Hoofdstuk 12 Chemische industrie

Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
48
Hoofdstuk 12 Chemische industrie
Inleiding
12.1
a
b
c
Drie van de onderstaande scheidingsmethoden:
Extraheren: berust op het verschil in oplosbaarheid.
Bezinken: berust op het verschil in dichtheid.
Destilleren (en indampen): berust op het verschil in kookpunt.
Adsorberen: berust op het verschil in aanhechtingsvermogen.
Filtreren: berust op het verschil in deeltjesgrootte.
Gelatine
Overeenkomsten: lossen niet op in water, brandbaar.
Verschillen: Raapzaadolie komt uit planten, dieselolie is een delfstof. Raapzaadolie is
een duurzame energiebron, dieselolie raakt op.
12.2
Reactie
redoxreactie
neerslagreactie
verestering
hydrolyse
polymerisatie
additie
kraakreactie
12.3
a
b
c
12.4
a
b
c
d
e
Beginstoffen
een reductor en een oxidator
zoutoplossingen
een zuur en een alcohol
Kenmerken
Er worden elektronen overgedragen
Er ontstaat een vaste stof (neerslag)
Er ontstaat water en een ester die
vaak een sterke geur heeft
bekendste: een ester en water
Er ontstaat een zuur en een alcohol
monomeren
Er ontstaat een vaste stof, doordat
er lange ketens of netwerken
worden gevormd
een alkeen en een stof die daaraan Er ontstaat één reactieproduct en de
geaddeerd wordt, bijvoorbeeld water dubbele koolstof-koolstofbinding
of een halogeen
verdwijnt
alkanen
Mmoleculen worden afgebroken; er
ontstaan een korter alkaan en een
alkeen
De reactie gaat in 5,0 M zoutzuur het snelst. [H+] is groter, waardoor de kans dat een
H+ ion tegen een magnesiumatoom aanbotst veel groter is.
De reactie bij 100 C gaat het snelst. Bij hogere temperatuur bewegen de moleculen
sneller en zijn de botsingen dus krachtiger. Bovendien is dan de kans groter dat ze
tegen elkaar botsen.
De reactie gaat het snelst met ijzerpoeder. Wanneer het ijzer fijner verdeeld is, is het
contactoppervlak groter, waardoor de kans op botsingen veel groter is.
Cu + S  CuS
De molaire massa van koper is 63,55 g mol1.
Er was dus 4,02 g / 63,55 g mol1 = 0,0633 mol koper.
De molaire massa van zwavel is 32,06 g mol1.
Er was dus 3,00 g / 32,06 g mol1 = 0,0936 mol zwavel.
Koper en zwavel reageren in de molverhouding 1 : 1. Zwavel was dus in overmaat
aanwezig.
De molverhouding tussen Cu en CuS is 1 : 1, zodat er maximaal 0,0633 mol
koper(II)sulfide ontstaat.
De molaire massa van koper(II)sulfide is 95,60 g mol1 (BINAS tabel 99 (104)).
Er ontstaat dus maximaal 95,60 g mol1 • 0,0633 mol = 6,04 g koper(II)sulfide.
Er ontstaat 5,58 g koper(II)sulfide. Er kan maximaal 6,04 g ontstaan.
Het rendement is dus (5,58 g / 6,04 g) • 100% = 92,3 %
Voor de reactie was er 7,02 g stof aanwezig. Na de reactie moet er nog steeds 7,02 g
stof aanwezig zijn. 6,04 g daarvan is koper(II)sulfide.
Het massapercentage is dus:(6,04 g /7,02 g ) • 100% = 86,2%
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
49
12.1 Kenmerken van de chemische industrie
12.5
a
b
12.6
a
b
Industrie is de verzameling van fabrieken die op grote schaal producten maken. Dit
kunnen tussenproducten zijn die in andere industrieën als grondstoffen wordt gebruikt.
In de chemische industrie worden producten op grote schaal gemaakt met behulp van
chemische reacties.
Voorbeelden zijn: verf, haargel, tandpasta, papier, kaas, kleding van synthetische
vezels, glas en wasmiddelen.
Zelfs bij ‘natuurlijke’ producten zoals melk, vlees, hout, wol, katoen hebben chemische
reacties een rol gespeeld bij de vorming. Heel weinig producten ontstaan zonder
chemie.
12.7
Eigen antwoorden.
12.8
a
b
c
d
12.9
a
b
c
d
12.10
Voorbeelden van natuurlijke grondstoffen zijn: aardolie, aardgas, zout, steenkool en klei.
Nederland exporteert onder andere aardgas en zout.
Ook een land met weinig natuurlijke grondstoffen kan deze grondstoffen vervoeren of
bewerken.
Nederland ligt aan zee en is gemakkelijk bereikbaar voor zeeschepen. Vanuit
Nederland worden grondstoffen doorgevoerd naar de rest van Europa.
‘Bulk’ is Engels voor ‘heel groot’ of ‘heel veel’. In de bulkchemie worden de producten
dus grote hoeveelheden geproduceerd.
In de specialiteitenchemie worden producten, veelal voor speciale doeleinden, gemaakt
in kleine hoeveelheden. Daarvoor zijn meestal meerdere chemische reacties nodig.
