6V Redox (H18) en groene chemie (H15)

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5,6

H15 Groene chemie en H18 Redox

Nodig: Binas, schrift en rekenmachine

Maak de opgaven in je schrift. 

Je kan zelfstandig na afloop je antwoorden nakijken.

Welke bewering is juist over rendement...

1. kan > 100 % zijn
2. heeft een waarde van 0-100 %
3. Kan negatief zijn

De E-factor voor de bereiding van X is 0,8 via proces 1 en 0,4 via proces 2. Welke stelling is juist?

1. proces 1 verbruikt per kg product meer energie dan proces 2
2. proces 2 verbruikt per kg product meer energie dan proces 1
3. proces 1 verbruikt per kg product meer grondstof dan proces 2
4. proces 2 verbruikt per kg product meer grondstof dan proces 1

Iemand vertelt je dat de E-factor van een bepaald productieproces 0,5 is. Wat betekent dit?

1. per 0,5 kg product ontstaat 1 kg afval
2. per 0,5 kg product ontstaat 0,5 kg afval
3. per kg product ontstaat 0,5 kg afval
4. per kg product ontstaat 1 kg afval

De atoomeconomie van alcohol in de volgende reactie is....

C​6​​H​12​​O​6​​→2C​2​​H​6​​O+2CO​2​​

C​2​​H​6​​O

Alcohol = 

1. groter dan 100%
2. gelijk aan 100%
3. kleiner dan 100%
4. geen idee

Wat is de atoomeconomie van:

N​2​​+3H​2​​→2NH3

1. 50%
2. 75%
3. 100%
4. Geen idee

Bereken het energie-effect per mol ethyn van de volledige verbranding van ethyn tot o.m. vloeibaar water.
Noteer je antwoord in MJ per mol.

2 C₂H₂ + 5 O₂ → 4 CO₂ + 2 H₂O (l)

C₂H₂ + 2,5 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O (l)

ΔE = -(2,27) + 2 (-3,935) + (-2,86)

ΔE = -13,00 x 10^5 J/mol = - 1,300 MJ/mol

• juiste vormingswarmtes

• juiste toepassing coëfficiënten

• delen door 2

Cel met ijzer(III)chloride en waterstofsulfide

Met behulp van ijzer(III)chloride en waterstofsulfide kan als volgt een elektrochemische cel worden gebouwd.

• In bekerglas A, gevuld met een ijzer(III)chloride-oplossing, wordt een grafiet-elektrode geplaatst.
• In bekerglas B, gevuld met gedestilleerd water, wordt ook een grafiet-elektrode geplaatst.
• Bekerglazen A en B worden verbonden door een zoutbrug gevuld met KCl.
• Nadat beide elektroden via een lampje met elkaar zijn verbonden, wordt een regelmatige stroom waterstofsulfidegas (H₂S) door het water in bekerglas B geleid.

De volgende vragen (1 tm 4) gaan over deze elektrochemische cel.

1) Waarvoor dient de zoutbrug?
2 antwoorden mogelijk

1. Om elektronen door te laten stromen
2. Om een gesloten stroomkring te krijgen
3. Aanvoer van reagerende stoffen
4. Om ionen door te laten stromen

2) Maak een schematische tekening

Maak in je schrift een schematische tekening. Noteer de volgende items op de juiste plek. 

1. plus-pool
2. min-pool
3. zoutbrug
4. lampje
5. invoer waterstofsulfidegas

6. grafiet-elektrode (2x)

7. ijzer(III)chloride-oplossing

8. richting van de elektronen

9. richting van de ionen uit de zoutbrug (gevuld met KCl)

Vragen 3) en 4)

3) Schrijf in je schrift de halfreacties en de somreactie die verlopen in deze elektrochemische cel. Maak gebruik van Binastabel 48.

4) Leg uit in welk bekerglas zich de positieve elektrode bevindt 

Uitwerking open vragen

Red:           H₂S → S + 2H⁺ + 2e- 

Ox:  Fe³⁺ + e- → Fe²⁺                      2x

H₂S + 2 Fe³⁺ → S + 2H⁺ + 2 Fe²⁺

positieve elektrode is waar de OX reageert. Fe³⁺ reageert als OX, dus de positieve elektrode zit in bekerglas A.

