Auteur Laatst gewijzigd Licentie Webadres Dick Naafs 16 February 2015 CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie http://maken.wikiwijs.nl/57826 Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs Maken van Kennisnet. Wikiwijs Maken is een onderdeel van Wikiwijsleermiddelenplein, hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt.
Inhoudsopgave Vooraf Over dit lesmateriaal Pagina 1
Vooraf Dit arrangement bevat een voorbeeld opgave voor de pilot examens Havo CE. De eigenaar van deze voorbeeldopgave is Evelien Veltman. Leerlingen kunnen de meeste vragen uit deze voorbeeldopgave op papier maken. Wanneer ze op de 'Controleer antwoord' toets drukken, verschijnt een uitgewerkte oplossing. Er is een vraag waarbij de antwoorden op de juiste plaats gesleept moeten worden. Als de leerling nu op de knop 'Controleer antwoord' drukt en het antwoord is goed dan verschijnt er een groene balk met de tekst 'Goed'. Als het antwoord onjuist is, verschijnt de uitleg voor het juiste antwoord. Op dit moment is het programma nog niet geschikt om de leerlingen reactievergelijkingen en antwoorden met sub- en superscript (bijvoorbeeld: CO 3 2- of 2,3.10-6 ) te laten invullen. Zodra dit mogelijk is, zullen de vragen in het computerprogramma kunnen worden beantwoord en gecorrigeerd. Veel succes. Pagina 2
komt in heel veel verschillende vormen voor. Dat geldt voor het uiterlijk van de steenkool. De kleur van steenkool kan bijvoorbeeld variëren van bruin tot zwart, steenkool kan hard en bros zijn maar ook vettig en zacht aanvoelen. Ook de elementsamenstelling kan verschillen. De tekening hieronder geeft weer hoe men zich voorstelt dat de atomen in een bepaalde steenkoolsoort gekoppeld zijn. Gewoonlijk worden in een structuurformule alle aanwezige atomen aangegeven met hun atoomsymbool en hun bindingen. In deze tekening gebeurt dat maar ten dele. Van een aantal atomen is het atoomsymbool niet getekend, van andere atomen is helemaal niets getekend. Men vertrouwt erop dat een chemicus uit de tekening kan afleiden waar een atoomsymbool en/of binding is weggelaten en ook kan afleiden welke atoomsoort het betreft. 2p Vraag 1. Hieronder is een fragment uit bovenstaande tekening opnieuw afgebeeld. Neem dit over en teken in dit fragment de ontbrekende atoomsymbolen en bindingen. Vervolgens kun je je tekening vergelijken met het juiste antwoord. Pagina 3
Onbehandeld steenkool is vergeleken met aardgas een zeer vervuilende brandstof. Voor de opkomst van aardgas was steenkool de voornaamste brandstof. De luchtkwaliteit in steden en gebieden met veel industrie was door het verstoken van steenkool zeer slecht. De lucht bevatte fijn verdeelde roet, zwaveldioxide en stikstofoxiden. Het regenwater was verzuurd door zwavelzuur en salpeterzuur. 2p Vraag 2. Leg met behulp van onderstaande tekening van de structuur van steenkool uit hoe door de verbranding van steenkool zwaveldioxide in de lucht kan komen. Zwaveldioxide wordt in vochtige lucht omgezet in zwavelzuur formule H 2 SO 4. Dit zwavelzuur komt als zure regen terecht in de bodem en het oppervlakte water. Voor de vorming van zwavelzuur is naast zwaveldioxide en water nog een stof uit de lucht nodig. 2p Vraag 3. Leid uit de formules van water, zwaveldioxide en zwavelzuur af welke stof uit de lucht hier bedoeld wordt.. Door steenkool heel sterk te verhitten zonder dat er lucht bij kan, ontleedt de steenkool in een vaste stof die men cokes noemt. Daarnaast ontstaan teer en verschillende gassen. Cokes bestaat vrijwel volledig uit koolstof en is daardoor een veel schonere brandstof dan steenkool. Teer bestaat uit een ingewikkeld mengsel van koolstofverbindingen. Deze steenkool-teer was tot 50 jaar geleden de belangrijkste grondstof voor de chemische industrie. Pagina 4
