Chemie 7e ed/FLEX - Hoofdstuk 2 - Koolstofchemie oefentoetsen & antwoorden

Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule, maar een andere structuurformule.Een blokschema is een schematisch overzicht van een chemisch proces in een fabriek. In een blokschema staan verschillende ruimtes waar chemische reacties en/of scheiding van stoffen plaatsvinden weergegeven met blokken en de stofstromen van en naar de ruimtes met pijlen. De covalentie van koolstof is 4, van zuurstof 2, van broom en waterstof 2. De atomen die aan koolstof gebond zijn mogen in elke richting staan. Een voorbeeld van een juist antwoord: Biobrandstoffen worden bereid uit plantaardig materiaal. De CO2 die vrijkomt bij de verbranding van biobrandstoffen is daarvoor door de planten waaruit de brandstof bereid is uit de lucht gehaald voor fotosynthese, waardoor het geheel CO2-neutraal is. Opmerking: hierbij wordt wel de CO2 uitstoot van onder andere de bereiding van biobrandstoffen in fabrieken buiten beschouwing gelaten, waardoor biobrandstoffen in de praktijk niet geheel CO2-neutraal zijn. Bij een volledige verbranding van een koolwaterstof komen alle C-atomen in CO2 terecht. Een ‘molecuul’ diesel bevat twee keer zoveel C-atomen als benzine en produceert dus bij een gelijke hoeveelheid en verbruik twee keer zo veel CO2.Bij een gelijke hoeveelheid en verbruik stoot diesel dus 2 keer zoveel CO2 uit.Opmerking: De reactievergelijkingen van de volledige verbranding van benzine en diesel staan ter verduidelijking hieronder gegeven. Deze hoeven niet bij het antwoord gegeven te worden.2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O2 C16H34 + 48 O2 → 32 CO2 + 34 H2O Een molecuul propaan heeft een relatief lage molecuulmassa en heeft daardoor zwakke vanderwaalsbindingen met andere propaanmoleculen. Deze zijn bij kamertemperatuur al verbroken waardoor het een gas is.Heptaanmoleculen hebben een grotere massa en dus sterkere vanderwaalsbindingen met elkaar, waardoor er meer energie nodig is om deze te verbreken. Bij kamertemperatuur worden de moleculen nog tijdelijk tot elkaar aangetrokken, waardoor het een vloeistof is. Teken de structuurformule van but-2-een als volgt:De hoofdketen heeft 4 C-atomen (but-) met een dubbele binding aan C-2 (-2-een). Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule, maar een andere structuurformule.Als de dubbele binding aan C-1 zit heb je het isomeer but-1-een.Een andere mogelijke isomeer is 2-methylpropeen       De hoofdketen heeft 4 C-atomen: stam but-Er zit een dubbele binding aan C-2: but-2-eenEr zit een -NH2 groep aan C-2 (achtervoegsel -amine).But-2-een-2-amine Voorbeeld van een goed antwoord:De stoffen die bedoeld worden met het stikstofprobleem zijn stikstofoxiden (NOx) en ammoniak (NH3). Deze stoffen komen vrij in de lucht door uitstoot van de industrie uitlaatgassen van voertuigen. Ook kunstmest bevat veel van deze stoffen waardoor de concentratie in de lucht en in de grond toeneemt.De hoge concentraties van deze stof in de lucht zorgen voor verzuring van de lucht en de bodem en versterking van het broeikaseffect. Dit is het stikstofprobleem. Een onverzadigde koolwaterstof bevat een of meerder dubbele of drievoudige bindingen.Octaan is een alkaan met de algemene molecuulformule CnH2n+2. Octaan heeft 8 C-atomen dus C8H18. Penteen is een alkeen met de algemene molecuulformule CnH2n. Penteen heeft 5 C-atomen dus C5H10.Zet de stoffen op de juiste plaats voor en na de pijl: C16H34 → C8H18 + C5H10 + …Om de reactievergelijking kloppend te krijgen, maak je het aantal C- en H-atomen links en rechts van de pijl gelijk. Rechts van de pijl moet er nog C3H6 bij.C16H34 → C8H18 + C5H10 + C3H6C3H6 heeft de algemene molecuulformule CnH2n dus is het een alkeen. 3 C-atomen geeft propeen. Een reactie waarbij een halogeen (jood) koppelt aan een onverzadigde koolwaterstof heet een additiereactie.Pent-1-een heeft 5 C-atomen met een dubbele binding tussen C1 en C2 (deze kan van links of van rechts worden getekend).In joodgas (I2) zijn de twee joodatomen aan elkaar gebonden door een atoombinding. Deze binding wordt tijdens de reactie verbroken.De dubbele binding van pent-1-een springt open en aan elk C-atoom waar deze dubbele binding tussen zat bindt een joodatoom.  