Antwoorden Sussy Baka Hoofdstuk Kiss My Ass PDF

Preview

Summary

I want to look at the free previews I literally do not Care L+ratio+Fatherless also I am doing your mom Right now. I really hate myself. One Piece Peak Fiction. Uhm, if I have to be REALLY honest, Gojussy would be my 13th reason. Sugondeze....

Description

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

5

Reacties in beweging

Katalysatoren brengen welvaart Praktijk 1 Bijvoorbeeld: de productie van de chemische industrie is voor 80% afhankelijk van katalyse. Een katalysator zorgt ervoor dat een apparaat of machine minder energie verbruikt. Katalyse kan een oplossing zijn voor onze toekomstige energie - en brandstofvoorziening. 2

Hij nam waar dat een zetmeeloplossing na verhitting niet werd omgezet in een glucose-oplossing, maar dat dit wel gebeurde als er zwavelzuur aan werd toegevoegd, zonder dat de hoeveelheid zwavelzuur veranderde.

3

Hij ontdekte dat fijn verdeeld platina de reactie tussen waterstof en zuurstof kon versnellen.

4

Zn(s) + 2 H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g)

5

2 H 2 (g) + O2 (g) → 2 H2 O(l)

6

In de algemene reactievergelijking van het Fischer-Tropschproces is de molaire verhouding H2(g) : CO(g) = (2n+1) : n. Bij grotere ketenlengtes (n >> 1) is dit nagenoeg gelijk aan 2 : 1.

7

Biomassa bestaat voor een groot deel uit cellulosevezels, die weer zijn opgebouwd uit koolstof, waterstof en zuurstofatomen, die ook aanwezig zijn in synthesegas.

8

a Kobalt gaat als katalysator lang mee en produceert lange koolstofketens. Economische berekeningen kunnen uitwijzen dat het rendabeler is om de kobaltballetjes als katalysator te gebruiken dan een andere katalysator. b Kobalt is gevoelig voor zwavelverbindingen. De biomassa mag dus niet te veel zwavelverbindingen bevatten. c Mogelijke antwoorden zijn: – er is relatief weinig katalysator voor nodig; – de doorstroming van gassen blijft beter in stand; – het reactieoppervlak is relatief groot.

1

Reactiewarmte meten

Opdrachten 1 a Bij het verbranden van aardgas komt warmte vrij, het is dus een exotherm proces. b Voor het fotosyntheseproces is zonlicht nodig, het is dus een endotherm proces. c Als water op je hand verdampt, krijg je het gevoel dat het kouder wordt. Het verdampingsproces neemt kennelijk warmte op en is dus endotherm. d Voor het ontleden van water is voortdurend elektrische energie nodig. Het is dus een endotherm proces.

48

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

2

De waterstofbruggen tussen de watermoleculen zijn relatief sterk en talrijk. Daardoor is relatief veel energie nodig om ze te verbreken.

3

a De temperatuur in de warmtemeter is afgenomen, dus de reagerende stoffen hebben energie van het water opgenomen. Het is dus een endotherme reactie. b De reagerende stoffen hebben energie opgenomen, dus de chemische energie is tijdens de reactie toegenomen. c In de reactiewarmte ΔE voor die stof d in J mol–1

4

a M(Ca) = 40,08 g mol–1; er is aanwezig: n = m = 0,500 = 1,25 × 10 -2 mol Ca(s). M

40,08

–3

100,0 mL 1,00 M zoutzuur bevat: 100,0·10 L × 1,00 mol L–1 = 1,00·10–1 mol H+(aq). Ca(s) en H+(aq) zijn dus in een molverhouding van 1,25·10–2 : 1,00·10–1 = 1 : 8,02 aanwezig. In de reactievergelijking reageren Ca(s) en H+(aq) in een molverhouding van 1 : 2. Zoutzuur is dus in overmaat aanwezig. b Q = c · m · ΔT c = 4,20·103 J kg–1 K–1 Totale massa m = massa zoutzuur + massa Ca(s) = 1 00,0 mL × 1,05 g mL–1 + 0,500 g = 105,5 g. De temperatuurtoename ΔT = 45,0 °C – 22,4 °C = 22,6 °C. Dit is ook in kelvin. De door de oplossing opgenomen warmte Q = c × m × DT = 4,20·103 × 105,5·10–3 × 22,6 = 1,001·104 J. Dit is de hoeveelheid warmte die door de oplossing is opgenomen. In deze reactie heeft 0,500 g Ca(s) = 1,25·10–2 mol Ca(s) gereageerd. Omdat alle reactiewarmte wordt overgedragen aan de oplossing is de reactiewarmte: DE =

