Zonnebrandstof
eindexamen Alle eindexamens

Eindexamen

Zonnebrandstof

Dit zijn opgaven 1 t/m 9 uit het eindexamen scheikunde havo 2023 tijdvak 1.

Je hebt de uitwerkbijlage nodig voor vraag 6. Deze is bovenaan de pagina te downloaden onder .

 

Zonnebrandstof

tekstfragment:
“Iedere dertig minuten vangt de aarde een hoeveelheid zonlicht op waarmee we de hele wereld een jaar lang van energie kunnen voorzien. Hier ligt voor ons de uitdaging. We moeten gebruikmaken van deze mogelijkheid.” Met deze woorden opende toenmalig kroonprins Willem Alexander in 2011 een seminar in Dresden.
naar: www.groenegrondstoffen.nl

Wetenschappers hebben iets bedacht om zonlicht te kunnen gebruiken als ‘zonnebrandstof’. Voor deze zonnebrandstof wordt zonne-energie gebruikt die is opgevangen door zonnecellen, om water te ontleden tot waterstof en zuurstof. De gevormde waterstof wordt vervolgens door de genetisch aangepaste bacteriesoort R. eutropha met koolstofdioxide omgezet tot de zonnebrandstof isopropylalcohol (IPA). Dit proces is vereenvoudigd weergegeven in figuur 1a.

Het proces in figuur 1a heeft overeenkomsten met de natuurlijke fotosynthese.
Beide processen hebben bijvoorbeeld zonlicht als energiebron nodig.

 

Vraag 1 (2 punten)

Geef nog twee andere overeenkomsten tussen de hierboven beschreven vorming van zonnebrandstof en fotosynthese.

Vraag 2 (2 punten)

Isopropylalcohol (IPA) is een triviale naam. De structuurformule van IPA is hierboven in figuur 1b weergegeven.

Geef de systematische naam van IPA.

Vul een antwoord in.

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

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Vraag 3 (4 punten)

Een van de stappen in het proces waarbij bacteriën IPA produceren, is de omzetting van waterstof tot waterstofionen met behulp van ‘hydrogenasen’. Een hydrogenase is een enzym met in het reactieve deel onder andere ijzeratomen. In figuur 2 is een fragment van een hydrogenase vereenvoudigd weergegeven. Het zwavelatoom in de restgroep van de cysteïne-eenheid is gebonden aan een ijzeratoom (Fe) in plaats van aan een waterstofatoom. Deze binding is op te vatten als een atoombinding.

Geef de structuurformule van het fragment uit figuur 2. Gebruik Binas-tabel 67H1 of ScienceData-tabel 13.7c.

Vraag 4 (2 punten)

De omzetting van waterstof tot waterstofionen door het enzym is een halfreactie.

Leg uit, aan de hand van deze halfreactie, of voor deze omzetting van waterstof een oxidator of een reductor nodig is. Gebruik eventueel Binas-tabel 48 of ScienceData-tabel 9.1f.

Vraag 5 (2 punten)

De wetenschappers hebben onderzocht of het mogelijk is om bacteriën doelgericht IPA te laten produceren. Daarvoor hebben ze een experiment uitgevoerd waarbij waterstof en koolstofdioxide worden geleid door een suspensie van bacteriën in een verdunde zoutoplossing. De bacteriën kunnen zich in dit mengsel voortplanten. De groei van het aantal bacteriën in het mengsel werd gemeten. Hiervoor werd een maat gebruikt die de ‘optische dichtheid’ wordt genoemd. Hoe hoger de optische dichtheid, hoe meer bacteriën er in het mengsel aanwezig waren. Ook de productie van IPA door de bacteriën werd in de tijd gemeten. Beide resultaten zijn weergegeven in figuur 3.

Als hun voedingsstoffen (zoals de zoutoplossing) opraken, stoppen de bacteriën met zich te vermenigvuldigen en gaan ze IPA produceren. In het beschreven experiment gebeurt dit wanneer de optische dichtheid van 2,4 is bereikt.

