Oefenen met Redox

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

• 3 eindexamenopgaves

Wat gaan we doen vandaag?

Een Nederlandse melkveehouder voorziet sinds 2010 met zonnecellen in de eigen energiebehoefte. Voor de opslag van overdag teveel geproduceerde energie is op de boerderij een zogeheten Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) geplaatst. In deze VRFB worden oplossingen met verschillende vanadiumionen vanuit twee opslagtanks door een aantal geschakelde elektrochemische cellen gepompt. Dit proces is in de figuur hieronder vereenvoudigd weergegeven met één elektrochemische cel. In deze opgave wordt de term vanadiumionen gebruikt voor
(combinaties van) de deeltjes VO₂⁺, VO²⁺, V³⁺ en V²⁺.
In beide oplossingen is verder alleen opgelost zwavelzuur aanwezig.

Wanneer de VRFB voor het eerst in gebruik wordt genomen, is van de genoemde 

vanadiumionen in de linker opslagtank alleen VO²⁺ aanwezig en in de rechter opslagtank alleen V³⁺. In deze situatie levert de VRFB  geen stroom. Doordat in de VRFB selectieve membranen worden toegepast, worden tijdens het opladen en de stroomlevering vrijwel uitsluitend H+ ionen doorgelaten.

Geef de vergelijking van beide halfreacties die tijdens het opladen optreden. Geef je antwoord als volgt weer:

linker halfcel: …

rechter halfcel: …

Fotonenboer

Fotonenboer

Geef de vergelijking van beide halfreacties die tijdens het opladen optreden. Geef je antwoord als volgt weer:
linker halfcel: …
rechter halfcel: …

maximumscore 4

• linker halfcel: VO²⁺ + H₂O → VO₂⁺ + 2 H⁺ + e^–
  
• rechter halfcel: V³⁺ + e– → V²⁺ 

4 punten zijn als volgt verdeeld:

• in de vergelijking van de linker halfcel VO2+ en H2O links van de pijl en VO2 + rechts van de pijl 1 
• in de vergelijking van de linker halfcel H+/ H3O+ rechts van de pijl en H balans juist  
  
• in de vergelijking van de rechter halfcel V3+ links van de pijl en V2+ rechts van de pijl  
  
• in beide vergelijkingen elektronen aan de juiste kant van de pijl en ladingsbalans juist
  

Fotonenboer

Sedimentbrandstofcellen zijn elektrische cellen op de zeebodem. Ze maken gebruik van verschillen in concentraties van stoffen in de zeebodem. Ze voorzien apparaatjes van stroom, zoals meetapparatuur in internationale wateren. Een sedimentbrandstofcel bestaat uit twee met het meetapparaat verbonden elektroden. Eén elektrode bevindt zich in de bovenste laag van het sediment, de andere iets dieper. 

In de figuur is een sedimentbrandstofcel schematisch weergegeven.

Aan n de bovenste elektrode reageert zuurstof met water volgens

O² + 2 H₂O + 4 e– → 4 OH^–

Aan de onderste elektrode reageert waterstofsulfide (H₂S) in de bodem tot vast zwavel (S) en H⁺.

Geef de vergelijking van de halfreactie van waterstofsulfide en geef de totaalvergelijking.

Modderstroom (2012) 

Geef de vergelijking van de halfreactie van waterstofsulfide en geef de totaalvergelijking.

maximumscore 3

H₂S → S + 2 H⁺ + 2 e^–                       (x 2)
O₂ + 2 H₂O + 4 e^– → 4 OH^–               (x 1)
2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O

• juiste vergelijking van de halfreactie van H₂S 
  
• juiste optelling van beide vergelijkingen van de halfreacties 1
  
• wegstrepen van H+ en OH– tegen H₂O
  

Modderstroom

In de periode 1920-1930 werden verschillende delen van de VS en Canada geteisterd door een veeziekte. Koeien stierven aan inwendige bloedingen. Dierenartsen ontdekten dat bedorven honingklaver die de dieren te eten hadden gekregen, de oorzaak hiervan was. De in de klaver aanwezige coumarine werd omgezet tot 4-hydroxycoumarine. 

De vorming van 4-hydroxycoumarine uit 

coumarine is een redoxreactie.

Geef de vergelijking van de halfreactie van de omzetting van coumarine tot  

4-hydroxycoumarine in structuurformules. 

Je mag voor deze les de structuurformule vervangen door de naam, da's makkelijker invoeren

Dicoumarol (2015)

Geef de vergelijking van de halfreactie van de omzetting van coumarine tot
4-hydroxycoumarine.

• structuurformule van coumarine en H₂O voor de pijl, structuurformule
  van 4-hydroxycoumarine en H⁺ na de pijl en C, H en O balans kloppend  
• e– na de pijl en ladingbalans kloppend
  

In de opgave stond ook deze hint nog geschreven. Heb je die nodig gehad? 

In deze vergelijking komen onder andere H⁺ en H₂O voor

Dicoumarol

Hoe goed snap jij nu deze stof over accu's en batterijen?

😒🙁😐🙂😃

Welke vraag heb jij nog over deze stof?

 Bij de bereiding van drinkwater gaat men vaak uit van grondwater. In grondwater komen   Fe2+ -ionen voor. In drinkwater is het gehalte aan ionen Fe2+ -ionen van belang. Voordat het grondwater geschikt is voor consumptie moet het gehalte aan ionen Fe2+ -ionen worden verlaagd. Dit gebeurt door het grondwater te beluchten.

Daarbij stelt zich het volgende evenwicht in:

4 Fe2+ (aq) + O2 (aq) + 4 H2O(l) → 2 Fe2O3 (s) + 8 H+ (aq)

Een bepaald drinkwaterbedrijf produceert per jaar 1,2·107 m3 drinkwater. Bij dit drinkwaterbedrijf wordt tijdens de beluchting het gehalte aan ionen Fe2+ in het water teruggebracht van 250 mg/m3 tot 20 mg/m3. Het gevormde ijzer(III)oxide wordt door zandfiltratie uit het water verwijderd.

Bereken hoeveel kg ijzer(III)oxide, Fe2O3(s), per jaar bij dit drinkwaterbedrijf op de zandfilters achter blijft.

Rekenen met redox

4.4 Rekenen aan reacties - basis

Zie de studiewijzer op magister.me