Chemie 7e ed - Hoofdstuk 8 - Energie en duurzaamheid oefentoetsen & antwoorden

Beginstoffen nemen energie op van de omgeving om de chemische reactie te laten starten. Vormen van energie die onder andere mogelijk zijn: licht, warmte en elektriciteit. Fracties uit aardolie die bestaan uit moleculen met lange koolstofketens worden omgezet in fracties die bestaan uit moleculen met kortere koolstofketens. Het product is altijd een mengsel van alkanen en alkenen.Warmte wordt omgezet in chemische energie.De energie die nodig is om een chemische reactie op gang te brengen.Voorbeelden van kenmerken zijn: Een katalysator versnelt een reactie zonder daarbij verbruikt te worden.Een katalysator staat niet in de reactievergelijking.Een katalysator kan ervoor zorgen dat een reactie ook bij lagere temperatuur met voldoende snelheid verloopt.Een katalysator verhoogt het aantal effectieve botsingen binnen een reactiemengsel, waardoor de reactiesnelheid wordt verhoogd.Een katalysator is selectief (alleen het gewenste product wordt gevormd).Boven een bepaalde temperatuur verandert de vorm van de enzymmoleculen, doordat o.a. de H-bruggen die de vorm bepalen worden gebroken. Daardoor werkt het enzym minder goed en bij nog hogere temperaturen helemaal niet meer. Een enzym werkt het beste op precies de temperatuur van het temperatuuroptimum.Tabel 35C4.De reactiewarmte van de vorming per mol stof uit de niet-ontleedbare stoffen.De voorraad fossiele brandstoffen neemt af én de verbranding van fossiele brandstoffen levert door het ontstane koolstofdioxide, CO2, een grotere bijdrage aan het versterkte broeikaseffect. KOH (s) → K+ (aq) + OH- (aq)Deze chemische reactie is een endotherm proces. Om kaliloog te laten oplossen, moet de binding tussen het K en OH verbroken worden, zodat K+ (aq) en OH- (aq) kunnen ontstaan. Voor het breken van een covalente binding is energie nodig en dat maakt dit proces endotherm.Tip: Er wordt hier duidelijk gevraagd om een uitleg op ‘microniveau’. Dat betekent dat je informatie moet geven over de atomen in het molecuul of het soort bindingen en wat er daarmee gebeurt.  Tip: De regel van Markovnikov houdt in dat bij de additie aan een alkeen het waterstofatoom zal binden aan het C-atoom dat al verbonden is met de meeste H-atomen. In dit geval wordt het molecuul water dus gesplitst in OH en H, waarbij het losse H-atoom verbonden wordt aan het buitenste C-atoom, omdat deze al verbonden is met 2 H-atomen (in tegenstelling tot het middelste C-atoom, dat verbonden is met 1 H-atoom).Bij deze reactie wordt eerst de C=C binding verbroken en de binding in het watermolecuul tussen H en OH. Het breken van de bindingen kost energie en een katalysator kan ervoor zorgen dat de activeringsenergie wordt verlaagd en de reactie daardoor versnelt.  De processen ‘vorming’ en ‘ontleding’ zijn tegenovergestelde processen. Bij de vorming wordt een stof namelijk gevormd uit de niet-ontleedbare stoffen en bij ontleden wordt een stof ontleed in de niet-ontleedbare stoffen. Vandaar dat een ‘min’ plaatsen voor de vormingswarmte inhoudt dat je te maken hebt met de ontledingswarmte.Het oplossen van de meeste stoffen in water is een endotherm proces, omdat er covalente bindingen gebroken moeten worden om op te lossen. Bij endotherme processen moet er energie toegevoegd worden, waardoor de reactiewarmte een positief getal wordt.Om stoffen te laten verdampen moet er warmte toegevoegd worden, wat het een endotherm proces maakt. Bij endotherme processen moet er energie toegevoegd worden, waardoor de reactiewarmte een positief getal wordt. Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)Het antwoord moet bestaan uit de volgende onderdelen:Noteren van de juiste waarden uit BINAS Tabel 56 t/m 59A.Fe2O3 (s) → + 8,24.105 JAl (s) → 0 JAl2O3 (s) → -16,76.105 JFe (s) → 0 JTip 1: Niet-ontleedbare stoffen, zoals Al en Fe in dit voorbeeld, hebben een vormingswarmte of ontledingswarmte van 0 J. Tip 2: De beginstoffen staan voor de pijl en worden dus ontleedt (en niet gevormd). Vandaar dat er vóór het getal dat je in BINAS vind een - teken wordt geplaatst. In het geval van Fe2O3 wordt het dus een positief getal.Verwerking van de coëfficiënten.2 x Al = 2 x 0 J2 x Fe = 2 x 0 JBerekening van de reactiewarmte per mol aluminiumpoeder.ΔE = + 8,24.105 + 2 x 0 + -16,76.105 + 2 x 0 = -8,52.105 J per 2 mol AlΔE =  -8,52.105 / 2 = -4,26.105 J per mol AlVerwerking van het feit dat er 100 g aluminiumpoeder wordt gebruikt.Er wordt 100 g aluminium gebruikt en de molaire massa hiervan is 26,98 g/mol. Er zal dus 100 / 26,98 = 3,7064 mol Al reageren.De reactiewarmte is in stap 3 berekend per mol Al. De reactiewarmte per 3,7064 mol Al is dus -4,26.105 J x 3,7064 = -1,58.106 JEr komt hitte vrij én uit de berekening van de reactiewarmte kwam een negatief getal en dit duidt ook op een exotherme reactie, omdat het betekent dat de chemische reactie energie verliest gedurende het reageren. Katalysator.De activeringsenergie of het niveau van de overgangstoestand zou sterk omhoog gaan.  De molecuulformule van ethanol is C2H6O.De C/H-verhouding kun je berekenen door het aantal C-atomen in de molecuulformule te delen door het aantal H-atomen:C/H-verhouding ethanol = 2 / 6 = ⅓.Een voorbeeld van katalytisch reformeren is  ‘dehydrogeneren’, een chemische reactie waarbij waterstof wordt afgesplitst. In reactie 1 is ook te zien dat waterstof wordt afgesplitst van ethanol. Daardoor is deze reactie een voorbeeld te noemen van katalytisch reformeren.Het antwoord moet bestaan uit de volgende onderdelen:Noteren van de juiste waarden uit BINAS Tabel 57.C2H6O (l) → 2,78.105 JH2O (l) → 2,86.105  JH2 (g) → 0 JCO2 (g) → 3,935.105  JVerwerking van de coëfficiënten.3 x H2O = 3 x 2,86.105  J6 x H2 = 6 x 0 J2 x CO2 = 2 x 3,935.105  JBerekening van de reactiewarmte per mol waterstofgas.ΔE = 2,78.105 + 3 x 2,86.105 + 6 x 0 + 2 x 3,935.105 = 3,48.105 J per 6 mol H2ΔE = 3,48.105 / 6 = 5,8.104 J per mol H2Voorbeelden van een juist antwoord zijn:Voorwaarde: een bos plantenToelichting: de CO2-uitstoot wordt opgenomen tijdens de groei van bomen.Voorwaarde: gebruikmaken van bio-ethanolToelichting: de gevormde CO2 is eerder opgenomen tijdens de fotosynthese / groei van planten.Voorwaarde: de gebruikte alcohol / het ethanol wordt gemaakt van planten.Toelichting: dit ethanol bevat koolstofverbindingen die uit de korte koolstofkringloop komen (en dus is de gevormde CO2 recentelijk door planten opgenomen).Voorbeelden van een juist voordeel zijn:Punt 12, voordeel: een ethanoloplossing is veel minder explosief (dan waterstofgas) / met een ethanoloplossing is het risico op chemische ongelukken veel kleiner (dan met waterstofgas).Voorbeelden van een juist nadeel zijn:Punt 2, nadeel: De SOFC-auto gebruikt niet alle atomen uit ethanol (en een waterstofauto wel uit waterstof) / de atoomeconomie is een SOFC-auto is laag.Punt 8, nadeel: In een SOFC-auto moet van ethanol eerst waterstof gemaakt worden. Dat is een stap extra (ten opzichte van een waterstofauto).