De hoofdketen bevat 5 C-atomen: pentaanHet molecuul bevat twee joodatomen: voorvoegsel di-joodDeze zitten aan C1 en C2 (van rechts geteld): nummering 1,21,2-di-joodpentaanBio-octaan wordt geproduceerd uit plantaardige bronnen. Deze hebben tijdens de groei via fotosynthese CO2 uit de lucht gehaald, welke bij de verbranding van bio-octaan vrijkomt. Dit draagt netto dus niet bij aan de hoeveelheid CO2 in de lucht. Ook zijn de plantaardige bronnen hernieuwbaar in tegenstelling tot fossiele brandstoffen. Dit maakt bio-octaan een duurzame brandstof. De naam van de hoofdketen is methaan, dus 1 C-atoom.Het voorvoegsel dichloor betekent dat er 2 chlooratomen aan het C-atoom gebonden zijn.Een voorbeeld van een juist antwoord: (de Cl-atomen mogen in elke richting staan).Zet de juiste stoffen voor en na de reactiepijl. Methaan CH4 en chloorgas (Cl2) voor de pijl.. Dichloormethaan (CH2Cl2) en waterstofchloride (HCl) na de pijl... CH4 + .. Cl2 → .. CH2Cl2 + .. HClIn een kloppende reactievergelijking heb je links en rechts van de pijl altijd hetzelfde aantal atomen. Maak de Cl-atomen en H-atomen kloppend:CH4 + 2 Cl2 → CH2Cl2 + 2 HClEen waterstofatoom van methaan wordt tijdens de reactie vervangen (gesubstitueerd) voor een chlooratoom. Dit is een substitutiereactie.Het eerste blok is de reactor, waarin methaan en chloor worden omgezet tot dichloormethaan en waterstofchloride.In het tweede blok wordt het mengsel van stoffen wat uit de reactor komt van elkaar gescheiden.Chloor hoort bij 1. Chloor is een van de beginstoffen van de reactie. Tijdens de reactie wordt een overmaat chloor gebruikt. Het deel wat niet gereageerd heeft komt de reactor uit en wordt na scheiding gerecirculeerd naar de reactor.Dichloormethaan hoort bij 2.Waterstofchloride hoort bij 3, dit is een bijproduct en wordt na de scheiding als afval naar buiten afgevoerd. Het fractioneren van ruwe aardolie is een massaal, geautomatiseerd proces wat niet wordt onderbroken en waarbij continu nieuwe grondstof wordt aangevoerd.Dit is dus een continuproces. De hoofdketen van C4H8 is vertakt dus de hoofdketen heeft 3 C-atomen met een –CH3 zijgroep. De dubbele binding zit tussen C-1 en C-2. De hoofdketen heeft 6 C-atomen: stam hex-Er zitten een dubbele binding tussen C-3 en C-4: achtervoegsel 3-een De –C2H5 (ethyl) zijgroep zit op koolstof 3: voorvoegsel 3-ethyl3-ethylhex-3-eenAlgen nemen tijdens het groeien middels fotosynthese CO2 op uit de lucht. Deze CO2 komt uiteindelijk bij de verbranding van de olie weer vrij, maar levert netto dus geen bijdrage aan het versterkt broeikaseffect.Ruwe aardolie is een fossiele brandstof. Bij de verbranding van brandstoffen uit ruwe aardolie komt er dus extra CO2 in de lucht wat een grote oorzaak is voor het versterkt broeikaseffect.Een voorbeeld van een juist antwoord:In de beschrijving staat dat de algen in heet zand in zeer korte tijd bijna volledig worden omgezet naar olie. Het is dus een zeer efficiënt proces, waardoor er relatief weinig energie voor nodig is (bijvoorbeeld voor het verhitten van het zand). Ook het groeien van algen zal logischerwijs minder energie kosten dan het winnen en transporteren van aardolie uit de aardbodem.    Een isomeer heeft dezelfde molecuulformule C3H8, maar een andere structuurformule.In beide isomeren is een hydroxylgroep (-OH) aanwezig.Voorbeelden van de juiste structuurformules: (De -OH groep moet in beide isomeren aan verschillende C-atomen gebonden zijn)Systematische naam van de structuurformule links:De hoofdketen bestaat uit 3 C-atomen: propaanDe karakteristieke groep is -OH: achtervoegsel -ol.De koolstofnummering begint rechts zodat de -OH groep het laagst mogelijke nummer krijgt. De -OH groep zit dus aan C-1.propaan-1-olSystematische naam van de structuurformule rechts:De hoofdketen bestaat uit 3 C-atomen: propaan.De karakteristieke groep is -OH: (achtervoegsel -ol).De -OH groep zit aan C-2.propaan-2-ol Bij een onvolledige verbranding van een koolwaterstof kan bijvoorbeeld roet (C) en koolstofmonoxide (CO) vrijkomen.Deze stoffen dragen bij aan de vorming van smog en CO is ook een zeer giftige stof.Als de methoxy-groep (-OCH3) van methoxyethaan wordt vervangen door een amino-groep (-NH2) dan ontstaat er ethaanamine.De methoxygroep neemt het overgebleven H-atoom van ammoniak over. Er ontstaat dan methanol.