Chemie 7e ed - Hoofdstuk 9 - Procestechnologie oefentoetsen & antwoorden

Als twee tegengestelde processen tegelijkertijd met dezelfde snelheid plaatsvinden.Bij een condensatiereactie worden twee losse moleculen samengevoegd tot één en hierbij komt het molecuul water vrij. Bij hydrolyse wordt water toegevoegd aan een molecuul dat vervolgens uiteenvalt in twee moleculen. De drie kenmerken van het cradle-to-cradle principe zijn:Alle afval wordt gebruikt voor nieuwe producten.Er mag geen kwaliteitsverlies optreden.Alle restproducten moeten hergebruikt worden.Voorbeelden van een juist antwoord zijn:Bij een continu proces is er een voortdurende toevoer van grondstoffen en afvoer van producten. Bij een batchproces niet.Bij een batchproces wordt het reactievat na afloop van de reactie leeggehaald en schoongemaakt. Bij een continu proces blijft het proces 24/7 doorlopen. Een continu proces kan gebruikt worden in de bulkchemie, een batchproces in de fijnchemie.ADI betekent letterlijk: Algemene Dagelijkse Inname. De ADI-waarde betekent dus hoeveel je van een bepaalde chemische stof binnen mag krijgen per dag. Als je boven die waarde uitkomt, wordt de stof giftig en kan een mens er goed ziek van worden.  Tip: De OH van ethanol reageert met een H van de COOH-groep van ethaanzuur waarbij H2O wordt gevormd. Daardoor ontstaat er ruimte voor de C van ethanol en de O van ethaanzuur om een binding te vormen waarbij de estergroep ontstaat.EthanolEthaanzuurEthylethanoaatWaterMolverhouding1111Begin2.252.2500Omzetting-1.58-1.58+1.58+1.58Evenwicht0.670.671.581.58Tip: Aan het begin van het instellen van het evenwicht is de hoeveelheid van de producten altijd 0 mol. Wanneer er meerdere beginstoffen zijn en er maar van één de chemische hoeveelheid bekend is, zoals nu ook het geval is, kun je aan de hand van de molverhouding bepalen hoeveel mol de andere beginstof is. Zo werkt dat ook met de omzetting om te bepalen hoeveel mol er in evenwicht is ontstaan. Na instelling van het evenwicht blijven de concentraties van de aanwezige stoffen in het reactiemengsel gelijk. Bij een evenwicht is de snelheid van de heengaande reactie namelijk gelijk aan de snelheid van de teruggaande reactie. De concentraties hoeven dus niet gelijk te zijn aan elkaar, maar zullen wel constant blijven. $Rendement = \frac{Praktische \, opbrengst}{Theoretische \, opbrengst} \times 100 \% = \frac{1.58}{2.25} \times 100 \% = 70.2 \%$Tip: De praktische opbrengst is de hoeveelheid van de gewenste stof (ethylethanoaat in dit geval) die in evenwicht is ontstaan. De theoretische opbrengst is de hoeveelheid die zou ontstaan wanneer dit een aflopende reactie zou zijn.Een voorbeeld van een goed antwoord is:De inhoud van de laboratoriumruimte is 10 x 5 x 3.5 = 175 m3.In BINAS Tabel 97A is te vinden dat TGG-15 voor ethylethanoaat 1100 mg/m3 is.Er is 175 m3. dus er mag maximaal 1100 x 175 = 192500 mg = 192.500 g ethylethanoaat aanwezig zijn in de ruimte voordat het giftig is voor de wetenschapper. De molaire massa van ethylethanoaat is 88.105 g/mol, dus er is 1.45 x 88.105 = 127.752 gram aanwezig in de stikpot. Er is te zien dat 127.752 gram minder is dan de maximale waarde van 192.500 g, dus TGG-15 wordt niet overschreden.Bron: Entomoloog - Wikipedia Ethylacetaat - Wikipedia Zure depositie / zure regen / verzuring / pH-daling / smog.Dit is een veelvoorkomende vraag in centraal examens (en wellicht ook in schoolexamens) en het antwoord hierop is het bovenstaande antwoord en is dus leerwerk. Doe daar je voordeel mee!In de tekst boven de vraag staat dat het percentage S in stookolie 0.1% is en dat de hoeveelheid stookolie 2.4.105 kg is. Omdat de berekening gaat over de hoeveelheid S die wordt omgezet in SO2. is het van belang om eerst te berekenen hoeveel kg S er dan wordt verbrand. Dit doe je door 0.1% te berekenen van 2.4.105 kg:De massa S in 2.4.105 kg stookolie is 2.4.105 x 0.1 / 102 = 2.4.102 kg.Een goede volgende stap is om de massa om te zetten in gram en vervolgens om te zetten naar mol door te delen door de atoommassa van S (BINAS Tabel 99. het getal linksboven). Hierbij gebruik je de massa S die je hebt berekend in de vorige stap.Het aantal mol S in 2.4.105 kg stookolie is 2.4.102 x 103 / 32.1 = 7.5.103 mol.In de laatste stap is het van belang dat je weet welke reactievergelijking er hoort bij de reactie die wordt beschreven. Nu is het aantal mol S namelijk berekend, maar om een antwoord op de vraag te geven, moet je eerst het aantal mol SO2 weten dat is ontstaan om het vervolgens om te kunnen zetten naar kg. De reactievergelijking is:S + O2 → SO2Hieruit blijkt dat er uit 1 mol S ook 1 mol SO2 ontstaat. De conclusie die je dan kunt trekken, is dat er 7.5.103 mol SO2 ontstaat. Door dit te vermenigvuldigen met de molaire massa van SO2 (zie BINAS Tabel 