Voorkennis §17.1

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

• Behandelen voorkennis en §17.1  
• oefenen met de stof

Wat gaan we doen vandaag?

Welke 2 onderdelen vind jij het moeilijkste

Bussen in London 

De waterstofbus in London:

Een tankstop duurt ongeveer vijf minuten. 

De waterstof is nu nog een bijproduct van een industriële chlooralkalifabriek. 

Vanaf 2023 wordt de waterstof betrokken van een offshore windpark uit de buurt. 

Hoe werkt dat nu precies?

Na deze les kun je de volgende begrippen uitleggen en in de juiste context gebruiken:

• energietransitie, duurzame brandstoffen.

en kun je 

• uitleggen hoe waterstof als brandstof werkt
• de bouw en werking van brandstofcellen beschrijven.
• onbekende halfreacties opstellen 

Wat weet je na deze les

Een duurzame (bio)brandstof moet aan de volgende voorwaarden voldoen:

• de brandstof moet zo duurzaam mogelijk geproduceerd zijn;
  
• de brandstof moet per gewichtseenheid zoveel mogelijk energie leveren
  

Door de biomassa op verschillende manieren te behandelen ontstaan diverse biobrandstoffen.

Duurzame brandstof

bio-ethanol heeft een andere structuurformule dan ethanol

1. Yes
2. No

1e generatie biobrandstof:

Gemaakt van plantaardig materiaal, zoals palmolie, koolzaad, suikerriet, maïs en graan. Dit materiaal wordt vaak in tropische landen gekweekt. De productie van eerste generatie biobrandstoffen neemt landbouwgrond in beslag en kan daardoor ten koste gaan van voedselproductie.

2e generatie biobrandstof:

Biobrandstoffen die bestaan uit afvalstoffen (afval uit de vleesproductie, afgedankt frituurvet) en (resten van) planten die niet geschikt zijn voor voedsel, bijvoorbeeld houtsnippers. Voor deze zogenoemde tweede generatie biobrandstoffen is geen extra landbouwgrond nodig.

3e generatie biobrandstof:

Biobrandstof op basis van algen en bacteriën. Deze organismen worden speciaal hiervoor gekweekt. Biobrandstof maken van algen en bacteriën is nu nog heel duur. Nieuwe technieken moeten de productie goedkoper maken

3 generaties

Zowel fossiele als biobrandstoffen zijn in energiedragers, waarin zonne-energie via fotosynthese is opgeslagen.

Biobrandstoffen zouden CO2-neutraal zijn en niet bijdragen aan het versterkt broeikaseffect. In hoeverre ben jij het daar mee eens?

Koolstofkringloop

Leg uit of biobrandstoffen voor een vermindering van het broeikaseffect zorgen?

Duurzame energie bronnen zijn de toekomst. Je kunt de duurzame energiebron windenergie inzetten voor elektrische energie, of voor een biobrandstofcentrale.
Wat is duurzamer en waarom ?

1. inzetten voor de biobrandstof, want dat levert geen extra CO₂ uitstoot op.
2. inzetten voor de biobrandstof, dit heeft een hogere energie kwaliteit
3. inzetten voor de elektrische energie, want dat levert geen extra CO₂ uitstoot op.
4. inzetten voor de elektrische energie, dit heeft een hogere energie kwaliteit

1. Noteer deeltjes links en rechts van de pijl
2. Maak alle atomen kloppend BEHALVE O en H
3. Maak O kloppend met H₂O
4. Maak H kloppend met H⁺
5. Maak lading kloppend met e-
6. Basisch of neutraal milieu? Compenseren door aan beide kanten OH- toe te voegen: 

Let op bij stap 6: combineer H+ en OH- tot H2O en streep weg aan beide kanten

 

Onbekende halfreacties opstellen

Maak de onderstaande halfreactie compleet
MnO2 → Mn2+

Maak de onderstaande halfreactie compleet

MnO₂  →   Mn²⁺

Kloppen de atomen links en rechts van de pijl BEHALVE O en H? 

MnO₂  →   Mn²⁺👍🏼

Maak O kloppend met H₂O

MnO₂ → Mn²⁺ + 2 H₂O👍🏼

Maak H kloppend met H+

MnO₂ + 4H⁺ → Mn²⁺ + 2 H₂O👍🏼

Maak lading kloppend met e-

MnO₂ + 4H⁺ + 2e^-→ Mn²⁺ + 2 H₂O👍🏼

Let's try

CH3OH → CO2

Methanol brandstofcel

NO3- → NH3 in een basisch milieu

Nu met als extra punt: de halfreactie gebeurt in een basisch milieu

Nog een voorbeeld

Welke vragen uit voorkennis en §17.1 wil je vandaag bespreken

Een brandstofcel is een elektrochemische cel die als een continu proces wordt gedreven om elektrische energie te leveren (continue toevoer en afvoer van brandstof)

Een brandstof is de energiedrager die energie 'verliest' in een verbrandingsreactie. Dit is een redoxreactie, waarbij de brandstof altijd de reductor is. 

De halfreactie van deze reductor staat vaak niet in Binas.

Deze redox reactie lijkt op een verbrandingsreactie, vandaar de naam brandstof cel.

De brandstofcel

Brandstof cel

• Elektrochemische cel met voortdurende aanvoer van reagerende stoffen.

• Ox: O2 + 4 H+ + 4 e- -> 2 H2O
• Red: H2 -> 2 H+ + 2 e- (2x)
• Totaal: 2 H2 + O2 -> 2 H2O

H+ tegen elkaar wegstrepen.

HELP! dit snap ik niet

Membraan waar alleen H+ doorheen kan

(Electrolyt)

Opstellen reactie met halfreacties:

Reacties optellen + alles voor en na de pijl wegstrepen dat hetzelfde is

Totale reactie bij waterstof brandstofcel: 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

Waterstof brandstofcel 

Elektrolyt

Opstellen reactie met halfreacties

Reacties optellen + alles voor en na de pijl wegstrepen dat hetzelfde is

Totale reactie bij waterstof brandstofcel:

Methanol-brandstofcel

Bij de energietransitie vervangen duurzame energiebronnen zoals biobrandstoffen uit biomassa of waterstof fossiele brandstoffen.  

Zonne- en windenergie leveren duurzame elektriciteit.

Een brandstofcel is een elektrochemische cel, waarin een continue aanvoer is van de brandstof (de reductor) en zuurstof (de oxidator).

In een brandstofcel bevinden zich elektroden, een elektrolyt en een ionselectief membraan.

Samenvattend

Wat hebben we vandaag geleerd?

4.4 Rekenen aan reacties - basis

Zie de studiewijzer op magister.me