting dat ten slotte hun interactie wordt beperkt, waarmee dan een relatief laagste energietoestand wordt bereikt.
(d) (2 punten) Tussen de C-atomen bevinden zich dubbele bindingen. Deze bestaan uit een σ- en een π-binding. De laatste wordt gevormd door combinatie van 2 atomic p- orbitalen. Als C-atoom 1 en 2 met px een π-binding vormen, dan moeten C-atoom 2 en 3 wel atomic py-orbitalen gebruiken. Deze staan per definitie loodrecht op elkaar.
Het is daarmee zeer onwaarschijnljk dat zich een molecular orbital kan vormen met een lagere energietoestand over alle drie de C-atomen.
.5.5.5
(e) (3.5 punten) Naar analogie van het schema voor afbraak van de ozonlaag door ha- logeenradicalen is het schema voor de radicaal polymerisatie (met het propyleen- monomeer aangegeven met P) te schrijven als:
• initiatie: R-X →R• + X•; X•+ P →X-P•
• propagatie: X-P•+ P →X-P-P•+ P →X-P-P-P• etc.
• terminatie 1: X-P-[P]n-P•+•-P-[P]m-P-X →X-P-[P]n+m-P-X
• terminatie 2: X•+•-P-[P]m-P-X →X-P-[P]m-P-X
Waarin P staat voor het propyleen monomeer. Er zijn verschillende terminatie reac- ties mogelijk, echter de eerste is het meest waarschijnlijk omdat meestal de initiator zo gekozen wordt dat deze snel uiteenvalt, en alle R• en X• meteen de kiem vormen van polymeerketens. Daarmee is de waarschijnlijkheid van de tweede reactie onwaar- schijnlijk geworden, net als de vergelijkbare reactie met R•, combinatie van 2 R• of 2 X•of recombinatie van R• en X•.
pag. 5 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010 (f) (2 punten) Als er meer initiator wordt gebruikt bij dezelfde hoeveelheid te polymeri- seren propyleen, dan zullen meer initiatiereacties plaatsvinden, meer polymeerketens tegelijkertijd gaan groeien, en is de kans op terminatie reactie 1 groter. Het gecombi- neerde effect is dat het gemiddeld molgewicht van het gevormde polymeer afneemt.
Anders geredeneerd: als de polymerisatie geheel volgens reacties in het schema ver- loopt, dan is het gemiddeld molgewicht een eigenschap die bepaald wordt door de verdeling van ketenlengtes van het gevormde polymeer PP. Te zien is dat elk poly- meermolecuul in dit schema twee brokstukken initiator bevat. De gemiddelde lengte is dus f ([initiator], [monomeer]), een eerste benadering is [initiator]
[monomeer]. 27. (32 punten) Water en Afvalwater
Aarde Oceanen
Zoet water
Atmosfeer
Grondwater
Land
Figuur 2: De Grote Waterkringloop
(a) (5 punten) De grote waterkringloop of hydrologische kringloop betreft de rondgang van water op onze planeet. Water verdampt uit zee¨en en oceanen. Op land spelen grote zoetwaterlichamen, maar belangrijker, vegetatie een grote rol via transpiratie en eva- poratie. In de atmosfeer vindt daardoor wolkvorming plaats; wolken gevormd boven zee drijven naar land en veroorzaken daar neerslag net als wolken gevormd boven land. De neerslag stroomt uiteindelijk via zoetwatersystemen - beken, rivieren, me- ren; gletschers die in zee uitstromen - terug naar zee. Een andere retourstroom loopt via inzijging in de bodem, waarna grondwater via aquifers - ondergrondse watervoe- rende lagen - het water uiteindelijk terug naar de zee stroomt. 2
(b) (2 punten) Vitens is gekoppeld aan het grondwater en aan het oppervlaktewater; aan beide ontrekt zij water voor drinkwaterbereiding. Retour van het water vindt plaats niet vanuit Vitens, maar vanuit de afnemers - huishoudens en bedrijven. Een groot deel zal via riolering, afvalwaterzuivering als effluent worden geloosd.