98) kun je het aantal gram SO2 berekenen. Door het tot slot nog te delen door 103. is het aantal gram in kg omgezet en dit is ook meteen het antwoord op de vraag.Het aantal kg zwaveldioxide dat maximaal ontstaat is dus 7.5.103 x 64.1 / 103 = 5.102 kg.Per onderdeel dat in het blokschema verwerkt moet worden, volgt hier een toelichting:CO2. Omdat CO2 en H2S uit aardgas worden verwijderd in ruimte II, moet bij de pijl van ruimte I naar ruimte II CO2 worden genoteerd. In ruimte II worden CO2 en H2S afgescheiden van oplossing A, dus CO2 moet samen met H2S op één van de pijlen worden genoteerd die ruimte II uit gaan.Gedroogd aardgas. In de tekst staat beschreven dat in ruimte III het aardgas wordt gedroogd en dat dit naar ruimte IV gaat. Van ruimte III naar ruimte IV moet dus gedroogd aardgas op de pijl worden gezet. H2O. In de tekst staat beschreven dat de waterdamp die in aardgas aanwezig is, wordt verwijderd in ruimte III waar het aardgas wordt gedroogd. Water verlaat ruimte III dus en moet dus bij de pijl naar beneden toe worden genoteerd.H2S. Omdat CO2 en H2S uit aardgas worden verwijderd in ruimte II, moet bij de pijl van ruimte I naar ruimte II H2S worden genoteerd. In ruimte II worden CO2 en H2S afgescheiden van oplossing A, dus CO2 moet samen met H2S op één van de pijlen worden genoteerd die ruimte II uit gaan. Oplossing A. In de tekst staat beschreven dat in ruimte I CO2 en H2S worden gescheiden door middel van oplossing A. In het blokschema wordt oplossing A nog niet beschreven bij een pijl die ruimte I in gaat, vandaar dat nummer 5 genoteerd moet worden bij de lege pijl die ruimte I in gaat. Alleen aardgas gaat verder ruimte III in, dus oplossing A moet ook bij de pijl staan van ruimte I naar ruimte II (de oplossing kan namelijk niet ‘verdwijnen’). Vervolgens wordt in ruimte II oplossing A afgescheiden, dus bij één van de pijlen die ruimte II uit gaat moet nummer 5 wederom worden genoteerd. Tot slot staat in de opdracht dat het hergebruik van oplossing A moet worden weergegeven. Wanneer dit in een opdracht staat, betekent het dat er een pijl moet worden toegevoegd. Deze moet worden getekend van ruimte II naar de pijl met nummer 5 die ruimte I in gaat.Voorbeelden van een juist antwoord zijn:MDEA-moleculen bevatten OH-groepen / hydroxylgroepen en kunnen daarmee waterstofbruggen vormen (met watermoleculen. Dus MDEA is oplosbaar in water).MDEA-moleculen bevatten OH-groepen / hydroxylgroepen. MDEA is hydrofiel / polair (en dus is MDEA oplosbaar in water).MDEA bevat een N-atoom dat waterstofbruggen kan maken (met watermoleculen).MDEA bevat OH en kan daarmee waterstofbruggen vormen. Tip: Deze vraag is afwijkend van wat normaal gesproken in examens wordt gevraagd rondom de oplosbaarheid in water van een chemische stof. Vaak wordt er namelijk gevraagd om dit op microniveau uit te leggen. Als dat zo is, is het van belang om in termen van moleculen / atomen / bindingen / aantrekkingskrachten te spreken. In het bovenstaande antwoord werd het bijvoorbeeld ook goedgekeurd als er MDEA werd gebruikt om het molecuul aan te duiden. Als er wordt gevraagd om het op microniveau uit te leggen, moet je het MDEA-molecuul gebruiken als woord.Filtratie / zeven en adsorptie.De adsorptie is terug te zien in de watermoleculen die in de poriën van de moleculaire zeef worden opgenomen. Ze hechten als het ware aan de moleculaire zeef en dit gebeurt alleen bij adsorptie. De methaanmoleculen die er te groot voor zijn, zullen dus langs de moleculaire zeef bewegen en dit is te vergelijken met filtratie: moleculen die door de gaatjes van het filter heen bewegen.Temperatuurgrenzen waarbinnen in ruimte IV vloeibaar aardgas wordt verkregen: 91 K / -182 ॰C en 112 K / -161 ॰C.In BINAS Tabel 42 zijn de smelt- en kookpunten van allerlei stoffen te vinden. Aardgas is de triviale naam voor methaan en daarom moet in deze tabel naar methaan gezocht worden. Daar is te vinden dat het smeltpunt 91 K is en het kookpunt 112 K. Deze eenheid kun je linksboven in deze tabel zien (dit geldt overigens voor alle tabellen in BINAS). Als de temperatuur boven het smeltpunt is, is het aardgas gesmolten en dus in de vloeibare fase. Als de temperatuur boven het kookpunt komt, is het aardgas verdampt en dus in de gasfase. Tussen het smelt- en kookpunt in zal aardgas dus vloeibaar zijn.Waarom water in ruimte IV tot problemen leidt: De temperatuur in ruimte IV is lager dan het smeltpunt van water. Water zal bevriezen / stollen in ruimte IV.Voorbeelden van een probleem: door het gevormde ijs kan de reactor verstopt raken, doordat het water bevriest en uitzet als gevolg daarvan kan de reactor barsten, na verloop van tijd zal ruimte IV te vol raken met ijs waardoor het rendement lager is, methaan wordt in ijs ingekapseld waardoor het rendement lager wordt.