Hulp bij leren Eindexamens

Scheikunde – havo – 2022 – tijdvak 2 – deel 4

eindexamen Alle eindexamens

Eindexamen

Alcohol in de auto

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Onderwerp

Analyse, Katalyse & Synthese, Reacties

Leerjaar

5

Dit zijn opgaven 22 t/m 31 uit het eindexamen scheikunde havo 2022 tijdvak 2.

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

Alcohol in de auto

Een fabrikant heeft een elektrische auto ontwikkeld die rijdt op een oplossing van ethanol (alcohol, C₂H₆O). Deze auto maakt in
een ‘reformer’ waterstofgas uit de ethanoloplossing. Vervolgens produceert een zogenoemde ‘solid oxide-brandstofcel’ (SOFC) elektrische stroom uit waterstofgas. De elektrische energie wordt opgeslagen in een batterij en kan worden gebruikt voor het aandrijven van de motor. In figuur 1 is deze energievoorziening schematisch en vereenvoudigd weergegeven.

Vraag 23 (3 punten)

In de reformer wordt de ethanoloplossing omgezet tot waterstofgas en koolstofdioxide. Dit proces kan vereenvoudigd worden weergegeven met onderstaande vergelijking.

Bereken de reactiewarmte van reactie 1 in J per mol waterstof (bij T = 298 K en p = p0). Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2.

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

De reactiewarmte van reactie 1 is 5,8 x 10⁴ J per mol waterstof.

Toelichting antwoord:

Zoek de vormingswarmte op in Binas-tabel 57.

De vormingswarmte voor ethanol (C₂H₆O) (l) is -2,78 · 10⁵. Omdat ethanol kapot wordt gemaakt in plaats van gevormd verandert het minteken in een plusteken: +2,78 · 10⁵.

De vormingswarmte voor H₂O (l) is -2,86 · 10⁵. Hetzelfde geldt voor water, dus dit geeft +2,86 · 10⁵.

De vormingswarmte voor CO₂ (g) is -3,935 · 10⁵.

Met deze gegevens kan de reactiewarmte worden berekend: 2,78 · 10⁵ + 3 x 2,86 · 10⁵ – 6 x 3,935 · 10⁵ = 3,49 · 10⁵J/mol.

Er wordt gevraagd om de reactiewarmte per mol waterstof dus dit antwoord moet nog door zes worden gedeeld: 3,49 · 10⁵/ 6 = 0,58 · 10⁵J/mol = 5,8 · 10⁴J/mol.

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

Toelichting puntenscore:
- Juiste absolute waarden van de vormingswarmtes = 1 punt.
- Verwerking van de coëfficiënten = 1 punt.
- Rest van de berekening = 1 punt.
Opmerking
Een antwoord zoals als dit wordt goed gerekend:

Vraag 24 (2 punten)

Bereken de atoomeconomie voor de vorming van waterstof volgens reactie 1. Gebruik Binas-tabel 37H of
ScienceData-tabel 1.7.7.

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.

De atoomeconomie voor de vorming van waterstof is 12,1 %.

Toelichting antwoord:

De formule voor de atoomeconomie kun je vinden in Binas-tabel 37: atoomeconomie = m_product/ m_beginstoffenx 100 %.

De massa’s van de verschillende stoffen kun je vinden in Binas-tabel 98 en 99:
- C₂H₆O is 46,069
- H₂O is 3 x 18,015
- H₂ is 6 x 2 x 1,008
Hierna kun je de massa van het product en de beginstoffen berekenen:
- m_product = 6 x 2 x 1,008
- m_beginstoffen = 46,069 + 3 x 18,015
Invullen van de formule geeft: (6 x 2 x 1,008) / (46,069 + 3 x 18,015) x 100% = 12,1 %.

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

of

Toelichting puntenscore:
- De molaire massa’s juist = 1 punt.
- Verwerking van de coëfficiënten en de rest van de berekening = 1 punt.
Opmerking
Als de omrekening naar percentage is weggelaten, wordt dit niet aangerekend.