Een fabrikant in de basischemie maakt één product. De fabriek kun je steeds blijven
gebruiken.
In de fijnchemie gaat het om veel kleinere fabrieken die elke keer een ander product
produceren. De apparatuur moet eenvoudig aan te passen zijn.
In de fijnchemie. Daar worden veel meer nieuwe producten ontworpen en getest.
Onderzoek in de basischemie is gericht op verbetering van efficiëntie.
Producten in de fijnchemie zijn duurder, omdat daar meer onderzoek en arbeid in wordt
gestoken.
a/b
Product
polyetheen
halvarine
muurverf
aspirine
kerosine
kunstmest
wasverzachter
12.11
Eigen antwoorden.
12.12
Eigen antwoorden.
12.13
a
b
c
Industrietak
chemische industrie
voedingsmiddelenindustrie
chemische industrie
chemische industrie
chemische industrie
chemische industrie
chemische industrie
Deelsector
basischemie
verfindustrie
farmaceutische industrie
basischemie/petrochemie
basischemie/landbouwchemicaliën
wasmiddelenindustrie
Bij de omzetting van ijzererts tot ijzer vindt een chemische reactie plaats.
Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2
(Koolstofmono-oxide wordt gevormd volgens:2 C + O2  2 CO)
De grondstoffen worden aangevoerd uit het buitenland. Dit gebeurt vooral per boot.
IJmuiden ligt aan de kust, zodat er geen extra transport per trein, auto of
binnenvaartschip nodig is.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
50
12.2 Stappen in een productieproces
12.14
a
b
12.15
a
b
c
12.16
a
b
12.17
a
b
c
12.18
a
b
Een blokschema geeft een (productie)proces overzichtelijk weer. Elk onderdeel krijgt
een blok met daarin een omschrijving van het onderdeel. De blokken worden verbonden
door pijlen die stofstromen voorstellen.
Blokschema’s geveningewikkelde processen overzichtelijk weer.
Als de reactor geen product levert, ligt het hele bedrijf stil. Er is geen toevoer van
beginstoffen en geen afvoer van eindproducten.
De grondstoffen (en eventueel een katalysator) worden aangevoerd in een geschikte
vorm voor de reactor. Vervolgens worden de grondstoffen in de goede verhouding
gemengd.
In de reactor moeten temperatuur en druk juist zijn.
Het product moet worden gezuiverd, eventueel op de goede temperatuur worden
gebracht en verpakt.
Sommige stoffen mogen niet per vrachtauto worden vervoerd omdat ze erg giftig of
explosief zijn. Een verkeersongeval kan dan rampzalige gevolgen hebben.
Wanneer er veel nodig is van een product moeten er vrachtauto’s rijden. Dit levert grote
verkeersproblemen op.
(Een gewone vrachtauto is ook niet geschikt voor het vervoer van gassen.)
Je hoeft het gas niet te transporteren; er is een continue aanvoer.
In Europa zijn grote aardgasvoorraden aanwezig onder andere in de Noordzee, in
Nederland en in Rusland. Vanuit de winplaatsen wordt het gas vervoerd door heel
Europa.
Stikstof zit in de lucht en kan goedkoper ter plaatse uit vloeibare lucht gedestilleerd
worden.
Drie manieren van opslag zijn: stukgoed, containergoed en bulkgoed.
Wijze van
opslaan
stukgoed
containergoed
bulkgoed
12.19
a
b
c
d
12.20
a
b
c
d
Voordeel
Nadeel
veilig voor kwetsbare stoffen
kleine hoeveelheden direct
beschikbaar
container kan direct op vrachtwagen
of trein
grote voorraad mogelijk
geen verpakkingsmateriaal nodig
goedkoop
veel verpakkingsmateriaal
veel ruimte nodig
duur
extra materiaal nodig om
containers te verplaatsen
gevaarlijke stoffen vereisen
speciale voorzorgsmaatregelen
Er treden geen nevenreacties op, zodat de gewenste reactie beter verloopt. Hierdoor
zal het eindproduct schoner zijn, zodat je niet of minder hoeft te zuiveren. Bovendien
hoeft de reactor minder vaak schoongemaakt te worden.
Drie zuiveringsmethoden die vaak in de industrie worden gebruikt zijn: filtreren (zeven),
extraheren (wassen) en destilleren (indampen).
Dat kun je doen met chromatografie (of met een smelt- of kookpunt-bepaling).
Als je niet weet hoeveel vervuiling er in een stof zit, weet je ook niet hoeveel van die stof
je nodig hebt.
Vloeistoffen kunnen gemakkelijk door pijpen getransporteerd worden.
Een nadeel van een oplosmiddel is dat deze na de reactie verwijderd moet worden,
bijvoorbeeld door indampen. Dit kost (extra) energie.
Dit kan door de vaste stof te smelten.
Er is dan een hoge temperatuur nodig en dat kost veel energie. Ook kan stolling voor
verstoppingen zorgen. Bovendien kan bij een hogere temperatuur een deel van de stof
ontleden of verkleuren door reactie met zuurstof uit de lucht.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
51
12.21
a
b
Een andere naam voor slurry is suspensie.
Enige mogelijkheden:
– De vaste stof lost slecht op.
– Het oplosmiddel verstoort de reactie.
