Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – havo – 2021 – tijdvak 2 – deel 2

Alle eindexamens

Eindexamen

Battolyser

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Dit zijn opgaven 7 t/m 15 uit het eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.

Je hebt de uitwerkbijlage nodig voor vraag 9, 10 en 13. Deze is bovenaan de pagina te downloaden onder .

Wil je bij opgave 1 starten? Ga dan naar het begin van dit examen.

Battolyser

Elektriciteit kan duurzaam worden opgewekt met behulp van energie van de zon of de wind. De hoeveelheid energie uit deze bronnen is echter niet constant. Daarom is onderzocht of een tijdelijk energie-overschot kan worden opgeslagen voor gebruik op momenten dat er weinig zon of wind is. Afhankelijk van de termijn tussen de productie en het gebruik van de energie, is een andere vorm van opslag geschikt:

Korte termijn (dag-nacht): opslag in een batterij;
Lange termijn (weken-seizoenen): opslag in een brandstof.

De ‘battolyser’, die ontwikkeld is aan de TU Delft, kan energie opslaan in een batterij en eveneens waterstof produceren door elektrolyse van water.

Vraag 7 (2 punten)

Geef aan welke energieomzetting plaatsvindt bij de elektrolyse van water.

Noteer je antwoord als volgt:
… energie wordt omgezet tot … energie.

Vul bij het antwoord alle antwoorden in met een spatie tussen elk antwoord.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Elektrische energie wordt omgezet tot chemische energie.

Toelichting antwoord:

Bij de elektrolyse is het water onder invloed van elektrische energie van bijvoorbeeld een batterij. Door deze elektrische energie wordt water gescheiden en hiermee ontstaat chemische energie.

Toelichting puntenscore:
- Elektrische energie = 1 punt.
- (Tot) Chemische energie = 1 punt.
Opmerking
Indien de energiesoorten zijn verwisseld, 0 punten toekennen.

Vraag 8 (2 punten)

De battolyser is schematisch weergegeven in figuur 1. De battolyser bestaat uit twee ruimtes die gescheiden zijn door een membraan. Het membraan is doorlaatbaar voor hydroxide-ionen. De ruimtes zijn gevuld met een zeer basische oplossing van kaliumhydroxide en bevatten elk een elektrode. Elke ruimte bevat ook een buis waardoor een gas wordt afgevoerd en een buis waardoor water kan worden aangevuld.

Bij het gebruik van de battolyser zijn twee fasen te onderscheiden: de energieopslag en de energielevering.

Energieopslag
Wanneer de batterij wordt opgeladen, wordt energie opgeslagen. Het proces dat hierbij plaatsvindt, kan met de volgende vergelijking worden weergegeven (reactie 1):
Fe(OH)₂ (s) + 2 Ni(OH)₂ (s) > Fe (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l).

NiO(OH) kan beschouwd worden als opgebouwd uit nikkelionen, oxide-ionen en hydroxide-ionen. In NiO(OH) komen twee bindingstypen voor.

Geef de namen van deze twee bindingstypen.

ionbinding en atoombinding

Toelichting antwoord:

Een ionbinding, omdat er een binding plaatsvindt tussen positief (Ni²⁺) en negatief (O^2- en OH^–) geladen ionen.

Een atoombinding, omdat deze zullen ontstaan tussen de zuurstof atomen.

Toelichting puntenscore:
- Ionbinding = 1 punt.
- Atoombinding = 1 punt.

Vraag 9 (2 punten)

Hieronder en in de uitwerkbijlage is het energiediagram van reactie 1 nog onvolledig weergegeven (de uitwerkbijlage kun je downloaden door bovenaan de pagina op de downloadknop te klikken). In dit energiediagram ontbreken het niveau van de geactiveerde toestand en het niveau van de reactieproducten.

Maak het energiediagram van reactie 1 af door de ontbrekende energieniveaus weer te geven met de bijbehorende bijschriften.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:

Toelichting antwoord:

De energie van de beginstoffen is het laagst. Hier is namelijk nog geen energie ontstaan. Vervolgens wordt elektrische energie omgezet in chemische energie en is het energieniveau op zijn hoogst. De reactieproducten vormen de chemische energie en zijn dus lager dan de geactiveerde toestand, maar wel hoger dan de beginstoffen.