1p Vraag 4. Welke grondstof heeft sindsdien de rol van steenkoolteer overgenomen in de chemische industrie? Cokesovengas kan dienen als brandstof. Daartoe moet eerst het ammoniak- en diwaterstofsulfidegas uit het cokesovengas verwijderd worden. Ammoniak haalt men als eerste uit cokesovengas. Dit gebeurt door cokesovengas intensief in contact te brengen met water. In tabel 44 van BINAS vind je gegevens waarmee je kunt toelichten dat door cokesovengas intensief in contact te brengen met water juist het ammoniak uit het cokesovengas wordt gehaald. 5p Vraag 5. Leg aan de hand van de waarden uit tabel 44 uit waarom door contact met water juist ammoniak uit het gasmengsel wordt gehaald. oplosbaarheid ammoniak: mol per liter water oplosbaarheid koolstofmono-oxide: mol per liter water oplosbaarheid diwaterstofsulfide: mol per liter water oplosbaarheid van waterstof: mol per liter water De oplosbaarheid van is het grootst Ook op grond van de molecuulbouw van water en ammoniak kun je aannemelijk maken dat water ammoniakgas goed kan opnemen. 2 p Vraag 6. Geef met behulp van de structuurformules van water en ammoniak weer hoe een water- en ammoniakmolecuul aan elkaar koppelen. In het onderstaande een schema is een gas-was-installatie weergegeven, waarmee ammoniak uit cokesovengas gehaald kan worden. De pijlen geven leidingen aan waardoorheen de verschillende stoffen (stofmengsels) stromen. Pagina 5
4p vraag 7 Zet de juiste namen bij de pijlen. Je hebt de keuze uit: ongereinigd cokesovengas gereinigd cokesovengas, (zuiver) water ammonia. ( Er zijn meer pijlen dan namen, je mag eenzelfde naam bij meer dan een pijl noteren). aanvoer links: aanvoer rechts: afvoer boven: afvoer pomp: afvoer naar rechts beneden: Beschikbare keuzes: cokesovengas, ammonia, ammonia, cokesovengas, gereinigd, water, ongereinigd Om het diwaterstofsulfide uit het gasmengsel te verwijderen, wordt het gasmengsel door een basische oplossing geleid. In BINAS kun je aanwijzingen vinden dat diwaterstofsulfide met deze oplossing zal reageren. Pagina 6
2p Vraag 8 Noem de tabel in BINAS en de eigenschap van diwaterstofsulfide die ervoor zorgt dat het diwaterstofsulfide juist in deze basische oplossing achterblijft. In tabel staat dat diwaterstofsulfide een is. diwaterstofsulfide reageert met een oplossing Voordat Nederland overging op het Groningse aardgas (vanaf 1950) werden cokesovengas onder de naam stadsgas geleverd aan huishoudens, met name om te koken. Omdat stadsgas duurder was dan de andere brandstoffen bleef men voor het verwarmen van huizen nog steenkool, cokes of stookolie gebruiken. 2p Vraag 9. Waarom werd het stadsgas met name gebruikt om te koken? Aanvankelijk bestond er veel weerstand tegen stadsgas, met name vanwege het koolstofmonoxide in stadsgas. Die weerstand was terecht. Het giftige en reukloze koolstofmonoxide (kolendamp) maakte veel slachtoffers. Hoewel tegenwoordig in woningen geen stadsgas maar aardgas wordt gebruikt, vallen er - weliswaar veel minder - nog steeds slachtoffers door koolstofmono-oxidevergiftiging in woningen. 2p Vraag 10. Leg uit dat ook aardgas als brandstof tot koolstofmono-oxidevergiftiging kan leiden. In Nederland wordt steenkool alleen nog op grote schaal gebruikt in elektriciteitscentrales en in de staalindustrie. In de kolengestookte elektriciteitscentrales wordt steenkool zonder voorbehandeling verbrand. Rookgasreinigingsinstallaties zorgen ervoor dat de luchtvervuiling door een moderne kolencentrale weinig verschilt van een centrale die aardgas als brandstof gebruikt. Mede daardoor zijn er zijn plannen voor een aantal nieuwe kolencentrales. De regering wil geen nieuwe aardgasgestookte centrales laten bouwen omdat de regering onze aardgasvoorraad wil bewaren voor huishoudelijk gebruik. Er zijn verschillende argumenten voor het gebruik van steenkool als brandstof voor energiecentrales. is gemakkelijk te winnen en te vervoeren. De voorraden steenkool zijn enorm groot zijn, genoeg voor honderden jaren. Groeperingen die pleiten voor duurzame energieopwekking verzetten zich desondanks tegen de bouw van die nieuwe kolencentrales. Hierboven zijn de argumenten genoemd die de keuze voor nieuwe kolengestookte centrales ondersteunen. 2p Vraag 11. Pagina 7
Noem het belangrijkste argument tegen de keuze voor nieuwe kolengestookte centrales. Pagina 8
Antwoorden 2p Vraag 1. Hieronder is een fragment uit bovenstaande tekening opnieuw afgebeeld. Neem dit over en teken in dit fragment de ontbrekende atoomsymbolen en bindingen. Vervolgens kun je je tekening vergelijken met het juiste antwoord. C atomen op elke hoek 12 keer Een C-atoom vergeten, maar verder alles correct 2 pnt 1 pnt 4 keer een waterstofatoom 2 pnt Een H-atoom vergeten, maar verder alles correct 1 pnt 2p Vraag 2. Leg met behulp van onderstaande tekening van de structuur van steenkool uit hoe door de verbranding van steenkool zwaveldioxide in de lucht kan komen. Pagina 9