-1, 001·104 J -2

1,25·10

5

a

= - 8,01·105 J mol–1.

mol

NH4 Cl(s) ® NH4+ (aq) + Cl- (aq)

b Dit is een endotherm proces, omdat de temperatuur van de oplossing is gedaald. Dus bij het oplossen heeft ammoniumchloride energie opgenomen. c Q = c · m · ΔT c = 4,20·103 J kg–1 K–1 massa water = 100,0 × 0,998 = 99,8 g water Totale massa m = massa water + massa NH4Cl(s) = 100,0 + 3,5 = 103,5 g De afname van de temperatuur ΔT = 27,6 – 29,8 = – 2,2 K De door het water afgestane warmte Q = c × m × DT = 4,20·103 × 103,5·10–3 × –2,2 = – 9,563·102 J. M(NH4Cl) = 53,491 g mol–1 (Binas tabel 98) Er is n =

m 3,5 = = 6,543·10 -2 mol NH4Cl(s) opgelost. M 53,491

Q = – 9,563·102 J is de hoeveelheid warmte die door het water is afgestaan en overgedragen aan het oplossen van 6,543·10–2 mol NH4Cl(s). 9,563 · 102 –1 = 1,5·104 J mol . 6,543 · 10 -2

De oploswarmte, ΔE = -Q = - -

6

a Volgens Binas tabel 28B is de stookwaarde van Gronings aardgas 32×106J per m3. De totaal geleverde energie is dan 32×106J m–3 × 1 500 m3 = 4,8×1010 J. Enut 4,5 1010 100% = 100% = 94% Het rendement is dan: = Etot 4, 8 1010 In de eerste oplage van het opdrachtenboek staat een foutieve meetwaarde: 75 GJ moet 45 GJ zijn. b De niet-nuttig gebruikte energie gaat verloren als warmte naar buiten, bijvoorbeeld door de afvoerpijp of schoorsteen.

49

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

*7

a

CH 4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2 O(l)

b Bij T = 298 K en p = p0 is Vm = 2,45·10–2 m3 mol–1. 1, 0 V In 1,0 m3 methaan zit dus n = = = 40,8 mol CH4(g). Vm 2,45 ⋅ 10− 2 1,0 mol CH4(g) levert 8,90·105 J warmte op (Binas tabel 56). 1,0 m3 methaan levert dus 40,8 mol × 8,90·105 J mol–1 = 3,6·107 J warmte op. c Mogelijke antwoorden zijn: – Het Gronings aardgas is geen zuiver methaan, maar bevat ook nog stikstof en ethaan. – Het water komt bij de stookwaarde in tabel 28B vrij als waterdamp. – De omstandigheden waaronder is gemeten zijn niet helemaal vergelijkbaar. d Het aardgasverbruik per seconde is: 500 000 m3 dag–1 = 500 / (24 × 3600) = 5,79 m3 s–1 Het door de centrale verbruikte vermogen is dus 5,79 × 32 ∙ 106 = 185 ∙ 108 J = 185 MW. Het nuttige vermogen is 90 MW. Het rendement is dus:η = e f

90 Enut ⋅100% = ×100% = 49% 185 Etot

51 × 1,85·108 = 9,4·107 J s-1 100 Q ; c = 4,18·103 J kg–1 K–1; de massa van 3,0 m3 water is: c⋅m m = ρ ∙ V = 0,9982∙103 × 3,0 = 2,9946∙103 kg. De toegevoerde energie per seconde verwarmt het water dat per seconde door de rivier stroomt. Q = c · m · ΔT, dus ∆T =

