11.3 Groene productieprocessen

Doelen: je kunt ... 
  •  uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  • rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  • het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  • rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)    

1 / 45
suivant
Slide 1: Diapositive
ScheikundeMiddelbare schoolhavoLeerjaar 5

Cette leçon contient 45 diapositives, avec quiz interactifs, diapositives de texte et 2 vidéos.

time-iconLa durée de la leçon est: 90 min

Éléments de cette leçon

Doelen: je kunt ... 
  •  uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  • rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  • het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  • rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)    

Slide 1 - Diapositive

processen die gebaseerd zijn op de 12 principes van de groene chemie zijn duurzamer:
Binas 97F
tabel 6 op pagina 216

Slide 2 - Diapositive

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het gebruiken van het afval van suikerriet
om een kunststof te maken.
A
principe 1
B
principe 5
C
principe 3
D
principe 7

Slide 3 - Quiz

Het gebruiken van het afval van suikerriet
om een kunststof te maken.
Principe 7: Het suikerriet groeit het volgende jaar weer aan.

Past bij: Het uitgangsmateriaal moet, indien technisch en economisch mogelijk, hernieuwbaar zijn.
Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Slide 4 - Diapositive

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu.
A
principe 8
B
principe 10
C
principe 6
D
principe 4

Slide 5 - Quiz

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu
Principe 10. Ontwerpen met het oog op afbraak

Chemische producten dienen zo ontworpen te worden dat ze aan het eind van hun gebruiksperiode niet in het milieu achterblijven, maar afgebroken kunnen worden tot ongevaarlijke reststoffen of tot uitgangsmaterialen.
Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Slide 6 - Diapositive

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B, die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.
A
principe 8
B
principe 6
C
principe 4
D
principe 2

Slide 7 - Quiz

Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B, die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.
Principe 6.  Energie-efficiënt ontwerpen

6: De energiebehoefte van het proces moet in het geheel meegenomen en beoordeeld worden op zijn economische impact, maar vooral op zijn impact op het milieu. In ieder geval dient deze impact zo laag mogelijk te zijn.
Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Slide 8 - Diapositive

principes groene chemie toepassen
Aanpassingen aan processen of beschrijvingen van processen moet je kunnen koppelen aan de 12 principes (binas!). 
Het komt altijd hierop neer, groene chemie is:
  • veiliger
  • gebruiken minder grondstoffen en energie
  • gebruiken zoveel mogelijk duurzame energie en grondstoffen 
  • geven minder vervuiling
     


Binas 97F

Slide 9 - Diapositive

Duurzaamheid
Duurzame ontwikkelingen zijn belangrijk voor toekomstige generaties!



Ze moeten minder energie en grondstoffen consumeren en zuiverdere en minder gevaarlijke stoffen opleveren. 
En daar kunnen we ook aan rekenen!

Slide 10 - Diapositive

Duurzaamheid
Duurzame ontwikkelingen zijn belangrijk voor toekomstige generaties!



Cijfermatig beeld van "groene chemie" via: 
1. Atoomeconomie
2. Rendement
3. E-factor
  1. Zoveel mogelijk atomen uit beginstoffen komen terug in gewenste product
2. in de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald, omdat er bijproducten ontstaan en/of bij zuivering stof verloren gaat.
3. een hogere environmental factor geeft minder kg afval per kg gewenst product

Slide 11 - Diapositive

  • ... ZnO + ... CH4 -> ...Zn + ... CO2 + ...H2O
  • 325.52      16,042     261,52   44,01    36,022

  • Atoom Economie Zn = 

  • ... ZnO + ... CO -->  ...Zn + ... CO2 
  • 81,38       28,010      65,38   44,010

  • Atoom Economie Zn =  

Slide 12 - Diapositive

Atoomeconomie
Een optimale atoomeconomie houdt in dat het eindproduct zoveel mogelijk atomen van de in het proces gebruikte grondstoffen bevat. 
-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

                                                                                                                                  
Atoomeconomie=MmassabeginstoffenMmassagewenstproduct100
%

Slide 13 - Diapositive

Rendement
In de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald, omdat er bijproducten ontstaan en/of bij zuivering een deel van de stof verloren gaat. 
-> praktische opbrengst is altijd gegeven in de vraag 
-> theoretische opbrengst berekenen met verhouding van molecuulmassa's
Rendement=massatheoretischeopbrengstmassawerkelijkeopbrengst100
%

Slide 14 - Diapositive


4 ZnO + 1 CH4 -> 4 Zn + 1 CO2 + 2 H2O
651 g           wordt ... g Zink
  • 651 g ZnO = 651/81,4 = 8,00 Mol ZnO
  • Er ontstaat 8,00 x 1 = 8,00 mol Zn
  • 8,00 Mol Zn = 8,00 x 65,4 = 523 g Zn
  • Stel: er ontstaat 366 gram Zink
Wat is dan het Rendement?

Slide 15 - Diapositive

E-factor
E-factor, Environmental factor, is het aantal kg afval per kg product. 
-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)
     maar: bij massa gewenst product wel rekening houden met rendement!


