Chemie 7e ed - Hoofdstuk 14 - Grootschalige productie oefentoetsen & antwoorden

Alle afval dat in de industrie ontstaat wordt gebruikt  in (het produceren van) nieuwe producten.Percentage van de opbrengst die theoretisch mogelijk is. Hierbij gaat het om een chemische reactie waarbij alleen wordt gekeken naar het gewenste product dat ontstaat en niet de bijproducten (het afval). Een maat om de efficiëntie van het gebruik van grondstoffen te bepalen in procenten. Hierbij gaat het om een chemische reactie waarbij alleen wordt gekeken naar het gewenste product dat ontstaat en niet de bijproducten (het afval). Een maat om te bepalen hoe duurzaam een synthese is. Hierbij gaat het om een chemische reactie waarbij alleen wordt gekeken naar het gewenste product dat ontstaat en niet de bijproducten (het afval). Een proces waarbij uit stoffen uit aardolie aromaten en waterstof ontstaan.Een proces is CO2-neutraal wanneer het niet bijdraagt aan klimaatverandering.Een mengsel van verschillende atomen of moleculen met dezelfde fase.Een mengsel van verschillende atomen of moleculen met een verschillende fase. Veel reacties zijn evenwichtsreacties, waardoor er geen volledige omzetting van de beginstoffen is. Ook zal bij de zuivering van het product verlies van het product optreden. Als alle atomen van de beginstoffen voorkomen in de moleculen van het gewenste reactieproduct. Vaak kun je dit herkennen aan een reactievergelijking waarbij maar één reactieproduct ontstaat. Hoe groter de e-factor, hoe meer afval er is ontstaan. Een lage e-factor hoort bij een reactie met weinig bijproducten en een hoog rendement. Vandaar dat een lage e-factor wenselijk is in het kader van de groene chemie. Batchprocessen worden vaak gebruikt voor de fijnchemie (o.a. de productie van medicijnen) en een kenmerk daarvan is dat er in een reactor een chemische reactie plaatsvindt om het gewenste product te produceren. Als dit is ontstaan, wordt de gehele reactor leeggemaakt en schoongemaakt en wordt het product gezuiverd. Doordat de reactor geen continue toevoer van chemicaliën heeft en een continue afvoer van reactieproducten, is het lastig te automatiseren. Dit maakt het duurder. Extraheren met water is hierbij de beste scheidingsmethode. Stikstof en waterstof zijn namelijk apolaire stoffen die niet goed oplossen in water. Ammoniak is wel polair en door de vorming van waterstofbruggen goed oplosbaar in water. Door het mengsel van water en ammoniak vervolgens te scheiden met destilleren, blijft er zuiver ammoniak over. Van links naar rechts:Warmtewisselaar, reactor met katalysator, compressor.Tip: Deze symbolen met hun betekenis staan ook in BINAS Tabel 38B1. Voor het behouden van snelheid tijdens de toets is het echter wel handig dit uit je hoofd te leren. Daarnaast is het natuurlijk ook handig om uit te zoeken waarvoor deze onderdelen worden gebruikt in een chemisch proces. In methode I wordt aan een opgelost zout titaanzuur toegevoegd, vervolgens gefiltreerd en geregenereerd. Omdat er geen continue toevoer van chemicaliën en continue afvoer van producten is, wordt dit gezien als batchproces. Principe van de groene chemie: Katalyse (nummer 9)Argument: Titaanzuur treedt in deze methode op als katalysator, omdat deze stof netto gezien niet is gewijzigd gedurende de reactie.Principe van de groene chemie: Ontwerpen met het oog op afbraak (nummer 10)Argument: Er is te zien dat de producten van de eerste reactie gelijk doorreageren met Li2TiO3 en daardoor niet kunnen ophopen in het milieu. De producten van de tweede reactie zijn titaanzuur dat weer opnieuw gebruikt kan worden en lithiumchloride, een stof die niet per se slecht is voor het milieu en weer wordt gebruikt in de elektrolyse om lithium te verkrijgen. Tip: Bij dit soort vragen is het van belang om in je argument concrete aspecten te noemen uit de beschreven methode waaruit blijkt dat het wel/niet voldoet aan een principe van de groene chemie. Houdt je antwoord dus niet te vaag!$\rm atoomeconomie = \frac{massa \, gewenste \, product}{massa \, beginstoffen} \times 100 \% = \frac{(2 \times 6.941 + 47.87 + 3 \times 16.00)}{(2 \times 1.008 + 47.87 + 3 \times 16.00 + 2 \cdot 6.941)} \times 100 \% = 98.1 \%$ Er is hier sprake van een evenwichtsreactie, dus een deel van de producten die ontstaan, zullen weer terugreageren naar de beginstoffen. Het rendement is een maat voor hoeveel % van de beginstoffen wordt omgezet tot producten. Deze is 100% als alle beginstoffen zijn omgezet. Dit lukt dus niet met een evenwichtsreactie.Het oplossen is een endotherm proces. Dat gaat dus om de reactie die naar rechts verloopt. Wanneer de temperatuur wordt verhoogd, komt de reactie naar rechts in het voordeel, omdat de endotherme reactie dan goed kan verlopen. Het rendement kan dus verhoogd worden door de temperatuur van het reactiemengsel te verhogen. 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)$\rm Atoomeconomie = \frac{massa \ gewenste \ stoffen}{massa \ beginstoffen} \times 100\%$ = $\frac{180.16}{6.44.01 + 6.18.02} \times 100\%=48.4\%$In het eindproduct zit een gasmengsel van koolstofmono-oxide en waterstofgas. Stoom en de katalysator zouden hier eventueel ook doorheen gemengd kunnen zitten en moeten eruit gezuiverd worden. Door eerst te  koelen, zal het stoom snel condenseren en zijn zowel de stoom als de katalysator in de vloeibare fase. Vervolgens zou het gasmengsel kunnen worden opgevangen in een gaswasfles.De koolstofmono-oxide die ontstaat wordt omgezet tot andere, meer bruikbare, koolwaterstoffen. De brandstof die uit vergisting wordt verkregen, wordt door middel van fotosynthese opgebouwd. Bij fotosynthese wordt CO2 uit de lucht gehaald om de benodigde koolhydraten te vormen. Bij het verbranden van de brandstof komt diezelfde hoeveelheid CO2 weer vrij. Omdat er netto geen verandering is van de hoeveelheid CO2 in de lucht, wordt dit proces CO2-neutraal genoemd.C6H12O6 (s) → 2 C2H6O (l) + 2 CO2 (g)$\rm Atoomeconomie = \frac{massa \ gewenste \ stoffen}{massa \ beginstoffen} \times 100\%$ = $\frac{2.46.0688}{180.16} \times 100\%=51.1\%$Tussen beide methodes is een verschil te zien in principe 2, wat gaat over de atoomeconomie. Bij methode I is een lagere atoomeconomie dan bij methode II. Een hogere atoomeconomie is gunstiger, omdat er daarbij minder afval ontstaat.Bij methode II is ook een verschil te zien in principe 7, waarbij hernieuwbare grondstoffen gebruikt moeten worden. De hernieuwbare grondstof die hierbij wordt gebruikt is de biomassa die door fotosynthese wordt geproduceerd. Bij methode I is onduidelijk hoe de koolwaterstoffen worden geproduceerd die aan het begin zonder zuurstof worden verbrand.Op basis van deze twee argumenten is te zeggen dat methode II volgens de principes van de groene chemie een duurzamere methode is.