THS Groene chemie 5 H/V

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Groene chemie

Programma

• Inkadering
• 12 principes (binas 97F)
• Rendement
• Atoomeconomie
• E-factor

Wat is het doel van Heineken met al deze aanpassingen?

1. groene energie gebruiken
2. het sluiten van grondstof kringlopen
3. klimaatneutrale brouwerij worden
4. goedkoper bier brouwen

Wat wordt er bedoeld met 'de ketenpartners' die mee zullen moeten bewegen?

1. de bedrijven die bier afnemen van de brouwerij
2. de bedrijven die de kroonkurken voor de flesjes leveren
3. de bedrijven die energie leveren voor het brouwproces
4. de bedrijven die het transport van grondstoffen en product verzorgen

12 Principes van de groene chemie

• De industrie moet zoveel mogelijk rekening houden met mens en milieu.
• Hierbij wordt gebruik gemaakt van 12 principes van de groene chemie.
• Binas 97F

Groene chemie

• De chemische industrie let op duurzaamheid bij productie.
• Binas Tabel 97F: twaalf uitgangspunten voor groene chemie:
• Samengevat dat processen:

1. Veiliger zijn
2. Minder grondstoffen en energie gebruiken
3. Zoveel mogelijk gebruik maken van duurzame grondstoffen
4. Minder vervuiling geven

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

Het gebruiken van het afval van suikerriet
om een kunststof te maken.

Binas 97F

1. 1 (vorming afval vermijden)
2. 5 (veiliger oplosmiddelen)
3. 3 (minder schadelijke productiemethoden)
4. 7 (gebruik hernieuwbare grondstoffen)

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.

Binas 97F

1. 8 (reacties in weinig stappen)
2. 6 (energie-efficiënt ontwerpen)
3. 4 (minder schadelijke stoffen ontwerpen)
4. 7 (gebruik van hernieuwbare grondstoffen)

Geef aan bij welk(e) principe(s)
de volgende stelling hoort:
Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu.

Binas 97F

1. 6: energie efficiënt ontwerpen
2. 10: ontwerpen met oog op afbraak
3. 11: tussentijdse analyse tbv voorkomen milieuverontreiniging
4. 4: ontwikkelen van minder schadelijke chemische stoffen

Rekenen bij groene chemie (97 F + 37H)

12 principes van groene chemie 

Atoomeconomie (theoretisch, op basis van RV)

Een optimale atoomeconomie houdt in dat het eindproduct zoveel mogelijk atomen van de in het proces gebruikte beginstoffen bevat. 

-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

                                                                                                                                  

Atoomeconomie=​massa beginstoffen​​massa gewenst product​​

Rekenvoorbeeld atoomeconomie

Methanol en ethaanzuur reageren in zuur milieu tot methylethanoaat en water. Zie RV. Bereken de atoomeconomie voor de productie van methylethanoaat.

Massa beginstoffen: 32,04 + 60,06 = 92,10

Massa gewenste product: 74,08

Atoomeconomie= 

Massa gewenste product / massa beginstoffen =

(74,08 / 92,10) 0,8043

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzer(III)chloride in de volgende reactie (max. 30 seconden ):

2Fe+3Cl​2​​→2FeCl​3​​

1. 0,286
2. 0,400
3. 1,00
4. ik heb een vraag hierover

Wat is juist over de atoomeconomie voor de productie van alcohol in de volgende reactie:

C​6​​H​12​​O​6​​→2C​2​​H​5​​OH+2CO​2​​

1. groter dan 1,00
2. gelijk aan 1,00
3. kleiner dan 1,00

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

Rendement

In de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald

 

-> praktische opbrengst is gegeven in de vraag 

-> theoretische opbrengst berekenen aan de hand van reactievergelijking

Rendement=​massa (theoretische opbrengst gewenst product)​​massa (werkelijke opbrengst gewenst product)​​⋅100

%

Rekenvoorbeeld:
Bij de additie van water aan 1,0 kg propeen ontstaat 0,80 kg propaan-1-ol.

Bereken het rendement van deze reactie.

Rendement = 

(praktische opbrengst / theoretische opbrengst) x 100%

Praktische opbrengst staat in de tekst: 

0,80 kg propaan-1-ol

Theoretische opbrengst moet je uitrekenen!

Theoretische opbrengst:

m = 1,0 kg propeen, M = 42,016 gram/mol

n = m / M =  1000 gram / 42,016 = 23,8 mol propeen

Theoretische opbrengst:

m = 1,0 kg propeen, M = 42,016 gram/mol

n = m / M =  1000 gram / 42,016 = 23,8 mol propeen

molverhouding 1:1, dus ook 23,8 mol propaan-1-ol

M (propaan-1-ol) = 58,82 gram/mol

m = n x M = 23,8 x 58,82 = 1,4 kg propaan-1-ol volgens theorie; praktijk = 0,80 kg

Rendement = 0,80 / 1,4 x 100% = 57 %

Welke bewering is juist over rendement...

