Kleinschalige chloorproductie (ce)

Transcriptie

1 Kleinschalige chloorproductie (ce) Bij deze opgave horen drie bronnen. Bron 1: artikel uit 'C2W Life Science' van 31 mei Bron 2: Het kwikelektrolyseproces. In een schuine goot ligt op de bodem een laagje kwik. Dat is de negatieve elektrode. Daarboven hangen positieve elektroden van titaan. In de bak wordt 'pekel' (een oplossing van natriumchloride in water) geëlektrolyseerd. Hierbij ontstaan chloor en natrium. Het natrium lost op in het kwik en vormt vloeibaar natriumamalgaam, Na(Hg). Het natriumamalgaam wordt naar een vat met water geleid. Daar reageert het met water waarbij waterstofgas, natronloog en kwik ontstaat. Het kwik wordt gerecycled.

2 Bron 3: Het membraanelektrolyseproces. De elektrolyseruimten zijn gescheiden door een ionselectief membraan dat alleen positieve ionen doorlaat. Bij de positieve elektrode bevindt zich een natriumchloride-oplossing in water. Bij deze elektrode ontstaat chloorgas. De natriumionen kunnen door het membraan. Bij de andere elektrode reageert water. Hierbij ontstaat onder andere waterstofgas. 1 (3p) Leg aan de hand van twee gegevens die je over chloor in BINAS kunt vinden, uit waarom in Nederland de chloortreinen afgeschaft zijn. Noteer je antwoord als volgt: BINAS tabel nummer:... Gegeven:... 2 (2p) Geef twee milieubezwaren waardoor het kwikelektrolyseproces zijn langste tijd gehad heeft. 3 (2p) Leg uit waarom bij het kwikelektrolyseproces chloor aan de positieve elektrode ontstaat. 4 (2p) Geef de halfreactie van het proces waarbij chloor ontstaat. Het reactieschema van de reactie van natriumamalgaam met water is: Na(Hg)(l) + H 2 O(l) Na + (aq) + OH - (aq) + H 2 (g) + Hg(l) 5 (2p) Neem dit reactieschema over en maak er een reactievergelijking van. 6 (2p) Leg uit waarom deze reactie een redoxreactie is. Bij het membraanelektrolyseproces reageert aan de negatieve elektrode water. In de volgende halfreactie van dit proces ontbreken de elektronen en de coëfficiënten. H 2 O(l) H 2 (g) + OH - (aq) 7 (3p) Neem deze halfreactie over, zet de elektronen aan de juiste kant van de pijl en vul de coëfficiënten in. Bij het membraanelektrolyseproces wordt eerst een hoeveelheid zout in water opgelost. Die oplossing wordt naar de elektrolysecel gevoerd. 8 (4p) Geef dit proces weer met behulp van een blokschema. Geef de stofstromen daarin aan met de juiste chemische notatie. Gebruik voor de elektrolysecel de volgende tekening: + 9 (2p) Bereken hoeveel mol chloorgas per dag maximaal geproduceerd kan worden. 10 (2p) Bereken hoeveel m 3 (T = 298 K; p = p 0 ) waterstof daarbij ontstaat.

