Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – havo – 2022 – tijdvak 1 – deel 2

Alle eindexamens

Eindexamen

Power-to-ammonia

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Onderwerp

Reacties

Leerjaar

5

Dit zijn opgaven 7 t/m 13 uit het eindexamen scheikunde havo 2022 tijdvak 1.

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

Power-to-ammonia

Wind-energie en zonne-energie kunnen nog niet grootschalig worden opgeslagen in Nederland. Daardoor kunnen deze duurzame energievormen, wanneer er veel wind of zon is, niet altijd optimaal benut worden. Op de Technische Universiteit Delft is onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om de energie-overschotten op te slaan in de vorm van ammoniak (NH₃). Deze manier van energieopslag wordt het ‘power-to-ammonia’-proces genoemd en bestaat uit vier stappen:

Stap 1: in een waterstoffabriek worden wind-energie en zonne-energie gebruikt om water door middel van elektrolyse om te zetten tot waterstof en zuurstof.
Stap 2: in een luchtscheider wordt stikstof gescheiden van de overige gassen die in lucht voorkomen.
Stap 3: in een ammoniakfabriek reageert waterstof vervolgens met stikstof tot ammoniakgas.
Stap 4: ammoniakgas wordt vloeibaar gemaakt en daarna opgeslagen in tanks.

In figuur 1 is het power-to-ammonia-proces met een vereenvoudigd blokschema weergegeven.

Vraag 7 (2 punten)

Geef de vergelijking van de vorming van ammoniakgas (stap 3).

Gebruik in je antwoord > voor de pijl en gebruik spaties tussen de verschillende onderdelen in de reactievergelijking.

Vul een antwoord in.

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

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

De vergelijking voor de vorming van ammoniakgas is N₂ + 3 H_{2 >}2 NH₃.

Toelichting antwoord:

N₂ reageert met H₂ tot NH₃, dus N₂ + 3 H₂> 2 NH₃.

Toelichting puntenscore:
- N₂ en H₂ voor de pijl en NH₃ na de pijl = 1 punt.
- De elementbalans juist in een vergelijking met uitsluitend de juiste formules voor en na de pijl = 1 punt.

Vraag 9 (2 punten)

In tijden waarin te weinig elektriciteit kan worden opgewekt uit zon of wind kan de opgeslagen ammoniak weer worden omgezet tot energie, door de ammoniak als brandstof te gebruiken in elektriciteitscentrales. Dit verloopt als volgt:

Stap 5: vloeibare ammoniak wordt gasvormig gemaakt.
Stap 6: ammoniakgas wordt onder gecontroleerde omstandigheden verbrand tot stikstof en water in een daarvoor geschikte elektriciteitscentrale.

In figuur 2 is het gehele proces met een vereenvoudigd blokschema weergegeven.

Leg uit of gasmengsel X (stap 2) in plaats van gas Y gebruikt kan worden om de gewenste stoffen in stap 6 te produceren.

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
1. Gasmengsel X (wordt gevormd uit lucht en) bestaat voor een groot deel uit zuurstof en zal dus kunnen worden gebruikt (in plaats van gas Y) om ammoniak te verbranden in stap 6.
2. Gasmengsel X bevat niet uitsluitend zuurstof. / Gasmengsel X bevat ook andere gassen (dan zuurstof). Bij verbranding in de elektriciteitscentrale ontstaan daardoor (mogelijke ongewenste) nevenproducten. Gasmengsel X kan daarom niet (zonder meer) worden gebruikt in stap 6.
Toelichting puntenscore:

Antwoord 1:
- Gasmengsel X bevat zuurstof = 1 punt.
- Voor verbranding is zuurstof nodig en consequente conclusie = 1 punt.
Antwoord 2:
- Gasmengsel X bevat niet uitsluitend zuurstof/bevat ook andere gassen = 1 punt.
- Bij stap 6/Bij verbranding ontstaan nevenproducten en consequente conclusie = 1 punt.

Vraag 10 (1 punt)

Stap 6 vindt plaats onder gecontroleerde omstandigheden, waardoor minder ongewenste bijproducten ontstaan. Deze stap kan netto worden weergegeven met de volgende vergelijking:

4 NH₃ (g) + 3 O₂ (g) > 2 N₂ (g) + 6 H₂O (l) (reactie 1)

De reactiewarmte van reactie 1 is –3,83 x 10⁵ J per mol NH₃.

Geef de formule van een ongewenst bijproduct dat zou kunnen ontstaan bij verbranding van ammoniakgas.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- NO_x
- NO₂
- N₂O₅
- NO
- N₂O
Opmerking
Een juiste formule is van een bestaande verbinding die uitsluitend bestaat uit stikstof- en zuurstofatomen.

Vraag 11 (3 punten)

Laat met een berekening zien dat de reactiewarmte van reactie 1 gelijk is aan –3,83 x 10⁵ J per mol NH₃. Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2.