Toelichting puntenscore:
- Het niveau van de reactieproducten hoger weergegeven dan het niveau van de beginstoffen = 1 punt.
- Het niveau van de geactiveerde toestand als hoogste niveau weergegeven = 1 punt.
Opmerkingen
- Indien in een overigens juist antwoord bij één of meer van de zelf getekende energieniveaus geen bijschrift of een onjuist bijschrift is gezet, 1 punt toekennen.
- Wanneer in plaats van het bijschrift ‘reactieproducten’ de namen of formules van de reactieproducten zijn gegeven, dit niet aanrekenen.
- Wanneer in plaats van het bijschrift ‘geactiveerde toestand’ het bijschrift ‘overgangstoestand’ is gegeven, dit niet aanrekenen.

Vraag 11 (2 punten)

IJzer en NiO(OH), die ontstaan tijdens het opladen van de batterij, zijn katalysatoren voor de elektrolyse van water. Daardoor wordt in de battolyser, wanneer de batterij al voor een deel opgeladen is, netto water omgezet volgens de volgende halfreacties:

elektrode A: 2 H₂O + 2 e^– > H₂ + 2 OH^–
elektrode B: 4 OH^– > O₂ + 2 H₂O + 4e^–

De gevormde waterstof kan vervolgens worden gebruikt als (grondstof voor) brandstof.

Laat zien aan de hand van de gegeven vergelijkingen van de halfreacties, dat netto water wordt omgezet.

Toelichting antwoord:

Gebruik de twee halfreacties van elektrode A en elektrode B. Vermenigvuldig de reactie van elektrode A met 2 en die van elektrode B met 1 zodat het aantal elektronen in beide reacties gelijk is aan elkaar en ze tegen elkaar wegvallen.

Daarna kunnen de halfreacties bij elkaar worden opgeteld. Hieruit volgt: 4 H₂O + 4 OH^– → 2 H₂ + 4 OH^– + O₂ + 2 H₂O. Hierbij kan 2 H₂O en 4 OH^– nog aan beiden kanten worden weggestreept en volgt het antwoord: 2 H₂O → 2 H₂+ O₂.

Toelichting puntenscore:
- De vergelijkingen van de halfreacties in de juiste verhouding opgeteld = 1 punt.
- Gelijke formules en e^– voor en na de pijl tegen elkaar weggestreept = 1 punt.
Opmerking
Indien uitsluitend de vergelijking ‘2 H₂O > 2 H₂ + O₂’ is gegeven, maximaal 1 punt toekennen.

Vraag 12 (3 punten)

De eerste battolyser werd anderhalf jaar lang getest. In totaal werd in deze periode 1,41 kg water omgezet.

Bereken hoeveel gram waterstof maximaal kan ontstaan uit 1,41 kg water. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

1,58 x 10²

Toelichting antwoord:

Er zijn meerdere juiste berekeningen. Deze berekeningen zijn allemaal correct:
1. 1,41 kg water is 1,41 x 10³ : (atoommassa) 18,0 = 7,833 x 10¹ (mol).
  
  Er kan dus 7,833 x 10¹x H₂= 7,833 x 10¹ x 2,02 (2 x 1,008) = 1,58 x 10²(g) waterstof ontstaan.
  
  De atoommassa’s zijn te vinden in het online periodiek systeem op exactwatjezoekt.nl en/of in Binas-tabel 99.
2. De massaverhouding H₂ : H₂O = 2,02 : 18,0 = 1,122 x 10^-1.
  
  Er is dus 1,122 x10^-1 x 1,41 x 10³ = 1,58 x 10² (g) waterstof ontstaan.
Toelichting puntenscore:

Berekening 1:
- Berekening van de chemische hoeveelheid water = 1 punt.
- Omrekening naar de massa waterstof in gram = 1 punt.
- De uitkomst gegeven in drie significante cijfers = 1 punt.
Berekening 2:
- Berekening van de massaverhouding van waterstof en water = 1 punt.
- Omrekening naar de massa waterstof in gram = 1 punt.
- De uitkomst gegeven in drie significante cijfers = 1 punt.
Opmerking
Wanneer een onjuist antwoord op vraag 12 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 11, dit antwoord op vraag 12 goed rekenen.

Vraag 13 (2 punten)

Energielevering
Wanneer meer elektrische energie nodig is dan met behulp van zon of wind wordt opgewekt, kan de battolyser deze energie leveren. Tijdens dit proces treden de volgende halfreacties op:

elektrode A: Fe + 2 OH^– > Fe(OH)₂ + 2 e^–
elektrode B: NiO(OH) + H₂O + e^– > Ni(OH)₂ + OH^–

Op de uitwerkbijlage is de battolyser nogmaals schematisch weergeven. In deze figuur ontbreekt een stroomdraad.