9, 4 ⋅ 107 = 7,5 °C. 4,18 ⋅103 × 2,9946 ⋅103 g De temperatuur van het water stijgt van15,0 °C tot 15 ,0 °C + 7,5 °C = 22,5 °C. De centrale hoeft dus nog niet te worden stilgelegd. Dat betekent dat ∆T =

*8 M(C8H18) = 8 × 12,01 + 18 × 1,008 = 114,22 g mol–1. 40 liter benzine heeft een m = ρ ∙ V = 40 L × 0,72∙103 g L–1 = 2,88∙104 g. Dit staat gelijk aan n =

m 2,88 ⋅ 104 = = 2,52 ⋅ 102 mol benzine. M 114, 22

Dit zijn dus 2,52∙102 × 8 = 2,017∙103 mol C-atomen. Het molair rendement is dan:

2

2,017 ⋅ 103 mol nuttig gebruikte C-atomen ⋅ 100% = 81% 2500 mol ingevoerde C-atomen

Reactiewarmte berekenen

Opdrachten 9 a Omdat de energie-inhoud van stoffen mede wordt bepaald door de temperatuur moeten de deelnemende stoffen aan het begin en het eind van de reactie dezelfde temperatuur hebben. De druk moet aan het begin en het eind van de reactie ook hetzelfde zijn, omdat anders een deel van de energie in arbeid is omgezet. b

3 C(s) + 4 H 2 (g) → C3 H8 (g)

50

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

c In de reactie uit vraag b wordt de reactiewarmte alleen bepaald door de vormingswarmte van propaan, omdat de beginstoffen uitsluitend niet-ontleedbare stoffen zijn met vormingswarmte nul. 10

a

H2 O(l) ® H2 O(g)

De verdampingswarmte is dus: (–2,42 – (–2,86))×105 J mol–1 = +0,44×105 J mol–1. b De ΔE >0, dus de verdamping van water is een endotherm proces. c Bij verdamping laten de watermoleculen elkaar helemaal los. De watermoleculen trekken elkaar echter sterk aan door waterstofbruggen. Het kost energie om deze waterstofbruggen tussen de watermoleculen te verbreken. 11

a

C3H8 (g) + 5 O 2 (g) ® 3 CO 2(g) + 4 H 2O(l)

b ΔE = (3 × Ev(CO2) + 4 × Ev(H2O)) – (1 × Ev(C3H8) + 5 × Ev(O2)) ΔE = (3 × –3,935 + 4 × –2,86) ×105 – (1 × –1,04 + 5 × 0)×105 = –22,2×105 J mol–1. Deze waarde komt overeen met de waarde van de verbrandingswarmte in Binas tabel 56. c 3 C(s) + 4 H2(g) + 5 O2(g)

E(·105 J)

C3H8(g) + 5 O2 (g)

+1,04 (C3H8) 3 · -3,935

∆E = - 22,19 J mol-1

4 · -2,86 3 CO2(g) + 4 H2O(I)

12

a M(C12H22O11) = 342,30 g mol–1 Binas tabel 98).

n=

n 58, 0 = = 1, 694 × 10-1 mol sacharose M 342,30

1 mol sacharose heeft een verbrandingswarmte van –56,47×105 J mol–1. 1,694×10–1 mol sacharose heeft dus een verbrandingswarmte van 1,694×10–1 mol × –56,47×105 J mol–1 = –9,57×105 J = –9,57×102 kJ. b Een mogelijke verklaring voor een iets lagere energiewaarde : – Er zijn ook andere koolhydraten en suikers in de energiedrank aanwezig met een lagere energiewaarde. c 1 cal = 4,184 J, dus 1 kcal = 4,184 kJ. 850 kJ =

d

850 = 203kcal. 4,184

250 g ´ 15 min = 38 min . 100 g

*13 a De stookwaarde van propaan = 93,8·106 J m–3. Het molair volume bij 273 K en p = p0 = 2,241×10–2 m3 mol–1, dus de verbrandingswarmte van propaan is: 93,8·106 J m–3 × 2,241×10–2 m3 mol–1 = –21,02×105 J mol–1. De verbrandingswarmte volgens Binas tabel 56 is: –22,19×105 J mol–1.