(c) (3 punten) Duurzaam watergebruik heeft drie aspecten - zodanig gebruik dat vol- doende water van goede kwaliteit beschikbaar is en blijft, nu en in de toekomst; zo- danig gebruik dat functies van het watersysteem behouden blijven - behoud ecosyste- men, biodiversiteit, oppervlaktewater kwantiteit en kwaliteit;
”equity” - rechtvaardige verdeling van beschikbaar water
(d) (3 punten) Niet eens met de invulling:
”Duurzaam water winnen betekent voor Vitens altijd en overal water van een goede kwaliteit leveren tegen een zo laag mogelijke
pag. 6 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010
verdere behandeling biologische zuivering mechanische zuivering voorzuivering Influent
Effluent rooster
zandverwijdering
(voor)bezinking
biologische behandeling
(na)bezinking
fysisch-chemische en/of biologische behandeling
retourslib
Zuiveringsslib Zuurstof (lucht)
Figuur 3: Principe AWZI
prijs ... bescherming van onze bronnen.” Alleen het eerste aspect heeft blijkens deze quote de aandacht van Vitens; dat wordt vooral geframed als verzekeren dat altijd en overal water kan worden geproduceerd en geleverd tegen zo laag mogelijke prijs, met aandacht voor voorkomen van vervuiling van de bronnen en betrouwbaarheid van haar (technisch) systeem.
(e) (3 punten) Werk duurzaamheidsbeginsel verder uit, zodat alle drie aspecten volledig worden geaddresseerd. Voor grondwater dus niet meer onttrekken dan recharge; als dat te weinig is voor
”altijd en overal leveren”, overgaan op oppervlaktewater ge- bruik. Werken aan innovaties om dat mogelijk te maken. Aandacht voor behoud andere functies en karakteristieken watersystemen; addresseren van verdelingsvraag- stuk vanuit perspectief
”equity”, met economie/markt als middel om de verdeling tot stand te brengen.
(f) (1 punt) Vervuilingseenheid. De gemiddelde hoeveelheid vervuiling die ´e´en persoon jaarlijks op het riool brengt.
(g) (2 punten) BOD - Biological Oxygen Demand; BZV - Biologisch Zuurstof Verbruik.
Dat is de hoeveelheid zuurstof (O2 ) nodig om de in water aanwezige organische- chemische verontreiningen biologisch af te breken.
pag. 7 van 8
spm1530 Tentamen (vervolg) 1 Juli 2010 (h) (6 punten) 3 In een AWZI vinden grosso-modo de volgende stappen plaats: grofvuil- verwijdering; zandverwijdering; biologische zuivering; nabezinking. De biologische verwijdering is het meest uitgebreide deel van een AWZI, en bestaat uit beluchtings- bassins waarin micro-organismen met zuurstof de organische vuillast afbreken, bezin- king (en nabezinking) om het gegroeide zuiveringsslib af te scheiden, interne recycle van een klein deel van het zuiveringsslib, en verwerking van het grootste deel van het gegroeide zuiveringsslib. Dit zuiveringsslib is het belangrijkste bijproduct van de AWZI, omdat de micro-organismen groeien op het afval aanwezig in het water: het afval wordt enerzijds verbrand door de micro-organismen (om in leven te blijven), anderzijds omgezet tot biomassa.
.5.5.5
(i) (4.5 punten) de drie hoofdcategori¨en zijn fysische, chemische en biologische veront- reinigingen. Fysisch is bijvoorbeeld zand, straling etc.; chemisch zijn opgeloste zouten (met metalen als ionen) en organische verbindingen; biologisch zijn pathogene en niet- pathogene micro-organismen (pathogeen: ziekte verwekkend).
.5.5.5
(j) (2.5 punten) Het effluent van een AWZI mag niet op (klein) oppervlaktewater wor- den geloosd als de verhouding effluent / volume te klein is. Dan wordt de zgn. im- missie van fysisch, chemisch en biologische verontreiniging te groot, IMMERS, het rendement van een moderne AWZI is ±95% voor C, ±75 % voor N en ±60 % voor P. Ook zijn er zgn.
”Persistent Organic Pollutants”, POP’s zoals medicijnresten, die ongehinderd door de installatie kunnen lopen, en bevat het effluent onvermijdelijk micro-organismen.
28. (10 punten (bonus)) Van de bonusvraag is bewust geen uitwerking opgenomen.
– – – Einde van de uitwerking – – –
pag. 8 van 8
