H5sk-h11. Willem de Zwijgerteam. CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

Transcriptie

1 Auteur Laatst gewijzigd Licentie Webadres Willem de Zwijgerteam 30 august 2017 CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

2 Inhoudsopgave 11.1 Milieugevolgen van brandstoffen 11.2 Biobrandstoffen 11.3 Redoxreactie 11.4 Accu's en brandstofcellen havo-examen e tijdvak Microbrandstofcel Bacteriële batterijen Suikerbatterij 11.5 De hybride auto 11.6 Toepassing Toepassingsvraag 1 Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 11.1 Milieugevolgen van brandstoffen 4p Vraag 1. havo-examen e tijdvak Diesel a. Geef de formules van de twee stoffen die in de driewegkatalysator zijn ontstaan. ( de regels 4 t/m 9). b. Leg uit of in de dieselmotor een volledige verbranding plaatsvindt. Vermeld in je uitleg het gegeven dat je hebt gebruikt om tot je antwoord te komen. Pagina 2

4 11.2 Biobrandstoffen Vraag 2. Dieselolie is een veel gebruikte fossiele brandstof die voornamelijk bestaat uit een mengsel van alkanen waarvan de moleculen 13 tot 18 koolstofatomen bevatten. Men is al geruime tijd op zoek naar brandstoffen die dieselolie kunnen vervangen omdat het gebruik van dieselolie onder andere de volgende twee nadelen heeft: nadeel 1: de voorraad aan fossiele brandstoffen zal eens uitgepunt zijn; nadeel 2: de koolstofdioxide die ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen, levert een bijdrage aan het broeikaseffect. Enige jaren geleden is onderzocht of oliedie uit plantenzaden verkregen kan worden, geschikt is als brandstof voor dieselmototen. Deze olie noemt men bio-olie. De onderzoekers zijn van mening dat het gebruik van bio-olie deze nadelen niet heeft. Ben jij het eens met deze onderzoekers? Geef bij beide genoemde nadelen een argument om jouw mening te ondersteunen Redoxreactie Vraag 3. Als men een plaatje zink in een oplossing van lood(ii)nitraat plaatst, vormt zich op het zink al snel een laagje loodkristallen. Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt met toestandaanduidingen.. 3p Vraag 4. havo-examen e tijdvak aangepast Pagina 3

5 De vergelijkingen van de halfreacties die in de eerste reactor (reactor 1) plaatsvinden ( de regels 18 en 19) kunnen als volgt worden weergegeven: oxidator: SO H + + 8e - --> S H 2 O reductor: CH 2 O + H 2 O --> CO H + + 4e - Geef de vergelijking van de totale reactie die in reactor 1 plaatsvindt. 2p Vraag 5. havo-examen e tijdvak Pagina 4

6 Geef van de redoxreactie die in de tweede reactor plaatsvindt (regel 19 en 20) de vergelijkingen van de halfreacties. Noteer je antwoord als volgt: halfreactie reductor: halfreactie oxidator: 3p Vraag 6. havo-examen e tijdvak Raketbrandstof In de Tweede Wereldoorlog werd op grote schaal hydrazine gebruikt als brandstof voor raketten. Hydrazine heeft de volgende structuurformule: Pagina 5

7 In de raketmotor liet men hydrazine in een redoxreactie reageren met waterstofperoxide (H 2 O 2 ). De halfreactie van hydrazine kan als volgt worden weergegeven: N 2 H 4 ---> N H + + 4e Geef de vergelijking van de andere halfreactie en de vergelijking van de totale redoxreactie. 3p Vraag 7. havo-examen e tijdvak aangepast Tin reageert met natronloog. De reactie van tin met loog is een redoxreactie. Bij deze redoxreactie is water de oxidator. De halfreactie van de reductor is als volgt: Sn + 4 OH - --> Sn(OH) e - Geef de halfreactie van de oxidator en stel de vergelijking van de totale redoxreactie op. Vraag 8. Een zinken emmer is een ijzeren emmer die bedekt is met een laagje zink. Op die manier wordt het ijzer tegen corrosie beschermd. Want als je de emmer beschadigt en er komt een stukje ijzer in contact met de buitenlucht, dan treedt corrosie op doordat reductor: Fe --> Fe e - oxidator: O 2 + 2H 2 O + 4e --> 4 OH - Nu verloopt ook de reactie: Zn --> Zn e Fe e --. Fe Het zink 'offert zich op' om het ijzer te beschermen tegen corrosie. Als je een stoel met nikkelen poten hebt, de ijzeren poten zijn hier bedekt met een laagje nikker. Als je deze stoelpoot stoot, waardoor een stukje ijzer in contact kan komen met de buitenlucht, dan kun je na verloop van tijd een stukje nikkel lostrekken, daaronder is het ijzer gecorrodeerd. Leg uit waarom het nikkel niet als opofferingsmetaal kan reageren. Pagina 6