(– Het oplosmiddel is moeilijk te verwijderen door een hoog kookpunt.)
12.22
‘De warmte van reactieproducten kan in veel gevallen worden benut om grondstoffen voor
te verwarmen’.
12.23
a
lucht
stikstof
koolstof mono-oxide
koolstof dioxide
ijzererts
cokes
hoogov en
slakv erwerking
hoogov encement
calciumcarbonaat
silicaten
v loeibaar
ruwijzer
ruwijzer
v erwerking
slakaf v al
gietijzer
staal
12.24
b
De temperatuur, druk en de hoeveelheden ijzererts, cokes en calciumcarbonaat in de
hoogoven moeten in de gaten worden gehouden.
a
Een onjuiste verhouding van de grondstoffen is meestal ongunstig, omdat je de
overmaat na de reactie moet scheiden van het reactieproduct.
Bij omkeerbare reacties kan overmaat van een van de reactanten een gunstig effect
hebben, doordat het evenwicht verschuift.
Bij onzuivere beginstoffen kun je niet de exacte hoeveelheid van de beginstof bepalen.
Daarnaast kunnen ongewenste nevenreacties optreden.
De fase van de stof bepaalt hoe goed de deeltjes bij elkaar komen. In een gas is dat
beter dan in een vloeistof, in een vloeistof beter dan ineen vaste stof.
Ook bewegen de deeltjes in de gasfase sneller dan in de vloeistoffase, en in de
vloeistoffase sneller dan in de vaste fase.
Hoe beter de stoffen gemengd zijn, hoe groter het contactoppervlak en hoe sneller de
reactie verloopt.
Een katalysator versnelt een reactie aanzienlijk.
Bij hogere temperatuur verloopt de reactie sneller doordat de deeltjes harder botsen.
Door hun hogere snelheid komen zij elkaar ook vaker tegen.
Verhoogde druk komt neer op hogere concentratie. Hierdoor wordt de botsingskans –
en dus de reactiesnelheid – groter.
b
c
d
e
f
g
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.25
a
b
52
Met een katalysator hoeven de stoffen minder lang in de reactor te blijven, waardoor er
sneller kan worden geproduceerd. Bovendien is dan meestal een lagere temperatuur
mogelijk, zodat er sprake is van energiewinst.
Bij homogene katalyse bevindt de katalysator zich in dezelfde fase als de stoffen die
reageren. Bij heterogene katalyse bevindt de katalysator zich in een andere fase.
c
12.26
a
b
c
d
e
12.27
a
b
c
12.28
a
b
c
d
12.29
a
b
Soort katalyse
Homogeen
Voordeel
Er is een goede menging
mogelijk
Heterogeen
Scheiding van katalysator
en product(en) kan
eenvoudig door filtratie
Nadeel
Katalysator moet van product(en)
worden gescheiden (soms laat men
de katalysator in het product achter)
Het contactoppervlak is gering
Een oppervlakactieve stof vermindert de oppervlaktespanning van het water.
Voorbeelden zijn: zeep en detergens.
Een biokatalysator is een enzym.
De reactiesnelheid is bij hoge temperaturen groter dan bij lage temperaturen.
Bij hoge temperaturen worden de eiwitten waar de enzymen uit bestaan afgebroken
(gedenatureerd).
Je gebruikt minder stroom om het water op te warmen. Daarnaast loos je minder warm
water op het oppervlaktewater, zodat er minder thermische verontreiniging is.
Lucht bestaat uit stikstof (78 volume%), zuurstof (21%) en andere gassen (1%), onder
andere argon en koolstofdioxide (BINAS tabel 34 (32 C)).
Stikstof kookt bij 77 K (196 C). Zuurstof kookt bij 90 K (183 C),BINAS tabel 40 A (39).
De component met het hoogste kookpunt wordt het eerst vloeibaar, omdat bij afkoelen
van deze component het kookpunt het eerst wordt bereikt. Als je deze vloeistof opvangt,
heb je deze component uit de lucht afgescheiden.
Het watervrij maken van de grondstof is een voorbewerking, een voorcontrole. Als je
alleen de reactie ‘proces’ ziet, is er dus geen sprake van procescontrole.
Er is wel procescontrole als je het voorbewerken van een grondstof als onderdeel van
het proces ziet.
Als de temperatuur te hoog oploopt, kan de reactie steeds sneller gaan en het proces
uit de hand lopen.
Als de temperatuur te laag wordt, verloopt de reactie helemaal niet meer.
Werken bij hoge druk vereist zware, dure installaties en (extra) beveiligingsmaatregelen.
Bij hoge druk gaan reacties sneller, doordat de concentraties hoger zijn. Concentraties
beïnvloeden de ligging van een evenwicht, druk dus ook.
Bovendien heeft werken bij hoge druk ruimtebesparing tot gevolg, omdat er kleinere
reactoren worden gebruikt.
De systematische naam van glycerol is 1,2,3-propaantriol.
R staat voor (CH2)3–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–(CH2)4–CH3
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
c
d
e
53
Door het malen ontstaat een groter oppervlak, waardoor het oplossen sneller gaat.
De scheidingsmethode is extractie.