Vraag 25 (1 punt)

In figuur 2 is de SOFC schematisch weergegeven. De gevormde waterstof reageert bij elektrode A van de SOFC. Bij elektrode B reageert zuurstof uit de lucht. Hierbij treden de volgende halfreacties op:

elektrode A: H₂ + O^{2 ̶}→ H₂O + 2 e ^̶
elektrode B: O₂ + 4 e ^̶ → 2 O ^{2 ̶}

In figuur 2 ontbreken de stoffen die halfcel B verlaten.

Geef de naam van een van deze stoffen. Neem aan dat O₂volledig reageert.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- stikstof
- argon
- koolstofdioxide
Opmerking
Als in plaats van een juiste naam een juiste formule is gegeven, wordt dit goed gekeurd.

Vraag 26 (2 punten)

Geef met behulp van de vergelijkingen van bovenstaande halfreacties de vergelijking van de totale reactie.

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 zijn en ze tegen elkaar wegvallen. Daarna kunnen de halfreacties bij elkaar opgeteld worden.

Hieruit volgt: 2 H₂ + 2 O^2- + O₂ → 2 H₂O + 2 O^2-. Hierbij kan 2 O^2- nog aan beiden kanten worden weggestreept en volgt het antwoord: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.

Toelichting puntenscore:
- De halfreacties in de juiste verhouding opgeteld = 1 punt.
- Gelijke formules en e^– voor en na de pijl tegen elkaar weggestreept = 1 punt.
Opmerking
Als slechts de volgende vergelijking is gegeven, wordt dit goed gerekend: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.

Vraag 27 (2 punten)

De elektrolyt in de SOFC is vast en kan bestaan uit zirkoniumoxide (ZrO₂) waaraan een kleine hoeveelheid yttriumoxide (Y₂O₃₎ is toegevoegd. In figuur 3 zijn de roosters van zuiver ZrO₂ en van het mengsel van ZrO₂ en Y₂O₃ schematisch weergegeven.

Geef de naam van het type kristalrooster in figuur 3, en geef de naam van het type binding tussen de samenstellende deeltjes.

Vul de twee woorden in met een spatie.

Vul een antwoord in.

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

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

De namen zijn ionrooster en ionbinding.

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

Vraag 28 (2 punten)

Door de toevoeging van Y₂O₃ ontstaan lege plekken in het rooster van ZrO₂ die ‘gaten’ worden genoemd. De oorzaak hiervan is dat er per twee Zr⁴⁺-ionen die worden vervangen door twee Y³⁺-ionen, één O^2–-ion minder nodig is in het rooster.

Leg deze oorzaak uit aan de hand van de ionladingen van de betrokken ionen.

Twee Zr⁴⁺ -ionen hebben een lading van 8+. Twee Y³⁺ -ionen hebben een lading van 6+. Er hoeft dus voor een lading van 2+ minder gecompenseerd te worden. Dat is precies de lading van één O^2–-ion.

Toelichting puntenscore:
- De lading van twee Zr⁴⁺ -ionen is 8+ en de lading van twee Y³⁺ -ionen is 6+ = 1 punt.
- Uitleg waaruit blijkt dat precies één O^2–-ion minder nodig is = 1 punt.

Vraag 29 (2 punten)

De wijze waarop de elektrolyt elektrische stroom geleidt, is als volgt:

De SOFC wordt verhit tot 600 °C.
Bij deze temperatuur kunnen O^2–-ionen naar een volgende lege plek springen.
Netto verplaatsen zich op deze manier O^2–-ionen door de elektrolyt heen, van de ene elektrode naar de andere elektrode.

Leg uit met behulp van de gegeven halfreacties in welke richting de O^2––ionen zich tijdens de stroomlevering verplaatsen, van elektrode A naar elektrode B of van B naar A.