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

Stel: In 100 g gemalen koffiebonen zit 75 mg cafeïne. Na het koffiezetten met 100 g gemalen koffiebonen zit er 40 mg cafeïne in het filtraat. Bereken het rendement van deze extractie van cafeïne.

1. Rendement = 187,5%
2. Rendement = 53,3%
3. Rendement = 18,8%
4. Rendement = 40%

Bij de bereiding van zuurstof onstaat 12 g zuurstof uit 40 g kaliumchloraat. Bereken het rendement.

2KClO​3​​→2KCl+3O​2​​​​​

K= 39,1  Cl=35,45  O= 16 

1. 76,6%
2. 30,0%
3. 38,3%
4. ik heb een vraag hierover

Bereken het rendement voor bereiding ijzer ( RV rechts) als er 12,7 gram ijzer ontstaat uit 20,4 gram ijzer(III)oxide. (2 sign)

E-factor

E-factor, Environmental factor, is het aantal kg afval per kg product. 

-> berekenen op basis van RV en  bij massa gewenst product rekening houden met rendement!  (T37H: m werkelijke opbrengst product)

Efactor=​m gewenst product​​m beginstoffen−m gewenst product​​=

​m product​​m afval​​

E-factor rekenvoorbeeld

Bereken de E-factor van de volgende reactie, waarbij natrium het gewenste product is en het rendement 80 % is: 

 

Massa beginstoffen = 2 x 58,443 = 116,886 g
Massa gewenste product = 2 x 22,990 x 80% = 36,784 g

(116,886 - 36,784) / 36,784 = 2,2 (kg afval per kg product)

2NaCl−>2Na+Cl​2​​

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 onstaat 0,5 kg afval
4. per kg product ontstaat 1 kg afval

Voor de bereiding van stof x gelden de volgende E-factoren:
Proces 1 : E-factor = 0,8 Proces 2 : E-factor = 0,4 .
Welke stelling is juist?

1. proces 1 gebruikt meer energie dan proces 2
2. proces 2 gebruikt meer energie dan proces 1
3. proces 1 gebruikt meer grondstof dan proces 2
4. proces 2 gebruikt meer grondstof dan proces 1

Rekenvoorbeeld E-factor

Gegeven is de volgende reactie om maleïnezuuranhydride (C₄H₂O₃) te maken:

C4H8 + 3 O2 -> 3 H2O + C4H2O3

Het rendement van deze reactie is 56%.

Bereken de E-factor.

Antwoord

C₄H₈ + 3 O₂ -> 3 H₂O + C₄H₂O₃
Het rendement van deze reactie is 56%.
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 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡) / (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 )

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

Maleinezuuranhydride

Maleinezuuranhydride (C₄H₂O₃)  kan ook worden gemaakt door benzeen (C₆H₆) te oxideren met zuurstof waarbij er ook koolstofdioxide en water ontstaat. De kloppende reactievergelijking is:

2 C₆H₆ (l) + 9 O₂ (g) --> 2 C₄H₂O₃ (s) + 4 CO₂ (g) + 4 H₂O (l)

Uit 100 kg benzeen ontstaat 100 kg maleïnezuuranhydride.

Bereken de atoomeconomie, het rendement en de E-factor

Uit 100 kg benzeen ontstaat 100 kg maleïnezuuranhydride.
Bereken de atoomeconomie , het rendement en de E-factor.
Voer de E-factor in

2 C6H6 (l) + 9 O2 (g) -> 2 C4H2O3 (s) + 4 CO2 (g) + 4 H2O (l)

antwoorden

atoomeconomie 0,441(5)

rendement 79,7%

E-factor 1,84

Ik kan rekenen aan rendement, atoomeconomie en E-factor

😒🙁😐🙂😃

Hoeveel oude mobiele telefoons liggen er bij jou thuis?

06

0

Wat is de atoomeconomie van de reactie:

CO+2H​2​​→CH​3​​OH

1. 33 %
2. 66 %
3. 50 %
4. 100 %

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

Voorbeeld

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 de atoomeconomie.

Antwoord

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

Massa gewenst product = 2*98,95 = 179,9 g
Massa beginstoffen = 2*28,05 +4*36,458 + 32,00 = 233,9 g
𝐴𝑡𝑜𝑜𝑚𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑒=(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑔𝑒𝑤𝑒𝑛𝑠𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡)/(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑒𝑛)∙100%
Atoomeconomie = 179,9 / 233,9 * 100 = 85 %

Voorbeeld

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.

Antwoord

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

1,0 ton etheen = 1,0*10⁶ g etheen

1,0*10⁶ / 28,05 g/mol = 3,6*10⁴ mol etheen

Molverhouding 1:1 dus max 3,6*10⁴ mol 1,2-dichloorethaan.

3,6*10⁴ x 98,95 g/mol = 3,5*10⁶ g = 3,5 ton 1,2-dichloorethaan.

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝜂=(werkelijke 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)/(𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡)∙100%

Rendement = 1,5 / 3,5 * 100 = 43 %

Rendement = praktische opbrengst / theoretische opbrengst x 100%

Rendement = 0,80 / 1,4 x 100% = 57 %