51

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

b Mogelijke verklaringen zijn: – In Binas tabel 28B staat dat het geproduceerde water als waterdamp vrijkomt. Zoals je in een eerdere vraag hebt gezien, kost de verdamping van 1 mol water 0,44 105 J mol–1. Omdat er bij de verbranding van 1 mol propaan 4 mol water vrijkomt, betekent dit dat er 4 × 0,44·105 J mol-1 = 1,76·105 J mol–1 aan warmte wordt verbruikt voor de verdamping van water. Omgerekend zou de berekening van de verbrandingswarmte van propaan uit de stookwaarden dus 21,02·105 J mol–1 + 1,76·105 J mol–1 = 22,78·105 J mol–1 zijn. Deze waarde klopt beter. – De temperatuur in Binas tabel 56 is anders (298 K) dan in Binas tabel 28B (273 K). *14 a De reactievergelijking is: 6 CO 2 (g) + 6 H 2O(l) → C 6H 12O 6(s) + 6 O 2(g) b Omdat de fotosynthesereactie omgekeerd is aan de verbranding van glucose, is de reactiewarmte = negatieve verbrandingswarmte: ∆E = +28,16⋅105 Jmol–1 ΔE = (1 × Ev(C6H12O6) + 6 × Ev(O2) – (6 × Ev(CO2) + 6 × Ev(H2O))), dus 28,16⋅105 J mol–1 = (Ev(C6H12O6) + 6 × 0) – (6 × –3,935·105 + 6 × –2,86⋅105), dus Ev(C6H12O6) = 28,16·105 (6 × –3,935·105 + 6 × –2,86·105) = –12,61·105 J mol–1 = –1,261 MJ mol–1 15

a Dodecaan bevat 12 koolstofatomen, dus in de algemene fischer-tropschreactievergelijking is n = 12. De reactievergelijking wordt dan:

12 CO(g) + (2× 12 + 1) H 2(g) → C 12H 26(g) + 12 H 2O(g) , dus

12 CO(g) + 25 H 2(g) → C 12H 26(g) + 12 H 2O(g) b De reactiewarmte van de vorming van 1 mol C12H26(g) bedraagt: ΔE = (1 × Ev(C12H26) + 12 × Ev(H2O(g)) – (25 × Ev(H2) + 12 × Ev(CO)) = ((–3,53 + 12 × –2,42) – (25 × 0 + 12 × –1,105))∙105 J mol–1 = –19,3∙105 J mol–1. Dit is een negatieve waarde, dus het Fischer-Tropschproces is een exotherm proces.

3

Reactiesnelheid

Opdrachten 16 a H2 (g) + I2 (g) → 2 HI(g) b

∆[HI] = s=+

17

a

(7,0 −0,0) = 1,4 mol L− 1 5,0

1 ∆[HI] 1,4 = = 8,8 ⋅10 −3 mol L−1 s −1 2 ∆t 2 × (80 − 0)

2 NO(g)+ 2 H2 (g) → N2 (g)+ 2 H2 O(g)

b De beginconcentraties worden berekend door het aantal mol te delen door het volume van het 0,20 0,10 −2 = 2,0 ⋅ 10 −2 mol L-1. [ H2 ] begin = = 4,0 ⋅ 10 mol L-1. reactievat. [ NO ]begin = 5,0 5,0

52

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

Deze concentraties worden ingevuld in een omzettingstabel. Omdat op tijdstip t1 de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid H2(g) over is, is de eindconcentratie H2(g) gelijk aan 2,0⋅10–2 mol L–1. Dat betekent dat er tijdens de reactie –2,0⋅10-2 mol L–1 H2(g) is omgezet. Volgens de reactievergelijking moet er dan ook –2,0⋅10–2 mol L–1 NO(g) zijn omgezet en zijn er +1,0⋅10–2 mol L–1 N2(g) en +2,0⋅10–2 mol L–1 H2O(g) gevormd. Als deze waarden in de omzettingstabel worden ingevuld, kunnen de concentraties op tijdstip t1 worden berekend: concentratie (mol L–1)