3 Antwoordmodel 1 Maximumscore 3 Voorbeelden van goede antwoorden zijn: tabel 97A zeer giftig (bij inwendig gebruik) tabel 97A explosief met waterstof. Noemen van de tabel Per goed gegeven 2 Maximumscore 2 De leerling moet het besef hebben dat het lekken van kwik in het milieu schadelijk is. NB Als alleen op de giftigheid van chloor wordt ingegaan, geen punten toekennen. 3 Maximumscore 2 Besef dat aan de positieve elektrode de negatieve ionen reageren Die staan hun extra elektronen af aan de positieve elektrode 4 2 Cl - Cl e - Formules Cl - en Cl 2 rest van de vergelijking NB fase-aanduidingen zijn niet noodzakelijk en niet betrekken bij de beoordeling. 5 Maximumscore 2 2 Na(Hg)(l) + 2 H 2 O(l) 2 Na + (aq) + 2 OH - (aq) + H 2 (g) + 2 Hg(l) juiste coëfficiënten bij H 2 O en OH - juiste coëfficiënten bij Na(Hg), Na en Hg 6 Maximumscore 2 Na-atomen worden Na + ionen Dus er zijn elektronen overgedragen 7 Maximumscore 3 2 H 2 O(l) + 2 e - H 2 (g) + 2 OH - (aq) elektronen vóór de pijl juiste coëfficiënten bij H 2 O en OH - juiste coëfficiënt bij e - 8 Maximumscore 4 tank met instroom van H 2 O(l) en NaCl(s) uitstroom van Na + (aq) + Cl - (aq) juiste input van deze stroom aan de + kant van de elektrolysecel Instroom van H 2 O(l) en uitstroom van H 2 (g) en Na + (aq) + OH - (aq) bij elktrolysecel 9 Maximumscore 2 45 ton chloor is 45 x 10 6 g chloor dat komt overeen met 45x10 6 /70,9 = 6,4x10 5 mol chloor 10 Maximunscore 2 Molverhouding Cl 2 (g) : H 2 (g) = 1:1 (eventueel impliciet) dus 6,4x10 5 mol H 2 (g) 6,4x10 5 x 2,45x10-2 = 1,6x10 4 m 3

4 Verantwoording Kleinschalige chloorproductie (ce-versie) In deze opgave komen de volgende eindtermen aan bod Vraag no eindtermen 1 A1.1 Informatievaardigheden De kandidaat kan doelgericht informatie zoeken, beoordelen, selecteren en verwerken. A3.1 Risico inventarisatie en veilig werken 9 relevante informatie over het risico van stoffen selecteren met behulp van tabellen: gevaarsymbolen; R- en S- zinnen; chemiekaarten. 2 A3.1 Risico inventarisatie en veilig werken De kandidaat kan een risico inventarisatie opstellen, experimenten veilig uitvoeren met gebruik van stoffen, instrumenten en organismen en de risico-inventarisatie evalueren. Specificatie De kandidaat kan 10 een risico inventarisatie van een experiment of toepassing van een chemisch proces opstellen en evalueren. 3 Subdomein C5 Typen reacties aangeven wat de kenmerken zijn van de volgende typen reacties: ; elektrolyse ; 4 Subdomein C4 Bindingen vormen en verbreken chemische processen, oplossen en indampen weergeven met behulp van formules en reactievergelijkingen met toestandsaanduidingen: halfreacties en totale reactievergelijking 5 A3.2 Vaktaal 11 een chemisch proces weergeven met een reactievergelijking met toestandsaanduidingen. 6 Subdomein C5 Typen reacties aangeven wat de kenmerken zijn van de volgende typen reacties: redox reactie ; 7 Subdomein C4 Bindingen vormen en verbreken chemische processen, oplossen en indampen weergeven met behulp van formules en reactievergelijkingen met toestandsaanduidingen: beginstoffen; reactieproducten; halfreacties en totale reactievergelijking kloppend maken, atoombalans, ladingsbalans. 8 Subdomein D5 Industriële processen 1 een beschreven eenvoudig productieproces in een blokschema weergeven. 9 A2.6 Rekenkundige en wiskundige vaardigheden De kandidaat kan een aantal voor het vak relevante rekenkundige en wiskundige vaardigheden correct en geroutineerd toepassen bij vakspecifieke probleemsituaties. A3.2 Vaktaal 12 de volgende begrippen hanteren: atoommassa; molecuulmassa; chemische hoeveelheid stof: eenheid mol; molaire massa ; 10 A2.6 Rekenkundige en wiskundige vaardigheden De kandidaat kan een aantal voor het vak relevante rekenkundige en wiskundige vaardigheden correct en geroutineerd toepassen bij vakspecifieke probleemsituaties. A3.2 Vaktaal 13 de volgende begrippen hanteren: atoommassa; molecuulmassa;

5 chemische hoeveelheid stof: eenheid mol; molaire massa ; molverhouding bij reacties; massaverhouding bij reacties;