spm1510_06_07; - Deeltoets IV; Vrijdag 29 mei 2009, 13:45-15:45

Transcriptie

1 NAAM: - page 1 - STUD.NO.: spm1510_06_07; - Deeltoets IV; Vrijdag 29 mei 2009, 13:45-15:45 LEVER DIT VEL IN! LEVER DIT VEL IN! Deze deeltoets bestaat uit 13 meerkeuzevragen, 2 open vragen en een bonusvraag. U mag uitsluitend gebruiken: rekenmachine, schrijfmateriaal, aangehecht formuleblad en periodiek systeem. Lees alle vraagstukken eerst snel door, en deel dan uw tijd in per vraagstuk. Succes! NB: u start met een saldo van 10 punten; totaal aantal punten te behalen is 100. Gebruik systeemdenken om je antwoorden te formuleren, te beargumenteren, en te motiveren! Succes! Meerkeuze vragen (max. 30 punten); Let op: elke juist beantwoorde vraag levert punten op; elke onjuist beantwoorde aftrek. Per vraag is dat (punten/aftrek); blanco = 0 punten. 1. Het industrieel systeem waarin plastics, harsen, verven en lakken worden geproduceerd uit aardolie is te beschouwen als een keten met de achtereenvolgende schakels (2.1 / 0.7): 0 raffinage, chemische industrie, petrochemische industrie, polymeerindustrie, 0 raffinage, petrochemie, chemische industrie, polymeerindustrie 0 raffinage, petrochemie, chemische industrie 2. Een belangrijk olieproduct dat wordt gebruikt als grondstof in de petrochemische industrie is (2.1 / 0.7): 0 ethyleen 0 benzine 0 nafta 3. Ethyleen H 2 C=CH 2 is een onverzadigde verbinding; ethyleenglycol HOH 2 C-CH 2 OH is een verzadigde verbinding. Geef aan welke uitspraak juist is. (2.1 / 0.7) De aanduiding onverzadigd voor een verbinding betekent dat 0 deze verbinding zelfs onder geschikte condities niet reageert met waterstof 0 deze verbinding één of meer π-bindingen bevat 0 deze verbinding alléén sp 3 gehybridiseerde koolstofatomen bevatten 4. De reactiviteit van organische verbindingen verloopt van laag naar hoog als volgt (2.1/0.7) 0 alkynen, alkenen, alkanen 0 alkanen, alkynen, alkenen 0 alkanen, alkenen, alkynen 5. De Molecular Orbital theorie verklaart het bestaan van bindingen tussen atomen in moleculen. Geef aan welke uitspraak juist is: (2.1 / 0.7) Volgens de Molecular Orbital theorie 0 Is een σ-binding altijd gecombineerd met een π-binding 0 Is een π-binding altijd gecombineerd met een σ-binding 0 Bestaat een enkelvoudige resp. meervoudige binding uit één resp. meer π-binding(en) 6. De Molecular Orbital theorie verklaart de reactiviteit van acetyleen, HC CH Geef aan welke uitspraak juist is: (2.1 / 0.7) Volgens de Molecular Orbital theorie 0 Bestaat de drievoudige binding uit drie π-bindingen 0 Bestaat de drievoudige binding uit twee π-bindingen en één σ-binding 0 Bestaat de drievoudige binding uit één π-binding en twee σ-bindingen 7. Geef aan welke uitspraak juist is: (2.1 / 0.7) Volgens de Molecular Orbital theorie bereiken moleculen een lagere energietoestand 0 doordat molecular orbitals gevuld worden met elektronen 0 doordat alléén bonding orbitals gevuld worden met elektronen 0 doordat meer bonding orbitals gevuld worden met elektronen dan anti-bonding orbitals