A: extractie
B: filtratie
C: afval
D: destillatie
f
hexaan
zaden
product
A
B
D
C
12.3 Voorbeelden van productieprocessen
12.30
a
b
c
Stikstof wordt gewonnen door destillatie van vloeibare lucht.
Waterstof wordt verkregen door de reactie van water (stoom) met methaan.
Nee, met een katalysator wordt een even groteopbrengst in veel kortere tijd bereikt.
De reactie tussen stikstof en waterstof geeft een evenwichtsreactie.
Ammoniak wordt (door afkoelen) verwijderd.
Overgebleven stikstof en waterstof worden opnieuw in de reactor gevoerd en leveren
dan weer ammoniak.
12.31
Argon wordt niet geproduceerd, maar meegevoerd met de gebruikte stikstof. Door de
recirculatie wordt de concentratie argon steeds hoger. Argon moet dan afgevoerd worden;
het kan elders nuttig gebruikt worden.
12.32
a
b
c
d
e
H is, afgezien van kleine verontreinigingen, dezelfde stof:natriumchloride.
Pekel is een oplossing van natriumchloride in water.
Bij de pekelmethode wordt gebruik gemaakt van de oplosbaarheid van zout in water.
Zeezout wordt gewonnen door zeewater in een bekken te laten stromen en dan een
deel van het water te laten verdampen.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.33
a
b
54
Pekel kan niet bederven. Het bevat geen voedingsstoffen voor micro-organismen. Zout
wordt zelfs gebruikt om producten te conserveren.
Een grote voorraad vraagt om veel opslagruimte.
De grondstof kan onbruikbaar worden door bederf of ongewenste reacties met
bijvoorbeeld zuurstof uit de lucht.
Om een grote voorraad aan te leggen, moet je veel geld investeren.
12.34
a
b
12.35
Kwik is erg giftig en het verdampt makkelijk. Er bestaat een risico dat fabrieksmedewerkers
te veel kwik inademen. Bovendien kan er kwik in het milieu terechtkomen.
12.36
a
b
12.37
a
b
c
d
e
f
Natronloog is een oplossing van natriumhydroxide in water.
Natriumamalgaam is een legering van natrium en kwik.
Er is in BINAS tabel 45 A geen ionsoort te vinden die wél met chloride-ionen maar niet
met hydroxide-ionen een slecht oplosbaar zout vormt. Je kunt de chloride-ionen dus niet
makkelijk selectief verwijderen.
Bij de membraanmethode is de elektrolysecel in twee compartimenten gescheiden door
een membraan. Dit membraan laat alleen positieve ionen door. Aan de ene kant komt
(zuiver) water binnen. Tijdens de elektrolyse ontstaat aan deze kant OH ; door het
membraan komen Na+ ionen uit de pekel, zodat de negatieve lading wordt
geneutraliseerd. Na enige tijd zijn er dus evenveel Na+ als OH ionen in het water
aanwezig, zodat natronloog is ontstaan.
Cl ionen kunnen niet door het membraan, zodat deze de natronloog niet vervuilen.
3 H2 + N2  2 NH3
Waterstof en stikstof reageren in de molverhouding 3 : 1.
3,000 mol waterstof heeft een massa van 3,000 mol • 2,016 g mol1 = 6,048 g
1,000 mol stikstof heeft een massa van 28,02 g.
De massaverhouding is dus 6,048 g : 28,02 g = 1,000 : 4,633.
De dichtheid van waterstofgas bij standaardomstandigheden is 0,090 kg m3.
m    V  m = 0,090 kg m3 • 1,0 m3 = 0,090 kg = 90 g (2 significante cijfers).
Gebruik de massaverhouding uit vraag c.
1,000 g waterstof reageert met 4,633 g stikstof.
90 g waterstof reageert dus met 90 • 4,633 g = 4,17 • 102 g = 4,2 • 102 g stikstof.
Er reageert 4,17 • 102 g stikstof met 90 g waterstof.
Er ontstaat maximaal 4,17 • 102 g + 90 g = 5,07 • 102 g ammoniak .
Het rendement van de reactie is 30%.
Er ontstaat dus 0,30 • 5,07 • 102 g = 1,52 • 102 g = 1,5 • 102 g ammoniak.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
55
12.38
gas
naf ta
aardolie
destillatie
kerosine
etheen
kraken
lichte gasolie
zware gasolie
12.39
a
b
c
d
e
f
12.40
a
b
c
andere
koolwaterstoff en
Met een pijplijn is constante aanvoer van grote hoeveelheden mogelijk.
In BINAS tabel 45 B vind je de oplosbaarheid van natriumchloride in water bij 298 K.
Deze is 6,15 mol per kg water, dat is 359 g per kg water.
Opmerking: De eenheid is hier niet mol/L. Hier is gegeven hoeveel gram (zout, in dit
geval) in 1,00 kg (1,00 L) water kan oplossen. Hierdoor verandert het volume.
In BINAS tabel 45 B vind je dat maximaal 359 g zout in 1,00 kg water kan oplossen.
Het massapercentage is dus: (359 g / 1359 g) • 100% = 26,4 %
Voordeel: Het zout lost sneller op.
Nadeel: De corrosie van ijzeren buizen wordt versneld. Bovendien vraagt het werken
met stoffen met een hogere temperatuur extra veiligheidsvoorzieningen.
