Uitwerkingen van de vragen en opdrachten van

NG NT 2 Havo hfst 10
Uitwerkingen van de vragen en opdrachten van hoofdstuk 10
Paragraaf 10.2
Vragen en opdrachten
A2
a
b
c
Een aardoliefractie is een fractie die wordt afgetapt uit een destillatiekolom
omdat het een mengsel van stoffen is
nafta
grondstof voor het maken van benzine
kerosine
vliegtuigbrandstof
licht gasolie
brandstof dieselmotoren
zware gasolie
smeermiddel
residu
teerproducten
B3
a
Tijdens de destillatie vinden twee fase-overgangen plaats: in het destillatievat
kookt het vloeistofmengsel. Hiervoor is energie nodig. In de koeler condenseren
de verschillende fracties. Hierbij komt warmte vrij.
De vrijgekomen warmte kan teruggevoerd worden naar het destillatievat om de
vloeistof te verwarmen.
In principe komt er tijdens de condensatie evenveel warmte vrij als nodig is voor
het koken. Maar er treedt warmteverlies op in de destilatiekolommen, zodat niet
alle toegevoerde energie kan worden teruggewonnen.
b
c
B4
a
b
C10H22 → C7H14 + C3H8
C10H22 → C6H12 + C4H10
B5
a
Zie BINAS tabel 40B:
kookpunt methaan is 112 K
kookpunt etheen is 169 K
kookpunt propeen is 226 K
De drie stoffen zijn alle drie gassen. De kookpunten liggen vrij ver uit elkaar. Ze
kunnen dus gescheiden worden door ze af te koelen, waarbij achtereenvolgens
methaan, etheen en propeen als vloeistof wordt afgetapt.
b
B6
a
5.105 ton etheen komt uit 2.106 ton nafta.
In 100 ton aardolie zit 19 ton nafta.
Hiermee kunnen we uitrekenen in hoeveel aardolie 2.106 ton nafta zit.
ton aardolie
ton nafta
100
19
x
2.106
x = Error! = 1 · 107 aardolie
b
Olieraffinaderijen leveren de grondstof voor naftakrakers, die op hun beurt weer
grondstoffen leveren voor de kunststoffabrieken. Als deze industrieën dicht bij
elkaar staan, hoeven de stoffen niet over grote afstanden vervoerd te worden. Dat
voorkomt onnodige risico's en bovendien is het goedkoper.
NG NT 2 Havo hfst 10
B7
c
Ruwe aardolie wordt aangevoerd met zeetankers. Die kunnen niet in
Oost-Nederland komen. Dergelijke grote industrieën worden dus gebouwd in de
buurt van een zeehaven.
a
De aardolie wordt eerst gedestilleerd. Daarna wordt de naftafractie gekraakt. De
reactieproducten worden gescheiden en het reactieproduct etheen wordt
gepolymeriseerd. Hierbij ontstaat polyetheen.
b
B8
Cokes wordt uit steenkool gehaald.
B9
Fe2O3(s) + 3 C(s) 6 3 CO(g) + 2 Fe(s)
2 C(s) + O2(g) 6 2 CO(g)
B10
100 ton ruw ijzer bevat 5,0 ton C.
Na behandeling bevat 100 ton staal 0,5 ton C.
Uit 100 ton ruw ijzer is dus 5,0 - 0,5 = 4,5 ton C verwijderd.
Hiermee kunnen we berekenen hoeveel kg C uit 1 ton ruw ijzer is verwijderd.
ton ruw ijzer
100
1,0
ton koolstof
4,5
x
x = Error!= 4,5.10-2 ton C = 4,5.10-2 x 103 = 45 kg C
B11 a
1
2
3
4
5
6
Steenzout uit de bodem extraheren met water en de zoutoplossing naarboven
pompen.
De vaste bestanddelen verwijderen door filtratie.
De calcium- en magnesiumionen verwijderen met behulp van een
sodaoplossing. Beide ionsoorten slaan neer met carbonaationen.
De sulfaationen verwijderen met behulp van een bariumchloride-oplossing.
De sulfaationen slaan neer met bariumionen.
De neerslagen verwijderen door filtratie. In het filtraat zitten nu
voornamelijk nog natriumionen en chloride-ionen.