2 8. Polycondensatie is een speciale vorm van polymerisatie, waarbij gedurende de polymerisatie reactie telkens een watermolecuul wordt afgesplitst. Geef aan welke polymerisatie een polycondensatie is (2.1/0.7) 0 ethyleen tot polyethyleen (PE) 0 vinylchloridemonomeer tot polyvinylchloride (PVC) 0 adipinezuur tot nylon-4,6 9. Geef aan welke uitspraak juist is (2.1/0.7) 0 zetmeel is een natuurlijk polymeer van glucose (druivesuiker) 0 zetmeel is een natuurlijk polymeer van saccharose (kristalsuiker) 0 zetmeel is een andere naam voor cellulose (houtvezel) 10. Geef aan welke voedingstof NIET bestaat uit natuurlijke polymeren (2.1 / 0.7) 0 koolhydraten 0 vetten 0 eiwitten Mierezuur is het eenvoudigste carbonzuur, met formule HCO(OH). De officiële naam is methaanzuur. Koolstof is het centrale atoom, waaraan H, OH en O zijn verbonden. Als mierezuur wordt opgelost in water dan vindt de volgende reactie plaats: HCO(OH) + H 2 O H 3 O + + HCOO - Er wordt dus een waterstof van de OH groep afgesplitst. De officiële naam van het ion dat ontstaat is methanoaat. Mierezuur is een sterk bijtend zuur dat o.a. gebruikt wordt in WC-eend. 11. Volgens de theorie van Lewis heeft het methanoaat-ion HCOO - twee resonantiestructur en volgens de Molecular Orbital theorie vormt zich één orbitaal over het koolstof- en de twee zuurstofatomen. Teken hieronder de resonantiestructuren en de molecular orbital configuratie. (4 punten, geen aftrek) 12. Verklaar nu kort waarom mierezuur een relatief sterk zuur is (2 pt geen aftrek) ,4-Butadieen heeft het koolstof-skelet C=C-C=C. Het is de grondstof voor synthetische rubber. 0 1,4-butadieen polymeriseert tot [C-C=C-C] n 0 1,4-butadieen polymeriseert tot [C-C ] [ ] [ C=C ] n 0 1,4-butadieen polymeriseert tot een mengsel van beiden

3 Vraagstuk 14: Landbouw (30 punten) De belangrijkste functie van de landbouw (akkerbouw + veeteelt) is om ons van voedsel te voorzien. Om de wereldbevolking te kunnen blijven voeden, en landbouwproductie per hectare te vergroten is in de 20 e eeuw de landbouw in grote delen van de wereld sterk gemechaniseerdl geïntensifeerd en daarmee geïndustrialiseerd. We spreken dan ook van industriële landbouw in tegenstelling tot biologische landbouw. De figuur hierboven illustreert hoe het kunstmestgebruik is gegroeid in de wereld sinds het begin van de zgn. Groene Revolutie. Die revolutie begon met de succesvolle ontwikkeling van nieuwe graanvariëteiten die een veel grotere opbrengst per hectare gaven, mits voldoende voedingstoffen, kunstmest, werden gesuppleerd. a) In welke vorm wordt stikstof, N, gevonden in zgn. NPK-kunstmest? Geef de naam of formule(s). b) De kunstmestindustrie is een onderdeel van de anorganische chemische industrie. Licht kort toe via welke produkten de landbouw verbonden is met de organisch chemische industrie (die haar produkten in hoofdzaak maakt uit aardolieproducten). Welke functie(s) vervullen die producten in de industriële landbouw? c) Leg kort uit waar de LD 50 waarde van een stof voor staat. d) Neem onderstaand diagram over en breid het uit c.q. completeer het tot een zo volledig mogelijk systeemdiagram van de industriële landbouw. Voeg daartoe inputs (cq. klassen van inputs) en outputs (c.q. klassen van outputs) toe. Denk aan je keuze van de systeemgrens, weergave van systeemelementen, sources en sinks! Voedsel NPK-kunstmest Eiwitten Systeem Landbouw e) Licht met behulp van het systeemdiagram uit c) de bijdrage van de landbouw aan minstens vier milieuthema s toe. f) Op aangeven van de Europese Unie is ook in Nederland ingezet op een forse bijmenging van bioethanol in benzine. Beargumenteer uitgaande van de respectievelijke definities of dit een voorbeeld is van agrificatie dat bijdraagt aan de transitie naar een bio-based economy.