[NO]

[H2]

[N2]

begin

2,0⋅10–2

4,0⋅10–2

0,0

omgezet eind(t1 )

–2

–2,0⋅10 0

–2

[H2 O] 0,0 –2

–2,0⋅10

+1,0⋅10

–2

–2

2,0⋅10

1,0⋅10

+2,0⋅10–2 2,0⋅10–2

c Het tijdstip t1 ligt bij het punt waar de concentratie H 2(g) is gedaald naar 2,0⋅10–2 mol L–1. Op t1 is de [NO] nul geworden, het gevolg is dat de reactie is afgelopen. De [H2] blijft daarom vanaf t1 constant.

5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

d Bij het schetsen van het verloop van de concentraties haal je de begin- en eindconcentraties uit de omzettingstabel en plaatst deze concentraties bij tijdstip t0 en t1. Je schetst dan kromme lijnen van het beginpunt naar het eindpunt, waarbij je ervan uitgaat dat de concentraties geleidelijk minder snel veranderen. 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

53

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

e De reactiesnelheid bij hogere temperatuur is geschetst met een stippellijn. Bij hogere temperatuur is de reactiesnelheid in het begin hoger, maar omdat de concentraties van de deelnemende stoffen daardoor sneller dalen, neemt de reactiesnelheid ook sneller af. De reactie is dus eerder afgelopen.

18

a Bepaal de y-waarde bij t = 0 minuten en bij 2,0 minuten. 5

1

[X] (1,7 3, 4) 10 mol L 8 1 1 = = 7,110 mol L s 2 t 2 120 s b Bepaal de y-waarde bij t = 4,0 minuten en bij 5,0 minuten. s1 =

(0,60 - 0,85)·10-5 D[X] = = 2,1·10-8 mol L-1 s -1 2 Dt 2 ´ 60 c In vraag a wordt de reactiesnelheid in het begin van de reactie berekend, terwijl in vraag b de reactiesnelheid later in de reactie wordt bepaald. In vraag b zijn de concentraties van de beginstoffen lager, dus is de reactiesnelheid in vraag b ook lager. s2 = -

19

a

zeoliet-Y( s) C11H 24(g) ¾¾¾¾¾ ® C 6H 14(g) + C 5H 10(g)

b Dit is heterogene katalyse, omdat de katalysator zich in een andere fase bevindt dan de reagerende stoffen. *20 a Juist, reactiesnelheden zijn hoger bij hogere temperaturen, omdat de kinetische of bewegingsenergie van de moleculen van de beginstoffen toeneemt. Daardoor wordt de benodigde activeringsenergie lager. b Juist, omdat door samenpersen de concentratie van beide gassen stijgt. Bij hogere concentratie verloopt een reactie sneller. c Onjuist, omdat bij gebruik van een katalysator alleen de activeringsenergie wordt verlaagd. De reactiewarmte bij een exotherme reactie wordt uitgedrukt in J mol–1. Per mol gereageerde stof blijft de reactiewarmte hetzelfde, ook al verloopt de reactie sneller. *21 a IJzer en kobalt zijn de meest geschikte katalysatoren om brandstoffen mee te maken, omdat deze beter betaalbaar zijn dan ruthenium en voldoende lange koolstofketens uit synthesegas kunnen produceren. b IJzer is gevoeliger voor zwavelverbindingen, dus moet het synthesegas, dat afkomstig is van zwavelhoudende grondstoffen, vaak worden gezuiverd. c Men kan dan kiezen voor kobalt als katalysator, omdat dit minder gevoelig is voor zwavelverbindingen.