Het zout zou kunnen kristalliseren waardoor buizen verstopt raken.
Met meer water duurt het indampen langer.
Je kunt deze ionen met andere ionen laten neerslaan.
Calcium- en magnesiumionen kun je laten neerslaan door een oplossing van
natriumcarbonaat toe te voegen. Er ontstaat dan een neerslag van slecht oplosbaar
calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat (dit laatste zout is matig oplosbaar).
De sulfaationen kun je verwijderen door een bariumchlorideoplossing toe te voegen.
Bariumsulfaat slaat dan neer.
Van de chloride- en natriumionen die je hebt toegevoegd heb je geen last, omdat die
toch al in grote hoeveelheden aanwezig zijn.
Daarna moet je filtreren om de slecht oplosbare zouten te verwijderen.
Ook van slecht oplosbare zouten lost wel een klein beetje op, zodat ‘vreemde’ ionen
niet volledig verwijderd worden.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.41
56
natriumcarbonaatoplossing
bariumchlorideoplossing
water
steenzout
ruwe pekel
extractie
neerslaan
magnesiumcarbonaat
calciumcarbonaat
f iltratie
bariumsulf aat
schone pekel
pekel
12.42
water
stoom
elektriciteitscentrale
waterdamp
indampen
natriumchloride
12.43
a
b
2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH–
2 Cl  Cl2 + 2 e
2 H2O + 2 Cl  H2 + 2 OH– + Cl2
12.44
Methode
Kwik1)
Producten
natriumamalgaam (wordt gescheiden in natrium en kwik)
chloor
membraan
natronloog
chloor
waterstof
diafragma
natronloog (beetje vervuild met natriumchloride)
chloor
waterstof
1) Wordt in Nederland niet meer toegepast.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.45
a
57
pekel
natronloog
elektroly se
waterstof
b
c
d
Waterstof kan worden gebruikt bij de vetharding. Het kan ook als grondstof dienen bij
het verzadigen van onverzadigde koolwaterstoffen.
Onverzadigde oliën, vetten en koolwaterstoffen.
Afhankelijk van je antwoord bij a en b kan het blokschema er als volgt uitzien:
H
12.46
a
H H
H
C C + Cl Cl
H
Cl Cl
C2H4Cl2
c
[C H Cl]  [HCl ]
K  2 3
[C 2H 4 Cl 2 ]
e
f
g
H C C H
H
b
d
chloor
C2H3Cl + HCl
Het waterstofchloride lost op in het water. Hierbij ontstaat zoutzuur. Omdat het
waterstofchloride op deze manier wordt weggenomen, verschuift het evenwicht naar de
kant van vinylchloride (en waterstofchloride).
C2H4 + Cl2  C2H3Cl + HCl
Voor 1 mol vinylchloride is 1 mol chloor nodig.
Analyse
Uit 2 mol keukenzout ontstaat 1 mol chloor en dat geeft 1 mol vinylchloride
Je moet 1,00 ton vinylchloride maken. Je hebt twee keer zo veel mol keukenzout nodig.
De molaire massa van keukenzout is wat kleiner dan die van vinylchloride.
Je zult dus iets minder dan twee ton keukenzout moeten ontleden.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
58
Plan
De molaire massa van vinylchloride berekenen.
Uitrekenen hoeveel mol vinylchloride met 1,00 ton overeenkomt.
Uitrekenen hoeveel mol keukenzout er ontleed moet worden.
Met de molaire massa berekenen hoeveel kilogram keukenzout nodig is.
Uitvoering
De massa van een mol vinylchloride = 2 • 12,01 g + 3 • 1,008 g + 1 • 35,45 g = 62,49 g.
In 1,00 ton zit 1,00 • 106 g / 62,49 g mol1 = 1,600 • 104 mol vinylchloride.
Er moet dus 2 • 1,600 • 104 mol = 3,200 • 104 mol keukenzout ontleed worden. .
De molaire massa van keukenzout is 58,44 g mol1.
3,200 • 104 mol keukenzout komt overeen met 3,200 • 104 mol • 58,44 g mol1 =
1,870 • 106 g = 1,87 • 103 kg keukenzout.
Controle
Antwoord klopt met de schatting, het aantal significante cijfers en de eenheid is goed.
12.47
zoutzuur
etheen
v iny lchloride
poly merisatie
chloor
water
PVC
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.48
59
Het schema kan er als volgt uitzien:
water
Na2CO3 oplossing
BaCl 2 oplossing
extractie
steenzout
neerslaan
waterdamp
ruwe
pekel
schone
pekel
onv erzadigde oliën
v etten
stoom
f iltratie
indampen
MgCO 3
CaCO3
BaSO 4
natriumchloride
v etharding
water
natronloog
elektroly se
v erzadigde
v etten
elektriciteitscentrale
waterstof
chloor
water
hy conproces
etheen
andere
koolwaterstoff en
poly merisatie
etheen
v iny lchloride
gas
destillatie
aardolie
12.49
naf ta
kerosine
lichte +
zware gasolie
a
b
c
d
e
etheen
zoutzuur
kraken
andere
koolwaterstoff en
De massa van de chlooratomen in één mol vinylchloride is 35,45 g.