Bereken de gemiddelde snelheid in mg IPA per liter per uur waarmee IPA wordt gevormd tussen 50 en 72 uur na de start van het experiment.

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.

Vraag 6 (2 punten)

Om IPA van het reactiemengsel te scheiden, wordt de suspensie met bacteriën gefiltreerd. Het filtraat bevat water en onder andere opgelost IPA. Hieraan wordt vervolgens zoveel keukenzout toegevoegd dat IPA en water zich als twee lagen van elkaar scheiden. Deze scheidingsmethode heet ‘uitzouten’. Door toevoeging van het zout raken alle watermoleculen betrokken bij de hydratatie van ionen uit het keukenzout. IPA-moleculen vormen dan waterstofbruggen met elkaar en niet meer met watermoleculen. Hier en op de uitwerkbijlage zijn twee IPA-moleculen weergegeven (de uitwerkbijlage kun je downloaden door bovenaan de pagina op de downloadknop te klikken).

Voer de volgende opdrachten uit op de uitwerkbijlage.

  • Teken een waterstofbrug tussen beide IPA-moleculen.
  • Teken de structuurformule van een derde IPA-molecuul dat met een waterstofbrug aan een van de andere IPA-moleculen is gebonden.

Vraag 7 (1punt)

Het proces dat beschreven wordt in deze opgave en wordt samengevat in figuur 1a, heeft eigenschappen van een batchproces.

Beschrijf een verschil op procesniveau tussen een batchproces en een continuproces.

Vraag 8 (3 punten)

IPA is een energiedrager en heeft een hoge energiedichtheid. De energiedichtheid van een brandstof is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van een bepaalde hoeveelheid van die brandstof. De energiedichtheid van vloeibare brandstoffen wordt vaak uitgedrukt in megajoule per liter (MJ L–1). De volledige verbranding van IPA is hieronder met een vergelijking weergegeven.

2 C3H8O (l) + 9 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 8 H2O (l)

De reactiewarmte van deze reactie is −20,1 x 105 J mol–1 IPA.

Laat door middel van een berekening zien dat de reactiewarmte van de volledige verbranding van IPA gelijk is aan −20,1 x 105 J mol–1 IPA.

  • Gebruik Binas-tabel 57A of ScienceData-tabel 9.2.
  • Gebruik voor de vormingswarmte van IPA: −3,18 x 105 J mol–1.

Vraag 9 (3 punten)

Bereken de energiedichtheid van IPA in MJ L–1.
Gebruik de volgende gegevens:

  • de reactiewarmte voor de volledige verbranding van IPA: −20,1 x 105 J mol–1 IPA
  • de dichtheid van IPA: 785 g L–1
  • 1 MJ = 106 J

 

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.

Ga naar de volgende opgaven van het eindexamen scheikunde havo 2023 tijdvak 1.

Bron: examenblad.nl

 

Bekijk ook eens

studiehulp icoon Palladiumvanger
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Palladiumvanger
Vragen 1 t/m 6 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Battolyser
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Battolyser
Vragen 7 t/m 15 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Lood in wijn
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Lood in wijn
Vragen 16 t/m 22 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Wasmiddel verwijdert vlekken
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Wasmiddel verwijdert vlekken
Vragen 23 t/m 28 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Toner
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Toner
Vragen 29 t/m 38 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Ethyllactaat
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Ethyllactaat
Vragen 1 t/m 8 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Lithium-ionbatterij
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Lithium-ionbatterij
Vragen 9 t/m 17 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Bromide in grondwater
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Bromide in grondwater
Vragen 18 t/m 23 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Groen is niet vers
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Groen is niet vers
Vragen 24 t/m 28 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Eiwitvertering
Scheikunde | Havo | 5
Eindexamen
Eiwitvertering
Vragen 29 t/m 37 uit eindexamen scheikunde havo 2021 tijdvak 1.
Lees meer