Het filtraat indampen. Er blijft NaCl over.
b
soda-oplossing
water
steenzout
extractie
steenzout
oplossing
filtratie
steenzout
oplossing
neerslagreactie +
filtratie
bariumchloride oplossing
steenzout
oplossing
neerslag- NaCl
reactie +
filtratie oplossing
in bodem
vaste bestandelen
CaCO3(s)
MgCO3(s)
BaSO4
Reacties in blok 3:
Ca2+(aq) + Mg2+(aq) + 2 CO32-(aq) → CaCO3(s) + MgCO3(s)
Reactie in blok 4:
H2O(g)
NaCl (s)
indampen
NG NT 2 Havo hfst 10
Ba2+(aq) + SO42-(aq) → BaSO4(s)
Reactie in blok 5:
Na+(aq) + Cl-(aq) → NaCl(s)
b
1
Schrijf de formules van de beginstoffen op.
natriumchloride-oplossing: Na+(aq) + Cl-(aq)
2
Som alle deeltjes op die bij elkaar in het elektrolysevat zitten.
Na+, Cl-, H2O
3
Ga aan de hand van tabel 48 voor elk deeltje na of het een OX, een RED of
misschien wel beide is. Soms kom je ook een combinatie tegen van deeltjes
die in het vat zitten.
OX
Na+
H2O
RED
ClH2O
4
Kies uit het rijtje oxidatoren de sterkste OX en uit het rijtje reductoren de
sterkste RED.
H2O is de sterkste OX en H2O is de sterkste RED. Maar je hebt geleerd dat
in een chloride-oplossing het Cl--ion reageert in plaats van H2O.
5
De OX, H2O, heeft elektronen nodig. Die komen uit de batterij via de
negatieve elektrode. Op die plek zal H2O dus reageren. De halfvergelijking
zoeken we op in BINAS tabel 48.
negatieve elektrode:
2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq)
De RED, Cl-, geeft elektronen af. Die worden via de positieve elektrode
weer terug naar de batterij gevoerd.
Cl- zal dus in de buurt van de positieve elektrode reageren. De
halfvergelijking zoeken we weer op in BINAS tabel 48.
positieve elektrode: 2 Cl-(aq)→ Cl2(g) + 2 e-
c
1
Eerst gaan we uitrekenen hoeveel mol 2,0.102 ton Cl2 is.
molmassa van Cl2 = 2 x 35,45 = 70,90 u
molaire massa van Cl2 = 70,90 g
mol
gram
1,000
70,90
x
2,0.102 x 106
x = Error!= 2,82 · 106 mol Cl2
2
Uit de elektrodereactie aan de positieve elektrode leiden we af dat de
molverhouding Cl- : Cl2 = 2 : 1
NG NT 2 Havo hfst 10
Dus 2 · 2,87· 106 = 5,64 · 106 mol Cl
3
De molverhouding Cl- : NaCl = 1 : 1
5,64.106 mol Cl- is dus afkomstig uit 5,64.106 mol NaCl.
$
Hoeveel ton is 5,64.106 mol NaCl?
molmassa NaCl = 22,99 + 35,45 = 58,44 u
molaire massa NaCl = 58,44 g
mol
gram
1,000
58,44
5,64.106
z
z = Error!= 3,3.108 g NaCl = 3,3.108 x 10-6 = 3,3.102 ton NaCl.
C12 a
N2(g)
N2(g) + H2(g) + NH3(g)
reactorvat +
katalysator
H2(g)
N2(g) + H2(g)
b
I
koelsysteem
NH3(l)
4 NH3(g) + 5 O2(g) 6 4 NO(g) + 6 H2O(l)
2 NO(g) + O2(g) _ 2 NO2(g)
3 NO2(g) + H2O(l) 6 2 H+(aq) + 2 NO3-(aq) + NO(g)
II
III
c
NO + O2
NH3
NO+H2O
I
O2
NO2+ NO
II
O2 + H2O
scheiding
H2O
NO2 + H2O
III
H+(aq) +NO3-(aq)
b
C13 a
In blok A
berust op het v
In blok B wordt de oplossing van olie in hexaan gescheiden van het restant van de
NG NT 2 Havo hfst 10
c
d
C14 a
b
c
d
zaden. Dat gebeurt door filtratie. Deze scheidingsmethode berust op het verschil
in deeltjesgrootte van de zaadresten en de oplossing.
In blok D worden olie en hexaan van elkaar gescheiden door destillatie. Deze
scheidingsmethode berust op het verschil in kookpunt van olie en hexaan.
De letter C stelt de zaadresten voor die als residu achterblijven na de filtratie in
blok B.
De letter E stelt hexaan voor dat na de destillatie in blok D wordt teruggevoerd
naar blok A waar het weer dienst doet als extractiemiddel voor de olie.