De massa van één mol vinylchloride is 2 • 12,01 g + 3 • 1,008 g + 1 • 35,45 g = 62,49 g.
Het massapercentage chloor is (35,45 g / 62,49 g) • 100% = 56,729% = 56,73%.
1,00 ton vinylchloride bestaat voor 56,729 massa% uit chloor.
Dit komt overeen met 0,56729 • 1,00 • 106 g = 5,673 • 105 g chloor.
De molaire massa van keukenzout is 58,44 g mol1.
Het massapercentage chloor in keukenzout is (35,45 g /58,44 g) • 100% = 60,66%.
Je hebt 5,673 • 105 g chloor nodig voor het vinylchloride maar je verliest de helft van de
chlooratomen in de vorm van zoutzuur.
Je hebt dus in totaal 2 • 5,673 • 105 = 1,135 • 106 g chloor nodig.
Deze hoeveelheid vormt 60,66% van het keukenzout.
1,135 • 106 g / 0,6066 = 1,870 • 106 g = 1,87 • 103 kg keukenzout.
Het antwoord is hetzelfde; je bepaalt zelf welke methode je het handigst vindt.
PVC
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.50
a
Als je de kant met het chlooratoom als de kop van het molecuul ziet, is de andere kant
de staart. De moleculen zijn dan steeds kop aan staart gekoppeld.
H
b
60
n
H
~ C C C C C C~
C C
H
H H H H H H
Cl
H Cl H Cl H Cl
H H H H H H
c
~ C C C C C C~
H Cl Cl H H Cl
12.51
a
b
c
1,0 picogram (pg) = 1,0 • 10–12 g (BINAS tabel 2).
Niet alle PCDD’s zijn even giftig. Deze ADI geldt voor de giftigste: 2,3,7,8-TCDD.
De massa van een mol 2,3,7,8-TCDD, C12H2O2Cl4, bedraagt
12 • 12,01 g + 2 • 1,008 g +2 • 16,00 g + 4 • 35,45 g = 319,9 g
0,0062 • 10–12 g komt overeen met 0,0062 • 10–12 g / 319,9 g mol–1 = 1,94 • 10–17 mol.
1,0 mol bevat 6,02 • 1023 moleculen 
Er zijn 1,94 • 10–17 • 6,02 • 1023 = 1,2 • 107 moleculen.
12.4 Duurzame ontwikkeling
12.53
a
b
De betekenis van duurzaam is: langdurend, weinig aan slijtage of bederf onderhevig.
Mogelijke antwoorden: Duurzame ontwikkeling is ontwikkeling die steeds maar door kan
gaan. Er worden grondstoffen gebruikt die niet opraken. Bovendien brengen de
gebruikte processen weinig schade toe aan ons leefmilieu, zodat de ontwikkeling niet
ten koste gaat van de generaties na ons.
12.54
a
b
c
Deze grondstoffen raken sneller op dan dat ze in de aardkorst gevormd worden.
Voorbeelden van duurzame energiebronnen: zon, wind, stromend water en biomassa.
Nee, voor kernenergie heb je de grondstof uranium nodig. Deze grondstof kan opraken.
12.55
a
Als het milieu ernstige schade oploopt door een productieproces, kunnen dieren en
planten (uit)sterven. In de wet is vastgelegd hoe milieubelastend processen mogen zijn.
Als er geen delfstoffen meer zijn, zijn bepaalde grondstoffen er ook niet meer. Hierdoor
zijn bepaalde productieprocessen niet meer mogelijk.
b
12.56
a
b
c
De wet van elementbehoud (behoud van atoomsoort) ligt ten grondslag aan het
recyclen van stoffen. Er zijn twee manieren van recyclen:
- Via scheidingsprocessen worden mengsels gescheiden; de verkregen stoffen worden
hergebruikt.
- Via chemische reacties worden stoffen omgezet in de oorspronkelijke beginstoffen;
deze worden opnieuw omgezet in de gewenste stoffen.
Voorbeelden van producten uit gerecyclede grondstoffen zijn schrijfblokken, glazen
flessen en plastic tasjes.
Het overgrote deel van de te recyclen producten bestaat uit mengsels. Vaak zijn er
kleurstoffen, weekmakers en andere stoffen in het product verwerkt. Het is niet altijd
mogelijk om deze mengsels te scheiden tot zuivere stoffen. Onzuivere grondstoffen
geven producten die minder van kwaliteit zijn.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.57
a
b
61
Planten en bomen kunnen steeds worden aangeplant en geoogst. Tijdens de groei
nemen planten en bomen koolstofdioxide uit de atmosfeer op. Bij verbranding van
producten uit agrogrondstoffen komt koolstofdioxide in de atmosfeer terecht. Deze
koolstofdioxide draagt dus niet bij aan versterking van het broeikaseffect.
Voorbeelden zijn: hout voor de papierindustrie, stro voor de productie van karton en
hennep voor de productie van touw.
12.58
Groen staat voor ‘natuurlijk’ en dat is hier dus ‘goed’. ‘Groene’ grondstoffen zijn grondstoffen
die beter zijn voor ons milieu. Duurzame grondstoffen tasten het milieu niet aan en zijn
daardoor dus milieuvriendelijk.