De reactiewarmte is te berekenen met de formule reactiewarmte = -E_begin + E_eind.

De vormingswarmten zijn terug te vinden in Binas-tabel 57A.

E_begin is gelijk aan: 4 x (-0,46 x 10⁵).

E_eind is gelijk aan: 6x (-2,86 x 10⁵).

Invullen van de formule geeft: -[4 x (-0,46 x 10⁵)] + [6x (-2,86 x 10⁵)] = -15,3 x 10⁵ J per 4 mol NH₃.

Dit is -15,3 x 10⁵/ 4 = –3,83 x 10⁵ J per mol NH₃.

Toelichting puntenscore:
- Juiste absolute waarden van de vormingswarmtes = 1 punt.
- Verwerking van de coëfficiënten = 1 punt.
- Rest van de berekening = 1 punt.
Opmerking
Het volgende antwoord goed rekenen: 0,46 – 6 / 4 x 2,86 = 3,83 x 10⁵ (J mol ^-1 ).

Vraag 12 (4 punten)

In Nederland verbruikt een gemiddeld huishouden per jaar 3,3 x 10³ kWh (kilowattuur) aan elektriciteit.

Bereken hoeveel kg ammoniak moet worden verbrand om 3,3 x 10³ kWh aan elektriciteit op te wekken. Gebruik hierbij onder andere de volgende gegevens:

1,0 kWh = 3,6 x 10⁶ J.
60 procent van de reactiewarmte van reactie 1 wordt omgezet in elektriciteit.

Rond af op 1 decimaal nauwkeurig en gebruik ^ als het exponent in je antwoord (6,7 x 10^-2 = 6,7×10^-2).

Let op: op een examen verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

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

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Er zijn meerdere juiste berekeningen. Deze berekeningen zijn allemaal correct:

Dat is (5,17 x 10⁴) x 17,0 (atoommassa N + 3 x atoommassa H) = 8,8 x 10⁵ (g).

(8,8 x 10⁵) x 10^–³ = 8,8 x 10² (kg).

Toelichting puntenscore:
- Omrekening van 3,3 x 10³ kWh naar J = 1 punt.
- Verwerking van het rendement van 60% = 1 punt.
- Omrekening naar de benodigde chemische hoeveelheid ammoniak = 1 punt.
- Omrekening van de chemische hoeveelheid ammoniak naar de benodigde massa ammoniak in kg = 1 punt.

Vraag 13 (2 punten)

Waterstof die in stap 1 ontstaat, zou in principe ook als brandstof voor een elektriciteitscentrale kunnen dienen. Toch geeft men kennelijk de voorkeur aan vloeibare ammoniak boven vloeibare waterstof om overtollige wind- en zonne-energie in op te slaan.

Noem een voordeel van het gebruik van vloeibare ammoniak ten opzichte van het gebruik van vloeibare waterstof voor dit doeleinde. Licht je antwoord toe.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Waterstof is zeer brandbaar/explosief (en ammoniak niet). Dus het is veiliger om ammoniak op te slaan dan waterstof.
- Het kookpunt van ammoniak is hoger dan dat van waterstof./Het kookpunt van ammoniak is 240 K en het kookpunt van waterstof is 20 K. Het kost (dus) veel minder energie om ammoniak vloeibaar te maken dan om waterstof vloeibaar te maken.
- Ammoniakmoleculen zijn groter dan waterstofmoleculen, dus ze ontsnappen moeilijker./Ammoniakmoleculen zijn groter dan waterstofmoleculen waardoor de opslag van ammoniakmoleculen gemakkelijker is.
Toelichting puntenscore:
- Een juist voordeel gegeven = 1 punt.
- Juiste toelichting bij het gegeven voordeel = 1 punt.
Opmerking
Een antwoord als het volgende goed rekenen: ‘Men heeft veel ervaring met het op grote schaal opslaan van (vloeibare) ammoniak. Met het opslaan van waterstof (vloeibaar of onder hoge druk) heeft men nog niet veel ervaring.’

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2022 tijdvak 1 deel 3.

Vragen 24 t/m 28 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.

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

Power-to-ammonia

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Onderwerp

Reacties

Leerjaar

5

Power-to-ammonia

Vraag 7 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 8 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 9 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 10 (1 punt)

Vraag 11 (3 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 12 (4 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 13 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Bekijk ook eens

Eindexamen

Battolyser

Eindexamen

Suikerbatterij

Eindexamen

Palladiumvanger

Eindexamen

Lood in wijn

Eindexamen

Wasmiddel verwijdert vlekken

Eindexamen

Toner

Eindexamen

Ethyllactaat

Eindexamen

Lithium-ionbatterij

Eindexamen

Bromide in grondwater

Eindexamen

Groen is niet vers

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over energie opslaan - Scheikunde

Samenwerken voor betere vaccins

Plastic van suikerbietenafval