4 Vraagstuk 15 (30 punten): industriële productie Rond de millennium wisseling is er veel gesproken en gepubliceerd over de voordelen van de zogenaamde waterstofeconomie. Immers, waterstof (H 2 ) levert bij verbranding slechts water op, en is dus een schone energiedrager. Echter, waterstof komt (buiten de zon) niet als zodanig voor in de natuur, en dient dus te worden gemaakt. Voorstanders van de waterstofeconomie stellen zich voor dat water m.b.v. elektriciteit wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. Momenteel wordt waterstof wereldwijd echter bijna uitsluitend industrieel en op zeer grote schaal geproduceerd door eerst een CO / H 2 mengsel (synthesegas) te maken. Dat kan door steenkool of aardgas te vergassen - door gedeeltelijk (partiëel) te oxideren met lucht. a) Schrijf de partiële oxidatie van steenkool resp. aardgas uit als reactie. b) Maak geschikte aanname(s) en beredeneer hoe de hoeveelheden CO en waterstof zich in beide gevallen verhouden (molverhouding) Na de vergasser wordt de geproduceerde CO wordt in een zgn. shift-reactor met water omgezet tot CO 2 en waterstof, waarna de CO 2 in zuivere vorm wordt verwijderd. Tabel A met bindingsenergieën (kj/mol): C-H 413 C=C 614 O-H 467 C-C 347 O=O 495 O-O 146 C-N 305 C=O 745 H-H 432 C-O 358 C=O (CO 2 ) 799 N-H 391 c) Schrijf de reactie in de shift-reactor uit. d) Bereken m.b.v. de gegevens in tabel A of de reactie in de shift-reactor endotherm of exotherm is. De uitvinding van het Haber-Bosch proces in 1908 voor de produktie van ammoniak (NH 3 ) heeft een fenomenale toename van de landbouwproductiviteit mogelijk gemaakt. >99% van de wereldwijde ammoniak belandt in NPK-kunstmest. Bij de synthese van ammoniak wordt in een continue reactor een mengsel van N 2 en H 2 geconverteerd tot ammoniak. In de reactor wordt maar 10% van de stikstof omgezet per passage van het reactiemengsel. Daarom wordt het product ammoniak afgescheiden; de N 2 en H 2 die niet heeft gereageerd wordt teruggevoerd naar de reactor, samen met verse reactanten. Een ammoniak fabriek bestaat uit een combinatie van vergasser en Haber-Bosch proces. Daarbij wordt de vergasser bedreven met lucht i.p.v. zuivere zuurstof, zodat de benodigde N 2 in het tussenprodukt aanwezig is. e) Teken een systeemdiagram van de gehele ammoniakfabriek. f) De LHV van aardgas is 50 MJ/kg, die van ammoniak 20 MJ/kg. Als het omzettingsrendement in het Haber-Bosch proces voor waterstof 100% bedraagt, dient dan netto warmte aan de fabriek worden toegevoerd of is de fabriek een netto leverancier van (rest)warmte? Let op, u hoeft niets te berekenen. Beargumenteer! g) Maak met behulp van de figuur uit vraagstuk 14 een schatting van de wereldwijde CO 2 uitstoot van ammoniakfabrieken Vraagstuk 4 (maximaal 10 bonuspunten) Het ontstaan van veel milieuproblemen is te beschrijven als analogie van de 'Tragedy of the Commons'. Beschouw overbevissing in internationale wateren, en stel je voor dat je aangesteld bent als speciaal adviseur van de Minister van LNV (Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit), Gerda Verburg (CDA). Beschrijf hoe je haar zou adviseren in de Europese Commissie - het overleg van de Ministers met visserij in hun portefeuille. Wat zouden actiepunten voor besluitvorming in de Europese Commissie cq. het Europees Parlement moeten zijn die door deze Ministerraad worden aangedragen om duurzame visserij in de EU te kunnen gaan realiseren?

5 Formuleblad en Periodiek systeem Energie: Avogadro: Straling: E kin = ½ m v 2 [J] Q = C p m T [J] W max = Q h (T h T c ) / T h Q c = Q h W max = Q h T c / T h 19 Q1 Q2 E = [J] r N = 6, [moleculen/mol] c λ piek = [m] Tpiek S = k T 4 (k = 5,67 * 10-8 [W/m 2 ]) E = h f = h c/λ [J] h = [Js] c = 3, [m/s] Heisenberg: x ( mv) h 4π Ideaal gas: p V = n R T (R = 0,0821 [atm L K-1]) (L = liter) R = [J/(K*mol)] Zuurgraad: ph = -log[h + ] A 8A 1 2 H He A 3A 4A 5A 6A 7A Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Ge Sb Te I Xe (98) Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Sn Bi Po At Rn (209) (210) (222) Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Uub (223) 226 (227) Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu (145) Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr (231) (237) (244) (243) (247) (247) (251) (252) (257) (258) (259) (260)