12.59
Uitputting van grondstoffen kan voorkomen worden door:
– grondstoffen spaarzaam te gebruiken;
– grondstoffen uit voorraden te gebruiken die weer kunnen worden aangevuld;
– stoffen te recyclen.
12.60
a
b
c
d
12.61
a
b
c
d
e
f
g
h
i
Degene die het afval produceert, draait ook voor de kosten van de afvalverwerking op.
Niet alle productieprocessen kunnen volledig afvalvrij worden uitgevoerd. In veel
gevallen kan het afval bij een ander proces als grondstof worden ingezet. Helaas is dit
vaak duurder dan de ‘ouderwetse’ (minder duurzame) manier van afvalverwerking,
zodat men toch vaak voor deze laatste manier kiest. De overheid kan met subsidies het
duurzaam verwerken van afval stimuleren.
Het geld dat via deze belastingen binnenkomt, wordt gebruikt voor het ophalen en
verwerken van huisvuil en het zuiveren van het rioolwater.
Nee, dit is in de regel niet het geval; iedereen betaalt namelijk evenveel.
(In sommige gemeentes worden wel experimenten uitgevoerd met het betalen per
kilogram afval. Op de vuilnisauto wordt dan gemeten hoeveel afval elk gezin in de
container heeft zitten.
Voor afval dat apart wordt opgehaald, wordt in een aantal gemeentes apart betaald.
Voor apparaten die speciaal moeten worden behandeld, geldt een zogenoemde
verwijderingsbijdrage. Deze betaal je bij aanschaf, in de winkel.)
Biomassa is een stof die door levende organismen is geproduceerd.
Voor de productie van biomassa hebben planten zonne-energie gebruikt.
Biobrandstof is een duurzame energiebron die niet opraakt. Bovendien wordt er bij de
verbranding van deze brandstof evenveel koolstofdioxide in de atmosfeer gebracht als
er uit verwijderd is. Waterstof geeft uitsluitend water als verbrandingsproduct.
Er komen dan minder schadelijke uitlaatgassen in het milieu, het vermindert het
fileprobleem en het gaat vaak sneller omdat het transport niet in een file komt.
Daarnaast is er minder kans op ongelukken waarbij gevaarlijke stoffen in het milieu
terechtkomen.
Hoogwaardig gebruikswater is water dat een hoge zuiverheid heeft.
Laagwaardig gebruikswater kan van een mindere kwaliteit zijn.
Hoogwaardig gebruikswater gebruik je bijvoorbeeld om te drinken of om te koken.
Laagwaardig gebruikswater gebruik je bijvoorbeeld om het toilet door te spoelen of om
de auto te wassen.
Dit is groenteteelt waarbij de condities voor de groei zorgvuldig in de hand worden
gehouden (vaak met de computer), zodat minder kunstmest en insecticiden nodig zijn.
De dieren die het vlees leveren, zorgen voor vervuiling door mestproductie (ammoniak).
Bovendien bevat hun voedsel vaak milieuverontreinigende stoffen (zouten van zware
metalen).
Deze materialen zijn zeer sterk en gaan daardoor langer mee.
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.63
a
b
c
d
e
62
Depolymerisatie is een proces waarbij de polymeren in het tapijt worden afgebroken,
uiteindelijk tot monomeren.
Nylon-6 kan ontstaan uit caprolactam of 6-aminohexaanzuur. Beide grondstoffen
bestaan uit een keten van zes koolstofatomen.
Het recyclen heeft de volgende voordelen:
- Je hoeft geen nieuwe grondstoffen te gebruiken.
- Je hebt geen last van de zure reststroom.
– Het energiegebruik is veel lager.
Er zitten ook veel andere stoffen in het tapijt, zoals krijt en lijm. Wanneer deze stoffen
niet verwijderd worden raakt de ‘nieuwe’ caprolactam vervuild.
Deze problemen kunnen worden opgelost met een nieuw type reactor.
Afsluiting
12.64
a
b
Voorbewerkingen in een fabriek zijn bijvoorbeeld: het vermalen van de grondstoffen,
mengen van grondstoffen, zuiveren van grondstoffen en het smelten van grondstoffen.
De reactieproducten moeten worden gescheiden van de grondstoffen en de
nevenproducten. Ook moeten de reactieproducten op de juiste temperatuur en druk
worden gebracht.
12.65
Bij een duurzaam proces wordt er:
- gebruik gemaakt van duurzame grondstoffen;
- zuinig omgegaan met energie die duurzaam verkregen is;
- weinig afval geproduceerd.
12.66
a
b
c
d
e
12.67
a
b
In de koeler condenseert koolteer, zodat die van de gassen gescheiden wordt.
De twee productstromen verschillen in oplosbaarheid in water: lichtgas is hydrofoob, de
andere stroom is hydrofiel.
De aanwezige vulling vergroot het oppervlak in de destillatie-eenheid, zodat er meer
gas condenseert. Hierdoor verloopt de destillatie beter.
(Meestal geeft een kruis in een blok aan dat er een katalysator in de reactor zit.)
De fractie die wordt afgetapt bovenin de kolom bevat stoffen met lage kookpunten.
Omdat deze stoffen ook een lage molecuulmassa hebben, wordt deze fractie de ‘lichte
fractie’ genoemd.