In reactor 1 zijn de oxyden van zink en van zwavel ontstaan. Het zinkerts heeft
dus gereageerd met O2.
De beginstoffen gaan reactor 2 in. Dat zijn ZnO en 2H+(aq) + SO42-(aq).
De reactieproducten worden uit reactor 2 gevoerd: Zn2+(aq) + SO42-(aq).
ZnO heeft dus gereageerd met 2 H+(aq). O2- is een sterke base. De reactie is dus
een zuur-basereactie.
ZnO(s) + 2 H+(aq) 6 H2O(l) + Zn2+(aq)
In reactor 3 worden de volgende deeltjes naar binnen geleid: Zn2+(aq), SO42-(aq),
Cd2+(aq) en X.
De volgende deeltjes komen naar buiten: Zn2+(aq), SO42-(aq) en Cd.
Cd2+ heeft dus gereageerd met X onder vorming van Cd en Zn2+ of SO42-.
X is een RED. Dat kan dus alleen maar Zn zijn. Er is geen RED waar uitsluitend
SO42- uit ontstaat.
Per liter oplossing reageert in reactor 4 aan de negatieve elektrode 2,30 - 0,55 =
1,75 mol Zn2+.
Molverhouding Zn2+ : Zn = 1 : 1
Per liter oplossing ontstaat dus 1,75 mol Zn.
Per uur wordt 250 m3 oplossing behandeld.
Daarbij ontstaat dus 250 x 103 x 1,75 = 4,38.105 mol Zn.
We gaan berekenen hoeveel kg dat is.
atoommassa van Zn = 65,38 u
molaire massa van Zn = 65,38 g
mol
gram
1,000
65,38
4,38.105
x
x = Error!= 2,86.107 g Zn = 2,86.107 x 10-3 = 2,86.104 kg Zn
e
f
In reactor 1 ontstaat SO2-gas. In reactor 3 ontstaat Cd. In reactor 4 ontstaat bij de
elektrolyse van de zinksulfaatoplossing aan de positieve elektrode O2 en H+.
SO2 is een verzurend gas. Bovendien is het schadelijk voor onze gezondheid. Dat
blijkt uit de gegevens in BINAS tabel 101.
Cd is een zwaar metaal. Schadelijk voor het milieu. Het kan worden ingebouwd in
de voedselketen en levert zo gevaar voor de volksgezondheid.
O2 en H+ zijn onschadelijk.
Paragraaf 10.3
NG NT 2 Havo hfst 10
Vragen en opdrachten
A16 a
CO2 en H2O
b
C , CO en onverbrande koolwaterstoffen
A17 a
b
N2 , O2,CO2 , methaan en ozon
CFK’s en N2O
B18 a
Een brandstof verbrandt onvolledig als er in verhouding tot de hoeveelheid
brandstof te weinig zuurstof aanwezig is.
Steenkool, stookolie en gasolie zijn de grootste vervuilers die in BINAS tabel 99G
staan.
In verbrandingsmotoren is de temperatuur erg hoog en er is lucht aanwezig: een
mengsel van stikstof en zuurstof. Hieruit ontstaan onder die omstandigheden de
stikstofoxiden.
b
c
B19 a
b
aardgas:
benzine:
elektriciteit:
3325 x 3,0.107
=
1,0.1011 J
-3
10
1250 x 10 x 3,3.10 =
4,1.1010 J
6
5573 x 3,6.10
=
2,0.1010 J
totaal energieverbruik
1,6.1011 J
We weten dat 4,1.1010 J van het totale energieverbruik bestemd is voor de auto.
Daarmee kunnen we berekenen hoeveel J van elke 100 J energieverbruik bestemd
is voor de auto.
totaal energieverbruik (J)
100
1,6.1011
energieverbruik auto
x
4,1.1010
x = Error!= 26 J
Van elke 100 J energieverbruik is 26 J bestemd voor de auto. 26 procent van het
totale energieverbruik is dus bestemd voor de auto.