Er zijn meerdere juiste antwoorden mogelijk. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- O^2– -ionen worden bij elektrode B gevormd (en bij A gebruikt), dus ze bewegen van elektrode B naar A.
- O^2– -ionen worden gebruikt bij elektrode A (en bij B gevormd), dus ze bewegen van elektrode B naar A.
- De elektronen bewegen van A naar B. De O^2–-ionen bewegen dus in tegengestelde richting, van B naar A.
Toelichting puntenscore:
- Juiste uitleg = 1 punt.
- Consequente conclusie = 1 punt.

Vraag 30 (2 punten)

Tijdens het rijden wordt vanuit de reformer CO₂ uitgestoten (reactie 1). Toch is onder een bepaalde voorwaarde het rijden met deze auto CO₂-neutraal.

Geef deze voorwaarde en licht toe waarom rijden met deze auto dan CO₂ –neutraal is.

Noteer je antwoord als volgt:
voorwaarde: …
toelichting: …

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
1. voorwaarde: gebruikmaken van bio-ethanol
  toelichting: de gevormde CO₂ is eerder opgenomen tijdens de fotosynthese/groei van planten.
2. 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 CO₂recentelijk door de planten opgenomen).
Toelichting puntenscore:
- Voorwaarde juist = 1 punt.
- Toelichting juist = 1 punt.
Opmerking
Een antwoord als het volgende wordt goed gerekend:
- voorwaarde: een bos planten
- toelichting: de CO₂ -uitstoot wordt opgenomen tijdens de groei van bomen.

Vraag 31 (2 punten)

Er zijn ook auto’s die rijden op waterstofgas. Op grond van de uitgangspunten van de groene chemie kunnen voordelen en nadelen van een SOFC-auto ten opzichte van een waterstofauto worden gegeven.

Geef een voordeel en een nadeel van een SOFC-auto ten opzichte van een waterstofauto.

Baseer je antwoord op twee van de volgende uitgangspunten: 2, 8 of 12.
Gebruik Binas-tabel 97F of ScienceData-tabel 38.6.

Noteer je antwoord als volgt:
uitgangspunt: … voordeel: …
uitgangspunt: … nadeel: …

Er zijn meerdere juiste mogelijkheden. Deze antwoorden zijn allemaal correct:
- Voorbeelden van een juist voordeel zijn:
  - punt 12: 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: de SOFC-auto gebruikt niet alle atomen uit ethanol (en een waterstofauto wel uit waterstof)/de atoomeconomie in een SOFC-auto is laag.
  - punt 8: in een SOFC-auto moet van ethanol eerst waterstof gemaakt worden. Dat is een stap extra (ten opzichte van een waterstofauto).
Toelichting puntenscore:
- Een juist voordeel van een SOFC-auto = 1 punt.
- Een juist nadeel van een SOFC-auto = 1 punt.

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2022 tijdvak 2.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

Lees meer

Bekijk alles

Kom je er nog niet uit?

Stap 1

Zoek verder in hulp bij leren

Stap 2

Stel de vraag in de vraagbaak

Eindexamen

Alcohol in de auto

Vak

Scheikunde

Niveau

Havo

Onderwerp

Analyse, Katalyse & Synthese, Reacties

Leerjaar

5

Alcohol in de auto

Vraag 22 (1 punt)

Toelichting antwoord:

Vraag 23 (3 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 24 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 25 (1 punt)

Vraag 26 (2 punten)

Toelichting antwoord:

Toelichting puntenscore:

Vraag 27 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 28 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 29 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 30 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Vraag 31 (2 punten)

Toelichting puntenscore:

Bekijk ook eens

Eindexamen

Metal fuels

Eindexamen

Brons

Eindexamen

Maniok

Eindexamen

Hard water

Eindexamen

Zalmbatterijtje

Eindexamen

Examenopgaven over methaan uit hout - scheikunde

Eindexamen

Examenopgaven over bioPAD® - scheikunde

Eindexamen

Palladiumvanger

Eindexamen

Battolyser

Eindexamen

Alcoholen uit CO2

Kom je er nog niet uit?

Examenopgaven over metal fuels - scheikunde

Wat doet een manager van een laboratorium?

Aan de slag met windenergie