54

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

4

Beïnvloeding reactiesnelheid

Opdrachten 22 a Een effectieve botsing is een botsing tussen moleculen of atomen van de beginstoffen die tot een reactie leidt. b – De snelheid van bewegen van de moleculen van de beginstoffen moet voldoende hoog zijn. – De moleculen moeten op de juiste plek tegen elkaar botsen. c In deze botsing tussen atoom A en molecuul C-B is sprake van een niet-effectieve botsing, omdat na afloop van de botsing atoom A en molecuul C-B ongewijzigd zijn. 23

a Het is een heterogene katalysator, omdat het rhodium als metaal zich in een andere (vaste) fase bevindt dan het vloeibare hex-1-een. b – Rhodium werkt als katalysator voor deze reactie. Omdat daardoor de activeringsenergie van de reactie wordt verlaagd, stijgt de reactiesnelheid. – Het rhodium zweeft fijn verdeeld rond in de vloeistof. Daardoor is er een groot contactoppervlak tussen de vloeistof en de katalysator, waardoor de reactiesnelheid stijgt.

24

a Bij iedere 10 K stijging verdubbelt de reactiesnelheid. Bij 20 K stijging wordt de reactiesnelheid dus 2 · 2 = 4× hoger. Dus zijn de aardappels bij die temperatuur na 20/4 = 5 minuten gaar. b (200 – 30)/10 = 17 × 10 °C, dus 217 × sneller, dus ongeveer 130 000 × sneller.

25

Hoe groter het contactoppervlak tussen twee reagerende stoffen in een heterogeen mengsel is, hoe sneller de reactie verloopt. Om te kunnen exploderen moet het melkpoeder zo veel mogelijk in contact zijn met de zuurstof in de lucht. Als het melkpoeder op een hoopje ligt, is de verdelingsgraad hoog, maar het contactoppervlak tussen melkpoeder en de lucht laag. Het zal dan niet exploderen.

26

Er kunnen verschillende factoren meespelen, zoals de verdelingsgraad, de concentratie of de aan- of afwezigheid van een katalysator. Ook de reactiewarmte is van invloed: Wanneer een reactie sterk exotherm is zal hij ook sneller verlopen omdat de reactiewarmte gebruikt kan worden om de activeringsenergie te overwinnen.

27

a Dat leidt tot de volgende berekening: ΔE = (1 × Ev(C) + 4 × Ev(NaCl) – (Ev(CCl4) + 4 × Ev(Na) = (1 × 0 + 4 × –4,11·105 ) – (– 1,28·105 + 4 × 0) = –15,2·105 J mol–1 b Bij een hogere temperatuur zullen er tussen de moleculen meer effectieve botsingen plaatsvinden. Hierdoor zal de reactie sneller verlopen.

Eindopdracht Fischer-Tropschproces 28 a Uit strategische en milieutechnische overwegingen willen sommige landen en overheden minder afhankelijk zijn van aardolie. Met het FT-proces kunnen brandstoffen worden gemaakt uit hernieuwbare grondstoffen (biomassa). b Een katalysator verlaagt de benodigde activeringsenergie van een reactie. Waarschijnlijk heeft het FT-proces een hoge activeringsenergie. c De reactievergelijking voor de productie van C8H18(g) in de reactor is:

8 CO(g) + 17 H2 (g) ® C8 H18 (g) + 8 H2 O(g) De reactiesnelheid van de reactie is 20 kmol per minuut. Per seconde is dat dan

20 ×103 mol = 3,3 × 102 mol s-1 . 60 s

55

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H5 Reacties in beweging

d Als de 200 kmol ingevoerde CO(g) volledig zou worden omgezet in C8H18(g), dan zou er

200 ⋅103 mol = 417 mol s −1 C8H18(g) worden geproduceerd. Dit betekent een rendement van 8 × 60 s nuttige uitvoer 3,3 ⋅ 102 ⋅ 100% = × 100% = 79% theoretisch maximale uitvoer 417 e Mogelijk goede antwoorden zijn: – de reactieomstandigheden aanpassen zoals de temperatuur of druk; – de katalysator vernieuwen of schoonmaken; – de overgebleven beginstoffen opnieuw invoeren in de reactor; – een andere katalysator inzetten.

56...