B20 a
b
S(s) + O2(g) → SO2(g)
1
Eerst berekenen we hoeveel zwavel in 1,0 ton stookolie zit.
ton stookolie
ton zwavel
x=
2
100
4
1,0
x
1
= 4,0 · 102 ton
0 · 4;100
Hoeveel mol is 4,0.10-2 ton S?
atoommassa S = 32,06 u
molaire massa S = 32,06 g
mol
gram
1,000
32,06
y
4,0.10-2 x 106
y = Error!= 1,2 · 103 mol
NG NT 2 Havo hfst 10
3
Hoeveel mol SO2 ontstaat uit 1,2.103 mol S?
molverhouding S : SO2 = 1 : 1
Er ontstaat dus 1,2.103 mol SO2
4
Hoeveel ton is 1,2.103 mol SO2
molmassa SO2 = 32,06 + 2 x 16,00 = 64,06 u
molaire massa SO2 = 64,06 g
mol
gram
1,000
64,06
1,2.103
z
z = Error!= 8,4 · 104 g
Er ontstaat per ton stookolie 8.104 x 10-6 = 8.10-2 ton SO2.
c
B21 a
b
c
d
e
De uitstoot aan SO2 kan verminderen door van tevoren de zwavel uit de stookolie
te halen of door rookgasontzwaveling.
Spaarlampen verbruiken per uur minder energie en ze gaan veel langer mee. Dat
laatste betekent minder grondstoffenverbruik en minder afval, dus minder
energieverbruik.
Diepvriesgroenten zijn verpakt: kost grondstof, geeft afval en kost dus energie. Ze
zijn ingevroren en moeten bevroren blijven zolang je ze niet gebruikt: kost
energie.
Verpakking kost grondstoffen en levert afval. Het produceren van verpakking kost
energie.
Een grote auto verbruikt per km veel meer brandstof, dus meer energie, dan een
kleine auto.
Het vliegtuig verbruikt meer brandstof, energie, dan de trein en is bovendien
milieuonvriendelijker.
Toename van het broeikaseffect leidt tot een gemiddeld hogere temperatuur.
Hierdoor verdampt er meer water uit de zeeën, er komt meer waterdamp in de
atmosfeer, het broeikaseffect wordt nog meer versterkt, waardoor er weer meer
water verdampt enzovoort.
B22
1
2
Bron van brandstoffen
Nadelen: er ontstaan bij verbranding verzurende oxyden;
er ontstaan bij verbranding broeikasgassen, waardoor het
broeikaseffect op aarde toeneemt;
de voorraad is eindig en zal ooit op raken.
Voordelen: er zijn grote hoeveelheden voorradig die gemakkelijk uit de
bodem te halen zijn;
landen met fossiele brandstoffen in de bodem zijn rijk, waardoor
de bevolking heel welvarend kan worden.
Bron van grondstoffen
Nadelen: verkrijgen en verwerken van grondstoffen kost energie: toename
broeikaseffect en verzuring.
NG NT 2 Havo hfst 10
Voordelen: door hergebruik van kunststofafval hoeven er niet voortdurend
nieuwe olievoorraden worden gebruikt, de oliereserve is minder
snel uitgeput;
uit het afval kan energie worden gewonnen (zie ook figuur 9.15).
Paragraaf 10.4
Vragen en opdrachten
A24 a
Omdat de fossiele brandstoffen eindig zijn en gebruik slecht is voor milieu
b
met duurzame energie wordt energie bedoelt uit een bron die nooit op raakt
c
zonne-energie, windenergie, water of biomassa
A25 zonlicht kan direct omgezet worden in elektriciteit of het kan gebruikt worden om water
of lucht te verwarmen.
A26 a
b
Biomassa is al het materiaal wat afkomstig is van bomen of planten
vergisten, verbranden,pyrolyse of vergassen
B27 a
b
2H2O → 2H2 + O2
Ja want er komen geen vervuilende producten bij vrij alleen maar water.
C28 a
Warm witgoed zijn wasmachines en wasdrogers die gebruik maken van warm
water of aardgas in plaats van elektriciteit.
In een elektriciteitscentrale worden fossiele brandstoffen verstookt om elektriciteit
te maken. Minder elektriciteit betekent minder fossiele brandstof nodig, dus
minder uitstoot van verzurende gassen en broeikasgassen.
ECN betekent: Energieonderzoek Centrum Nederland.
Een warmtewisselaar is een apparaat dat gebruikt wordt om warmte te
transporteren van een vloeistof met hogere temperatuur naar een vloeistof met
lagere temperatuur. De vloeistoffen komen daarbij niet direct met elkaar in
contact.
De gemiddelde reductie aan CO2 is bij deze machines circa 60 procent.
60 procent komt overeen met 300 kg CO2.
100 procent komt overeen met x kg CO2.
x = Error!= 500
b
c
d
e
f
Zonder besparing wordt er dus 500 kg CO2 per jaar uitgestoten door gezinnen met
een conventionele wasmachine en wasdroger.
De hott-fill wasmachine levert de kleinste energiebesparing en de minste reductie
aan CO2, NOx en SO2 op.