Direct-EthanolBrandstofcel (DEFC)

De direct-ethanolbrandstofcel (DEFC) maakt gebruik van ethanol in de brandstofcel in plaats van de meer giftige methanol.

De volgende vragen (5 tm 7) gaan over deze elektrochemische (brandstof)cel.

Direct-EthanolBrandstofcel (DEFC)

5) Schrijf in je schrift de vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van ethanol tot koolstofdioxide. 

6) Leid in je schrift, met behulp van vraag 5) en de halfreactie van zuurstof in zuur milieu, de totaalvergelijking af. 

7) De DEFC levert 100 uur een stroom van 2,5 mA. Van de omgezette ethanol wordt 80% gebruikt voor de stroomlevering. Bereken hoeveel gram ethanol wordt omgezet.

Uitwerking van vragen

5) C₂H₆O + 3 H₂O → 2 CO₂ + 12 H⁺ + 12 e^-

^{6) O}₂ ^{+ 4 H+ + 4 e- → 2 H}₂^{O                                    x3}

^C₂^H₆^{O + 3 H2O + 3 O2 + 12 H+ → 2 CO2 + 12 H+ + 6 H2O}

^{C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O}

hernieuwbaar =

onuitputtelijk, weer opnieuw te maken, gemaakt uit biomassa

recyclebaar =

herbruikbaar, geen afval maar grondstof, terugvoeren naar begin van productieproces

Zie de afbeelding links. 

In warmtewisselaar WW1 wordt de hulpstroom water omgezet in stoom. De reactie die plaatsvindt in reactor R1 is ...

1. endotherm
2. exotherm

Met procesgegevens mogelijke gevolgen voor mens en milieu kunnen aangeven.

• warmte/krachtkoppeling (WKK) warmte/energie die vrijkomt bij een proces elders nuttig gebruiken. (vb stadsverwarming)
• transport van grondstoffen, producten & afval
• uitstoot/emissies vergelijken met grenswaarden (Binastabel 97A)

Aantekening

NOx

CO2

Fijnstof (vliegas)

SO2

kijk eens in Binastabel 64B

C/H-verhouding brandstof

verhouding C en H in brandstof obv indexen molecuulformule

Gewenst: lage C/H-verhouding : minder CO2 uitstoot per Joule energie

Draagt bij aan het versterkt broeikaseffect

1. CO​2​​
2. SO​2​​
3. NOx
4. vliegas

Veroorzaakt zure regen.

1. CO​2​​
2. SO​2​​
3. NOx
4. vliegas

Veroorzaakt als enig deeltje geen smog (en dus longwegproblemen).

1. CO​2​​
2. SO​2​​
3. NOx
4. vliegas

emissie	CO 2	SO 2	NOx	vliegas
gevolg	draagt bij aan het versterkt broeikas-effect	zure regen & smog ..+H 2 O→H 2 SO 4	zure regen & smog ..+H 2 O→HNO 3	smog
remedie	-	door kalkwater leiden → gips*	in de deNOx laten reageren tot N 2 en water	afvangen en verwerken in beton en cement*

*  bouwmateriaal

Aantekening

Zure regen

Uitlaatgassen met SO₂ en NOx blijven in de lucht hangen. Als deze moleculen reageren met watermoleculen (in regenwolken) ontstaat zure regen.

Gevolg: aantasting van de natuur.

Smokey fog (smog):

Hoge concentraties luchtvervuilende stoffen in de lucht: O₃, NOx, SO₂, fijn stof (van uitlaatgassen en elektriciteitscentrales) en VOS (vluchtige organische stoffen)

Gevolg: irritatie van de luchtwegen en kanker

Fossiele brandstof:

uit resten van planen en dieren van miljoenen jaren geleden.

• aardgas
• aardolie
• steenkool

raken op
lange C-cyclus

CO2-uitstoot van de verbranding draagt bij aan het versterkt broeikaseffect

Biobrandstof

gemaakt uit biomassa uit onze generatie

• biogas vergisten slib
• bioethanol vergisten suiker
• biodiesel omesteren olie

hernieuwbaar (duurzaam!)

korte C-cyclus: CO2-neutraal

De CO2 die vrijkomt bij de verbranding is kort geleden door een plant opgenomen tijdens fotosynthese.

Aantekening

Wat geldt niet voor fotosynthese?

1. reactie legt CO2 vast
2. reactie is endotherm
3. reactie is exotherm
4. reactie geeft O2

The end