Efactor=MgewenstproductMbeginstoffenMgewenstproduct100
%

Slide 16 - Diapositive

4 ZnO + 1 CH4 -> 4 Zn + 1 CO2 + 2 H2O
325.52     16,042    261,52    44,01      36,022

Stel: Het rendement is 70%
  • 70% gewenste product = 0,7 * 261,52
Afval = beginstoffen - gewenste product
  •  (325.52 + 16,042)  - 183,06 = 158,50
E-factor = Afval / gewenste product
  • 158,50 / 183,06 = 0,8658 

Slide 17 - Diapositive

Recapituleren

Slide 18 - Diapositive

Wat druk je NIET uit in %?
A
atoomeconomie
B
E-factor
C
rendement
D
alles is in %

Slide 19 - Quiz

Welke reactie heeft een atoomeconomie van 100 %
A
verbranden aluminium
B
verbranden methaan
C
methanol + ethaanzuur wordt ester + water
D
hydrolyse van de olie van glycerol en oliezuur

Slide 20 - Quiz

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzerchloride in de volgende reactie (max. 30 seconden tijd om te antwoorden):
2Fe+3Cl22FeCl3
A
groter dan 100%
B
gelijk aan 100%
C
kleiner dan 100%

Slide 21 - Quiz


Bereken de atoomeconomie voor de vorming van calciumoxide uit calciumcarbonaat. De bijbehorende reactievergelijking is: CaCO3 --> CaO   +  CO2

Slide 22 - Question ouverte

Bereken de atoomeconomie van de reactie waarbij 2-broombenzeen-1-ol
(= molecuul met ringstructuur rechts)
het gewenste reactieproduct is.

Slide 23 - Question ouverte

Bij de additie van water aan 1,0 kg propeen
ontstaat 0,80 kg propaan-1-ol.
Bereken het rendement van deze reactie.

Slide 24 - Question ouverte

Bereken het rendement van dit proces als er 12,7 ton ijzer ontstaat uit 20,4 ton ijzeroxide.

Slide 25 - Question ouverte

Bereken de E-factor van de volgende reactie,
waarbij natrium het gewenste product is
en er slecht 80% rendement is:
2 NaCl --> 2 Na + Cl2

Slide 26 - Question ouverte

Bij groene chemie betekent duurzaam:
“Duurzame ontwikkeling is de ontwikkeling die aansluit op de behoeften van het heden zonder het vermogen van de toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen”      (Verenigde Naties)

Een manier van produceren die hieraan voldoet is "Cradle to Cradle". 

Slide 27 - Diapositive

Doelen: kun je ... 
  • ... uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  • ... rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  • ... het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  • ... rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)   
  • ... uitleggen wat cradle to cradle betekent en herkennen  

Slide 28 - Diapositive

Als je nog niet alles beheerst:
welk onderdeel / onderdelen wil je nog extra uitleg over?

Slide 29 - Question ouverte

Rendement berekenen
rendement =  werkelijke opbrengst          x 100%
     theoretische opbrengst

dus: wat je echt hebt gekregen gedeeld door wat je maximaal had kunnen krijgen als wel alles was omgezet

Slide 30 - Diapositive

Rendement berekenen
Om te berekenen hoeveel % van de beginstof daadwerkelijk is omgezet in gewenst reactieproduct, gebruik je de volgende formule:
rendement =  werkelijke opbrengst          x 100%
     theoretische opbrengst
(dus: wat je echt hebt gekregen gedeeld door wat je maximaal had kunnen krijgen als wel alles was omgezet)

Slide 31 - Diapositive

Stappenplan - rendement berekenen
  1. Geef de reactievergelijking
  2. Bereken met de gegeven hoeveelheid beginstof hoeveel reactieproduct hiermee maximaal (= theoretisch)
    kan ontstaan (dit is rekenen met r.v.         )
  3. Kijk in de opgave hoeveel reactieproduct er
     werkelijk is ontstaan (dit is gegeven
  4. Bereken het rendement 

Slide 32 - Diapositive

Bij de additie van water aan
1,0 kg propeen ontstaat 0,80 kg
propaan-1-ol. Bereken het rendement
timer
5:00

Slide 33 - Question ouverte

Slide 34 - Vidéo

Atoomeconomie
Bij een chemische reactie hergroeperen de atomen tot moleculen van nieuwe stoffen. Voor een duurzaam proces is het de bedoeling dat zoveel mogelijk atomen van de beginstoffen gebruikt worden voor het gewenste reactieproduct. Je wilt zo min mogelijk atomen "verliezen" aan restproducten (afval).

Slide 35 - Diapositive

Voorbeeld
glucose    -->    melkzuur
C6H12O6  --> 2 C3H6O3

Bij deze reactie worden alle atomen van de beginstof gebruikt voor het reactieproduct. De atoomeconomie is 100%. 

Slide 36 - Diapositive

Atoomeconomie berekenen


Deze formule om de atoomeconomie te berekenen vind je in 
Binas 37H en op blz 157 in je boek


pak nu je telefoon of laptop en doe mee...

Slide 37 - Diapositive

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzerchloride in de volgende reactie
2Fe+3Cl22FeCl3
A
groter dan 100%
B
gelijk aan 100%
C
kleiner dan 100%

Slide 38 - Quiz

Wat is juist over de atoomeconomie van alcohol in de volgende reactie
C6H12O62C2H6O+2CO2
C2H6O
Alcohol = 
A
groter dan 100%
B
gelijk aan 100%
C
kleiner dan 100%

Slide 39 - Quiz

Aan de slag
Maak opdrachten uit je boek:
start met 20, dan 18 
en daarna de rest

Op de volgende dia's staat als opfrisser nog wat extra info over maken van blokschema's

Slide 40 - Diapositive



herhalen blokschema's:
van grondstof tot product

Slide 41 - Diapositive

Slide 42 - Diapositive

Slide 43 - Diapositive

Slide 44 - Diapositive

Slide 45 - Vidéo