8 Vraag 9. We nemen een bekerglas met een oplossing van jood en kaliumjodide. Hierin plaatsen we een koolstofstaaf. Vervolgens nemen we een ander bekerglas met een oplossing van lood(ii)nitraat en plaatsen hierin een loodstaaf. We verbinden het bekerglas met I 2 /KI-oplissing met het bekerglas met lood(ii)nitraatoplissing door een zoutbrug. We verbinden de koolstofstaaf en de loodstaaf met een geleidendedraad, een ampèremeter en een ledlampje om de elektronenstroom zichtbaar te maken. Zie tekening hieronder: figuur uit Chemie 5 havo We nemen nu waar dat het ledlampje gaat branden en de ampèremeter geeft een uitslag. a. Leg uit waarom er nu een stroom loopt. b. Welke reacties treden hier op? c. Welke staaf is hier de positieve pool? Pagina 7

9 11.4 Accu's en brandstofcellen havo-examen e tijdvak Microbrandstofcel Een aantal bedrijven is bezig met de ontwikkeling van een microbrandstofcel die op termijn de batterij in een mobiele telefoon kan vervangen. In een microbrandstofcel reageren zuurstof uit de lucht en methanol (CH 3 OH) met elkaar waarbij elektrische energie vrijkomt. Een microbrandstofcel ziet er, sterk vergroot, schematisch als volgt uit: 2p vraag 10. De vergelijking van de halfreactie die plaatsvindt bij elektrode A is: CH 3 OH + H 2 O CO H e Is elektrode A de positieve of de negatieve pool van de microbrandstofcel? Motiveer je antwoord. 4p Vraag 11 De vergelijking van de halfreactie die plaatsvindt bij elektrode A is: CH 3 OH + H 2 O CO H e De H + -ionen die bij elektrode A ontstaan, bewegen door het polymeer naar elektrode B. De vergelijking van de halfreactie van zuurstof die plaatsvindt bij elektrode B, is vermeld in Binas-tabel 48. Leid met behulp van de vergelijking van de halfreactie van zuurstof en de vergelijking van de halfreactie bij elektrode A, de vergelijking af van de totale redoxreactie die plaatsvindt in de microbrandstofcel. Pagina 8

10 Bacteriële batterijen havo-examen e tijdvak 2p Vraag 12. De omzetting van azijnzuur (regels 7 tot en met 10), is een redoxreactie. Azijnzuur is daarbij de reductor. De deeltjes die daarbij als oxidator optreden, benoemt professor Lovley als ijzer en als roest (Fe 2 O3) (regels 7 en 8). Welke oxidator bedoelt professor Lovley: de ijzerdeeltjes uit roest of de ijzerdeeltjes uit ijzer? Geef een verklaring voor je antwoord. 3p Vraag 13. Pagina 9

11 De geobacters zelf kunnen niet tegen zuurstof. In het slib komt geen zuurstof voor. In de proefopstelling die wordt beschreven in de regels 14 tot en met 21 bevindt de tweede elektrode zich wel in zuurstofhoudend water. Dit zuurstof kan ook als oxidator reageren. De geobacters in het slib hebben geen last hiervan. Geef een schematische tekening van de proefopstelling die wordt beschreven in de regels 14 tot en met 21. Benoem de onderdelen van de cel en geef aan wat tijdens de stroomlevering de positieve elektrode en wat de negatieve elektrode is. 2p Vraag 14. Welk soort deeltjes verzorgen het ladingstransport door de verbindingsdraad tussen de elektroden, en welk soort deeltjes verzorgen het ladingstransport door de vloeistof tussen de elektroden? Noteer je antwoord als volgt: ladingstransport door verbindingsdraad: ladingstransport door de vloeistof: Suikerbatterij havo-examen 2 e tijdvak 2010 aangepast Glucose is een belangrijke energiebron in de levende natuur. 2p Vraag 15. Leg uit op microniveau waardoor bij de verbranding van glucose energie kan vrijkomen. havo-examen 2 e tijdvak 2010 Suikers zijn biobrandstoffen. Planten produceren glucose via een proces dat fotosynthese heet. Bij de fotosynthese worden koolstofdioxide en water onder invloed van zonlicht omgezet tot glucose. Glucose is vervolgens een bouwstof voor allerlei organische verbindingen, zoals cellulose. Ook is het een brandstof: wanneer planten s nachts glucose verbranden, komt energie vrij. Ook menselijke lichaamscellen gebruiken glucose als energiebron. De verbranding van glucose kan worden weergegeven met de volgende reactievergelijking: C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O In 2007 hebben onderzoekers van Sony een prototype ontwikkeld van een elektrochemische cel Pagina 10

