H13 .1 groene productie en 13.2 Blokschema's

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H13 Duurzaam produceren

13.1 Groene chemie 

 

Leerdoelen

Leerdoelen 13.1 

• Je leert waaraan een duurzaam proces voldoet.
  
• Je leert de uitgangspunten van groene chemie.
  
• Je leert het berekenen van atoomeconomie, rendement en E-factor van processen.

Wanneer denk je dat een proces duurzaam is?

People-planet-profit benadering voor duurzame ontwikkelingen (er zijn meerdere benaderingen)

• Niet belastend voor mensen: geen gevaar voor mensen nu en in de toekomst (People).
  
• Minder belasting voor het milieu: energiebesparing, minder afval (recycling) en gebruik van duurzame energiebronnen in plaats van fossiele brandstoffen (Planet).
  
• Hogere opbrengst en winst: winst voor bedrijven en welvaart (economische groei) voor mensen (Profit).

H14 Groene chemie

Nuttig gebruik van afval

Cradle to cradle (van wieg tot wieg produceren)

Rendement

• 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡=(𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)/(𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)∙100%

Voor het uitrekenen van de theoretische opbrengst uit de gegeven beginstoffen moet je dus goed kunnen molrekenen!!!

Even oefenen

Bij de productie van 1,2-dichloorethaan uit 1,0 ton etheen, waterstofchloride en zuurstof ontstaat 1,5 ton 1,2-dichloorethaan. 

2 C₂H₄ + 4 HCl + O₂ -> 2 C₂H₄Cl₂ + 2 H₂O

Bereken het rendement.

De molaire massa van etheen: 28 gram / mol

De molaire massa van dichloorethaan:  99 gram / mol

Bij de productie van 1,2-dichloorethaan uit 1,0 ton etheen, waterstofchloride en zuurstof ontstaat 1,5 ton 1,2-dichloorethaan. Wat is het rendement?

 

2 C₂H₄ + 4 HCl + O₂ -> 2 C₂H₄Cl₂ + 2 H₂O

• 1,0 ton etheen = 1,0*106 g etheen (omrekenen gegeven stof naar de gewenste eenheid)
• 1,0*106 / (28 g/mol) = 3,57*104 mol etheen (omrekenen gegeven stof naar mol)
• Molverhouding 1:1 dus maximaal ontstaat 3,57*104 mol 1,2-dichloorethaan.
  
• Theoretische opbrengst in gewenste eenheid: 99 g/mol * 3,57*104 mol  = 3,53 . 106 gram = 3,5 ton 1,2-dichloorethaan.
• 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝜂=(𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)/(𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)∙100%
  
• Rendement = 1,5 ton / 3,5 ton * 100 = 43 %

Wat is het rendement van het hoogovens proces voor ijzerproductie wanneer uit 160 ton ​ijzer(III)oxide 90 ton ijzer gevormd kan worden?
Fe2O3 (l) + 3 CO (g) → 2 Fe (l) + 3 CO2 (g)

molaire massa van Fe2O3: 159,7 gram / mol
molaire massa Fe: 55,9 gram / mol

1. 80%
2. 56%
3. 35%
4. 99%

Atoomeconomie

• Geeft aan hoeveel atomen uit de beginstoffen terecht komen in het gewenste product.
• Theoretische waarde: gebruik reactievergelijking en molaire massa's.

• 𝐴𝑡𝑜𝑜𝑚𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑒=(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡)/(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑒𝑛)∙100%
  
• Binas 37H
•   

1,2-dichloorethaan wordt geproduceerd uit etheen waterstofchloride, en zuurstof.  Bereken de atoomeconomie.

Reactievergelijking: 

2 C₂H₄ + 4 HCl + O₂ -> 2 C₂H₄Cl₂ + 2 H₂O

• Molaire massa 1,2 dichloorethaan: 98,95 g/mol
• Theoretische massa gewenst product: 2*98,95 = 179,9 g/mol
• Theoretische massa beginstoffen:  2*28,05 +4*36,458 + 32,00 = 233,9 g/mol (= theoretische massa reactieproducten)
• Atoomeconomie = 179,9 / 233,9 * 100 = 85 %

Wat is de atoomeconomie voor de vorming van deze ester uit methanol en ethaanzuur

1. 100%
2. 80,4%
3. 24,3%
4. 81,2%

E-factor

• Environmental factor of Ecofactor
• Hoe lager de E-factor, hoe groener het proces.
• 𝐸−𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟= afval / gewenst product
  E-factor + (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 alle  𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑒𝑛−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡) / (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡)

Even oefenen

Gegeven is de volgende reactie:

C4H8 + 3 O2 -> 3 H2O + C4H2O3

Het rendement van deze reactie is 56%.

Bereken de E-factor.

Antwoord

Massa beginstoffen =  56,104 + 3*32,00 = 152,104 g

Massa gewenst product theoretisch = 98,056 g

Massa gewenst product in praktijk = 0,56 * 98,056 = 54,91 g

𝐸−𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟=(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑒𝑛−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡)/(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 )

E-factor = (152,104 - 54,91) / 54,91 = 1,77