De fractie die bovenin de tweede kolom wordt afgetapt, heeft een middelhoog kookpunt
en wordt de ‘middelfractie’ genoemd.
De fractie die in de tweede kolom onderin afgetapt wordt, bestaat uit stoffen met een
hoog kookpunt en hoge molecuulmassa’s en wordt daarom de ‘zware fractie’ genoemd.
Dit proces noem je kraken.
Titaan(IV)oxide (niet titaandioxide want de stof is een zout).
Er zijn 7 TiO32 -ionen, totale lading 14. De zes ijzerionen moeten samen een lading
hebben van 14+. Dit betekent dat er een even aantal Fe3+ ionen moet zijn.
Aantal Fe3+ ionen
4 (12+)
2 (6+)
c
d
Aantal Fe2+ ionen
1 (2+)
4 (8+)
Er is slechts één mogelijkheid om met zes ionen een lading van 14+ te krijgen, namelijk
met 4 Fe2+ ionen en 2 Fe 3+ ionen.
De verhouding tussen de ijzer(II)- en de ijzer(III)ionen is dus 2 : 1.
TiO32– + 4 H+ → TiO2+ + 2 H2O
2 Fe3+ + Fe  3 Fe2+
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
63
e
H2 O
Fe2+, H+
TiO2
reactor 3
TiO2+, SO42–
Fe2+, H+
SO42–, H2O
f
g
h
i
Als er natriumhydroxide wordt toegevoegd, treedt er een zuur-basereactie op: de
H+ ionen reageren met de OH ionen tot H2O. Je haalt dus H+ uit het evenwicht weg
waardoor dit naar rechts aflopend wordt. Er ontstaat dan veel titaan(IV)oxide.
Er zijn ijzer(II)ionen in de oplossing, dus kan het slecht oplosbare Fe(OH) 2 ontstaan.
Het oppervlaktewater dreigde kennelijk te zuur te worden; met lozingen in de Noordzee
wordt het zwavelzuur sterker verdund.
Bovendien is er bij een lozing op zee minder ‘directe’ overlast.
Als je ook de productie van zwavelzuur en ijzer in het blokschema verwerkt, ziet dat er
als volgt uit:
H 2SO4
O2
H2O
SO 2
Fe2+, H2O
Fe2+, H2O
H+, SO42–
H+, SO 42–
FeSO4
FeO
H2O
H+, SO 42–,
H 2O
ontleding
Fe
j
Er wordt niet alleen titaan(IV)oxide geproduceerd, maar ook ijzer, zwaveldioxide en
zuurstof. die kunnen worden ingezet bij andere processen. Er wordt dus minder afval
geproduceerd, waardoor het proces duurzamer is geworden.
O2
Curie havo 2 • Antwoorden Hoofdstuk 12
12.68
a
b
c
d
e
f
g
64
Toevoegen van natronloog levert een neerslag op van magnesiumhydroxide en –
afhankelijk van de concentratie Ca2+ - calciumhydroxide.
Toevoegen van natriumsulfaat geeft een neerslag van bariumsulfaat, en mogelijk ook
van calciumsulfaat.
Als de concentratie van de natriumionen in de natronloog en de natriumsulfaatoplossing
lager is dan in de keukenzoutoplossing, wordt er meer water toegevoegd, waardoor de
concentratie van de natriumionen daalt.
In de oplossing zijn als mogelijke oxidatoren water en natriumionen aanwezig.
Ook bij elektrolyse reageert de sterkste oxidator. Dat is water.
2 Cl– → Cl2 + 2 e–
2 H2O + 2 e–  H2 + 2 OH–
In de reactor treedt de volgende reactie op:
H2 + Cl2  2 HCl
In aanwezigheid van waterdamp ontstaat een sterk zure nevel (H + + Cl–).
IJzer, een onedel metaal, kan hiermee reageren:
2 H+ + Fe → H2 + Fe2+.
Daarom moet het ijzer (staal) worden afgedekt.
Na+
OH–
Mg 2+, Ca2+
Na+
SO 42–
Mg(OH) 2
Ba2+, Na+, Cl–
Ba 2+(Ca2+)
BaSO 4
Na+ Cl–
(CaSO4)
(Ca2+), Na+, Cl–
f ilter
(Ca(OH)2)
Ba2+, Na+, Cl–
f ilter
BaSO 4
(CaSO 4)
Mg(OH) 2
(Ca(OH)2)
membraan
H2 + OH–, Na+, Cl–
(Ca2+)
elektroly se
Na+, Cl–
H2
Cl2
Na+
OH–
Cl2
HCl
12.69
h
De volgende reactie treedt op: Cl2 + 2 I– → 2 Cl– + I2.
Het gevormde jood geeft een geelbruine kleur aan de oplossing: I2(aq).
a
Een hoog atoomgebruik leidt tot een grote hoeveelheid gewenst product. Dan is er
weinig bijproduct; de E-factor is dan laag.
Het atoomgebruik is 3 • 2,016 / (28,01 + 3 • 2,016) = 0,1775.
De E-factor is 28.01/6,048 = 4,631.
Het bijproduct koolstofmono-oxide kan als brandstof worden gebruikt. Daarbij ontstaat
het vrij onschuldige koolstofdioxide.
b
c
d
versie 2007