In de formule staan zwavelatomen getekend, steenkool bevat dus zwavel Bij verbranding ontstaat dan zwaveldioxide 1 pnt 1 pnt 2p Vraag 3. Leid uit de formules van water, zwaveldioxide en zwavelzuur af welke stof uit de lucht hier bedoeld wordt.. Reactievergelijking in woorden: zwaveldioxide + water +... --> zwavelzuur Reactievergelijking in formules: SO2 + H2O +... --> H2SO4 Links van de pijl: 1 zwavelatoom, 2 waterstofatomen en 3 zuurstofatomen. Rechts van de pijl: 1 zwavelatoom, 2 waterstofatomen en 4 zuurstofatomen. De onbekende stof is dus zuurstof - O2 - De kloppende reactievergelijking wordt dan : SO2 + H2O + ½ O2 --> H2SO4 2 SO2 + 2 H2O + O2 --> 2 H2SO4 reactievergelijking niet kloppend te krijgen zonder extra stof, dus O2 nodig : 2 pnt laten zien dat uit de formules blijkt dat de zuurstof balans niet klopt : 1 pnt goede antwoord: O2 of zuurstof 1 pnt 1p Vraag 4. Welke grondstof heeft sindsdien de rol van steenkoolteer overgenomen in de chemische industrie? Pagina 10
Juist antwoord: Welke grondstof heeft sindsdien de rol van steenkoolteer overgenomen in de chemische industrie? aardolie (alternatieven: olie) 5p Vraag 5. Leg aan de hand van de waarden uit tabel 44 uit waarom door contact met water juist ammoniak uit het gasmengsel wordt gehaald. oplosbaarheid ammoniak: mol per liter water oplosbaarheid koolstofmono-oxide: mol per liter water oplosbaarheid diwaterstofsulfide: mol per liter water oplosbaarheid van waterstof: mol per liter water De oplosbaarheid van is het grootst Juist antwoord: Leg aan de hand van de waarden uit tabel 44 uit waarom door contact met water juist ammoniak uit het gasmengsel wordt gehaald. oplosbaarheid ammoniak: 27,8 mol per liter water oplosbaarheid koolstofmono-oxide: 0,00096 (alternatieven: 0,000955, 0,96.10-3, 9,6.10-4, 9,55.10-4) mol per liter water oplosbaarheid diwaterstofsulfide: 0,10 mol per liter water oplosbaarheid van waterstof: 0,00079 (alternatieven: 0,79.10-3, 7,9.10-4) mol per liter water De oplosbaarheid van ammoniak is het grootst 2 p Vraag 6. Geef met behulp van de structuurformules van water en ammoniak weer hoe een water- en ammoniakmolecuul aan elkaar koppelen. Pagina 11
Voorbeeld antwoord: Waterstofbrug correct getekend ( bv stippellijn) 2 pnt Correcte positie water en ammoniak molecuul 1 pnt een indicatie van een elektrische binding tussen waterstof en zuurstof of stikstof 1 pnt 4p vraag 7 Zet de juiste namen bij de pijlen. Je hebt de keuze uit: ongereinigd cokesovengas gereinigd cokesovengas, (zuiver) water ammonia. ( Er zijn meer pijlen dan namen, je mag eenzelfde naam bij meer dan een pijl noteren). aanvoer links: ongereinigd cokesovengas aanvoer rechts: water afvoer boven: gereinigd cokesovengas afvoer pomp: ammonia afvoer naar rechts beneden: ammonia 2p Vraag 8 Noem de tabel in BINAS en de eigenschap van diwaterstofsulfide die ervoor zorgt dat het diwaterstofsulfide juist in deze basische oplossing achterblijft. In tabel staat dat diwaterstofsulfide een is. diwaterstofsulfide reageert met een oplossing Juist antwoord: Noem de tabel in BINAS en de eigenschap van diwaterstofsulfide die ervoor zorgt dat het diwaterstofsulfide juist in deze basische oplossing achterblijft. In tabel 49 staat dat diwaterstofsulfide een zuur is. diwaterstofsulfide reageert met een basische (alternatieven: alkalische) oplossing Pagina 12
2p Vraag 9. Waarom werd het stadsgas met name gebruikt om te koken? Een gasfornuis is veel gemakkelijker aan en uit te zetten dan een kolen of cokes-gestookt fornuis. of Het stadsgas is gereinigd. Daardoor bevatten de verbrandingsgassen van stadsgas alleen water een kooldioxide. en cokes geven meer vervuiling. 2p Vraag 10. Leg uit dat ook aardgas als brandstof tot koolstofmono-oxidevergiftiging kan leiden. Methaan bevat koolstof en bij verbranding met te weinig zuurstof kan koolstofmono-oxidegas ontstaan. 2 pnt 2p Vraag 11. Noem het belangrijkste argument tegen de keuze voor nieuwe kolengestookte centrales. Deze centrales produceren kooldioxidegas, een broeikasgas dat bijdraagt aan de klimaatverandering. 1 pnt Van fossiele brandstoffen produceert steenkool de meeste koolstofdioxide. 1 pnt Pagina 13
Over dit lesmateriaal Colofon Auteur Dick Naafs Laatst gewijzigd 16 February 2015 om 11:59 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 HAVO 5; Leerinhoud en doelen Scheikunde; Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Studiebelasting 0 uur en 30 minuten Trefwoorden steenkool, voorbeeldopgave se havo scheikunde Pagina 14