Geef in de uitwerkbijlage aan waar en in welke richting de elektronen en hydroxide-ionen zich verplaatsen tijdens het leveren van elektrische energie door het tekenen van:

een lijn met het bijschrift stroomdraad
een pijl met het bijschrift e^–
een pijl met het bijschrift OH^–

(de uitwerkbijlage kun je downloaden door bovenaan de pagina op de downloadknop te klikken)

Toelichting antwoord:

De halfreacties die plaatsvinden zijn:
- elektrode A: Fe + 2 OH^– > Fe(OH)₂ + 2 e^–
- elektrode B: NiO(OH) + H₂O + e^– > Ni(OH)₂ + OH^–
De e^–-elektronen die ontstaan bij de eerste halfreactie worden weer gebruikt in de halfreactie bij elektrode B. Deze verplaatsen zich via het stroomdraad van elektrode A naar B.

De OH^–-ionen ontstaan bij de tweede halfreactie en worden weer gebruikt in de halfreactie bij elektrode A.

Toelichting puntenscore:
- De elektrodes via de buitenzijde verbonden door een lijn met vermelding van het bijschrift ‘stroomdraad’ en de plaats van de elektronenstroom (via de stroomdraad) en van de hydroxideionenstroom (door het membraan) juist aangegeven = 1 punt.
- De richtingen juist aangegeven: de elektronenstroom van elektrode A naar elektrode B en de hydroxide-ionenstroom van elektrode B naar elektrode A = 1 punt.

Vraag 14 (2 punten)

Aan de TU Delft is een model ontwikkeld waarmee de productie van energie uit zon en wind en de vraag naar duurzaam opgewekte energie zijn geschat. In figuur 2 is een van deze schattingen in een diagram weergegeven. In het diagram zijn het verloop van de gemiddelde hoeveelheid geproduceerde energie en de gemiddelde vraag naar deze
energie in 2050 opgenomen.

Leg uit, aan de hand van figuur 2, in welke maand de battolyser de meeste waterstof zal produceren: in april of in juni.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- In zowel april als juni is volgens figuur 2 de energieproductie groter dan de vraag naar duurzame energie, maar in juni is dit (energie)productieoverschot groter (dan in april). De battolyser zal dus in juni de meeste waterstof kunnen produceren.
- Het oppervlak tussen de lijn van de productie van energie en de lijn van de vraag naar energie (dit is het energie-productieoverschot) is het grootst in juni. De battolyser zal dus in juni meer waterstof produceren.
Toelichting puntenscore:
- Inzicht dat de hoogte van de waterstofproductie samenhangt met het verschil tussen de productie en de vraag / met het oppervlak tussen de lijn van de productie en de lijn van de vraag = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.
Opmerking
Wanneer een antwoord is gegeven als ‘Na de winter is de batterij leeg, de energie van maart/april zal dan eerst worden gebruikt voor het opladen, zodat misschien pas in juni energie geleverd kan worden.’, dit goed rekenen.

vraag 15 (1 punt)

De eerste battolyser had de grootte van een stoeptegel. Bij het vervolgonderzoek krijgt de nieuwe battolyser de grootte van een zeecontainer. Door deze schaalvergroting nemen de risico’s toe die samenhangen met het gebruik van de battolyser.

Geef een risico dat door de schaalvergroting toeneemt.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Een grotere battolyser produceert meer waterstofgas, en dat is een explosief gas.
- Een grotere battolyser bevat meer kaliloog, en deze vloeistof is bijtend.
- Bij omzettingen van energie wordt een deel omgezet in warmte. In een grote(re) battolyser kan deze warmte (mogelijk) moeilijk(er) weg, waardoor de battolyser oververhit zou kunnen raken.

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2 deel 3.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

Lees meer

Bekijk meer

Kom je er nog niet uit?

Stap 1

Zoek verder in hulp bij leren

Stap 2

Stel de vraag in de vraagbaak

Eindexamen

Battolyser

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Leerjaar

5

Battolyser

Vraag 7 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 8 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 9 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 10 (1 punt)

Toelichting antwoord:

Vraag 11 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 12 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 13 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 14 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

vraag 15 (1 punt)

Bekijk ook eens

Eindexamen

Lithium-ionbatterij

Eindexamen

Zalmbatterijtje

Eindexamen

Suikerbatterij

Eindexamen

Power-to-ammonia

Eindexamen

Palladiumvanger

Eindexamen

Lood in wijn

Eindexamen

Wasmiddel verwijdert vlekken

Eindexamen

Toner

Eindexamen

Ethyllactaat

Eindexamen

Bromide in grondwater

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over een lithium-ionbatterij - Scheikunde

Hoe rijpt fruit zonder zijn boom?

De wereld voeden met licht