12 (batterij) die zijn energie haalt uit een reactie van glucose met zuurstof. Hieronder is deze suikerbatterij schematisch weergegeven. De batterij bevat twee koolstofelektroden (A en B) die elk zijn bedekt met een laagje van een verschillend enzym. De elektroderuimtes worden gescheiden door een membraan. Aan elektrode A wordt glucose omgezet tot gluconolacton (C 6 H 10 O 6 ) volgens de halfreactie: C 6 H 12 O 6 C 6 H 10 O H e 2p Vraag 16. Is elektrode A de positieve of de negatieve pool van de suikerbatterij? Motiveer je antwoord. Bij elektrode B wordt zuurstof omgezet tot water. Bij deze omzetting reageren ook H+ ionen. De vergelijking van de halfreactie van zuurstof die plaatsvindt bij elektrode B, staat in Binas-tabel 48. 3p Vraag 17. Leid met behulp van de vergelijking van de halfreactie van zuurstof en de vergelijking van de halfreactie bij elektrode A, de vergelijking af van de totale redoxreactie die plaatsvindt in de suikerbatterij. 2p Vraag 18. De H + -ionen kunnen zich door het membraan verplaatsen. Leg uit of de H + -ionen zich van elektrode A naar elektrode B verplaatsen of van elektrode B naar elektrode A. Pagina 11

13 Het prototype van de suikerbatterij heeft de vorm van een kubus met een ribbe van 4 cm. De elektroderuimte van elektrode A wordt gevuld met 20 ml 0,40 M glucose-oplossing. De suikerbatterij kan worden gebruikt om een MP3-speler te voorzien van elektrische stroom. Om een bepaalde MP3-speler een uur te laten spelen is 2, mol elektronen nodig. 3p Vraag 19. Bereken hoeveel uur de MP3-speler kan spelen op de glucose die aanwezig is in 20 ml 0,40 M glucose-oplossing. Neem aan dat alle glucose wordt omgezet. Het prototype van de suikerbatterij is veel groter dan het oplaadbare accuutje dat in de MP3-speler zit en wordt via een snoertje met de MP3-speler verbonden. Toch heeft een suikerbatterij, vergeleken met het accuutje, een belangrijk pluspunt in bepaalde gebruikssituaties. 2p Vraag 20. Noem een pluspunt van een suikerbatterij, vergeleken met een accuutje. Licht je antwoord toe De hybride auto Vraag 21. Welke drie factoren bepalen de kwaliteit van energie? Vraag 22. Noem twee energiesoorten met een hoge kwaliteit. Pagina 12

14 11.6 Toepassing Toepassingsvraag 1 havo-examen e tijdvak Synthesegas Onderstaande bewerking van een artikel gaat over de productie van synthesegas. 3p Vraag T 1.1 Geef de vergelijking van de reactie waarbij synthesegas wordt omgezet tot methanol. 2p Vraag T 1.2 Verklaar waarom een endotherm proces duur is (regels 5 en 6). Pagina 13

15 Bij de tweede methode wordt zuivere zuurstof verkregen door lucht zodanig te behandelen dat een mengsel overblijft van zuurstof, stikstof en argon. Dit gasmengsel koelt men vervolgens af totdat het vloeibaar is geworden. Door het mengsel daarna langzaam op te warmen, wordt zuivere vloeibare zuurstof verkregen. 2p Vraag T 1.3 Geef de temperatuurgrenzen aan waarbinnen zuivere vloeibare zuurstof verkregen wordt, wanneer het vloeibaar gemaakte gasmengsel (met een temperatuur van 70 K) wordt opgewarmd. Maak voor de beantwoording gebruik van gegevens uit Binas en neem aan dat het proces plaatsvindt bij p = p 0. Bouwmeester en zijn collega s hebben de resultaten van hun onderzoek (aangaande methode 3 uit tekstfragment 1) beschreven in een artikel. Een deel van dat artikel is op de volgende bladzijde samengevat en bewerkt weergegeven. Tekstfragment 2 Pagina 14

16 2p Vraag T 1.4 Leid af in welke molverhouding Co 2+ en Co 3+ voorkomen in de katalysator Co 3 O 4. Geef een verklaring voor je antwoord. Noteer je antwoord als volgt: Co 2+ : Co 3+ = :, want 2p Vraag T 1.5 Leid uit de vergelijkingen van beide halfreacties de vergelijking af van de totale reactie die plaatsvindt in het eerste deel van de buis. Pagina 15

17 4p Vraag T 1.6 In het tweede deel van de buis wordt ook een katalysator gebruikt. Bereken de verhouding tussen het aantal mol nikkelatomen en het aantal mol aluminiumionen in deze katalysator. Noteer je uitkomst als volgt: aantal mol Ni : aantal mol Al 3+ = 1,00 : 3p Vraag T 1.7 Geef de vergelijking van de reactie van stap 2 en de vergelijking van de reactie van stap 3. Noteer je antwoord als volgt: reactievergelijking van stap 2: reactievergelijking van stap 3: 2p Vraag T 1.8 In tekstfragment 1 (regel 7) wordt gesuggereerd dat methode 1 duurder is dan de nieuw ontwikkelde methode 3. Uit tekstfragment 2 kan worden opgemaakt dat dit niet het geval hoeft te zijn. Geef een mogelijke reden waarom methode 3 goedkoper kan zijn dan methode 1 en geef ook een mogelijke reden waarom dit niet het geval hoeft te zijn. Pagina 16

18 Over dit lesmateriaal Colofon Auteur Willem de Zwijgerteam Laatst gewijzigd 30 august 2017 om 22:01 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; Leerinhoud en ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; doelen Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Trefwoorden brandstofcel, corrosie, elektrochemische cel, redoxreactie Pagina 17