Brandstoffen en energie (Scheikunde havo), les 2: Examentraining

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Examentraining met vier vraagtypen: CO₂ per joule vergelijken, emissies en olieraffinage, redeneren over biomassa en een voorstel beoordelen. Acht vragen en een poll.

Een olieraffinaderij 's nachts in Mina al-Ahmadi, Koeweit

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Examentraining

Brandstoffen en energie: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: Grubb / Wikimedia Commons, publiek domein

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan CO₂ per joule berekenen, emissies en olieraffinage verklaren, redeneren over biomassa en een voorstel beoordelen met de levenscyclus.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: wat is gegeven (formule, J per mol, beschrijving van het proces) en wat wordt gevraagd?

• 2. Kies: CO₂ per joule berekenen, een emissie herleiden, het proces beredeneren of de keten bekijken?

• 3. Reken of redeneer: gebruik de molverhouding, de C/H-verhouding of de kringloop; let op eenheden.

• 4. Controleer: klopt de afronding en noem je de hele keten, niet alleen de verbranding?

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Vraagtype 1: CO₂ per joule vergelijken

• CO₂ per MJ = aantal mol CO₂ per mol brandstof gedeeld door de vrijgekomen MJ per mol.

• Propaan, C₃H₈: C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. Bij 1,00 mol komt 2,22·10⁶ J vrij.

• Methaan, CH₄: 1 CO₂ per 8,91·10⁵ J, dus 1,12 mol CO₂ per MJ.

• Hoe hoger de C/H-verhouding, hoe meer CO₂ per joule.

Propaan: 3 CO₂ per 2,22 MJ. Mol CO₂ per MJ?

Per mol propaan: 3 mol CO₂ en 2,22·10⁶ J = 2,22 MJ. 3 / 2,22 = 1,351 mol CO₂ per MJ, afgerond op drie significante cijfers 1,35. Het getal 3 is een geteld aantal. Verwachte fout: de 3 vergeten (1 / 2,22 = 0,450) of delen door 2,22·10⁶ zonder om te rekenen naar MJ. Syllabus T2.2.

Welke brandstof geeft naar verwachting de minste CO₂ per joule?

A

C₂H₆

B

C₃H₈

C

CH₄

D

C₈H₁₈

C/H-verhoudingen: CH₄ 1/4 = 0,25; C₂H₆ 2/6 = 0,33; C₃H₈ 3/8 = 0,375; C₈H₁₈ 8/18 = 0,44. De laagste C/H-verhouding geeft de minste CO₂ per joule. Verwachte fout: kiezen voor de grootste molecuul-formule omdat die meer energie per mol geeft; het gaat om CO₂ per joule. Syllabus T2.2.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Vraagtype 2: emissies en olieraffinage

• SO₂ komt uit zwavel in de brandstof; NOx uit N₂ en O₂ uit de lucht bij hoge temperatuur.

• Gefractioneerde destillatie scheidt aardolie op kookpunt; kleine moleculen komen bovenin uit.

• Een groter molecuul heeft een hoger kookpunt en verlaat de toren lager.

• Gebruik bij SO₂ en NOx de vraag: zit het in de brandstof of in de lucht?

Een kolencentrale stoot SO₂ uit. Waar komt de zwavel vandaan?

A

Uit de zuurstof in de lucht

B

Uit zwavel die in de steenkool zit

C

Uit de stikstof in de lucht

D

Uit het koelwater van de centrale

Steenkool bevat zwavel, dat bij verbranden SO₂ geeft: S + O₂ → SO₂. Verwachte fout: de lucht als bron aanwijzen, zoals bij NOx. Syllabus T2.2.

Benzine verlaat de toren hoger dan diesel. Wat verklaart dit?

A

Grotere moleculen, dus een lager kookpunt

B

Kleinere moleculen, dus een hoger kookpunt

C

Grotere moleculen, dus een hoger kookpunt

D

Kleinere moleculen, dus een lager kookpunt

Benzinemoleculen zijn kleiner dan dieselmoleculen en hebben een lager kookpunt; ze condenseren pas hoger in de toren. Verwachte fout: het verband tussen grootte en kookpunt omdraaien. Syllabus T2.2.

Veld met koolzaad: uit de olie in het zaad kan biodiesel worden gemaakt (Denemarken) (foto: Yasser Youssef, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Vraagtype 3: redeneren over biomassa

• Beschrijving: een boer vergist mest en mais in een afgesloten tank zonder zuurstof.

• Bacteriën zetten glucose om. Vereenvoudigd: C₆H₁₂O₆ → 3 CH₄ + 3 CO₂.

• Het biogas wordt verbrand in een motor die stroom levert.

• De mais nam eerder CO₂ op uit de lucht.

Image credit: Yasser Youssef / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Hoeveel mol CH₄ ontstaat uit 0,50 mol glucose?

A

0,50 mol

B

3,0 mol

C

0,17 mol

D

1,5 mol

Molverhouding glucose : CH₄ = 1 : 3. 0,50 × 3 = 1,5 mol. Verwachte fouten: de molverhouding vergeten (0,50), de 3 niet met 0,50 vermenigvuldigen (3,0) of delen in plaats van vermenigvuldigen (0,17). Controle vergelijking: links 6 C, 12 H, 6 O; rechts 3 + 3 = 6 C, 12 H, 6 O. Syllabus T2.1.

Waarom telt CO₂ uit biogas nauwelijks mee?

De koolstof in het biogas komt uit mais die de CO₂ eerder uit de lucht opnam bij de fotosynthese; bij verbranden gaat die CO₂ terug naar de lucht: een kringloop. Bij fossiele brandstof komt de koolstof uit de ondergrond. Verwachte fout: zeggen dat er geen CO₂ vrijkomt. De vraag gaat over het biogas uit de beschrijving (mais en mest) met extra CO₂ ten opzichte van fossiele brandstof. Syllabus T2.1 en T2.2.

Houtpellets in een opslagtank: een brandstof uit biomassa (foto: Ralph Oesker, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Vraagtype 4: een voorstel beoordelen

• Voorstel: een kolencentrale stookt voor een deel houtpellets bij in plaats van steenkool.

• De pellets worden in een ver bos gemaakt en per schip vervoerd.

• Beoordeel met de levenscyclus: alle stappen, niet alleen verbranden.

• Noem ook andere argumenten: kosten, landgebruik, voedsel.

Image credit: Ralph Oesker / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Wat hoort bij een eerlijke beoordeling van de houtpellets?

A

Alleen de CO₂ bij verbranding tellen

B

De CO₂ over de hele levenscyclus meetellen

C

Alleen het transport per schip bekijken

D

Alleen de prijs per kilogram vergelijken

Bij levenscyclusdenken tel je alle stappen mee: kappen, drogen, pelletiseren, transport en verbranden, en vergelijk je met de brandstof die je vervangt. Verwachte fout: alleen de verbranding bekijken. Syllabus T4.1.

Noem een stap vóór het verbranden die CO₂ kost.

Bijvoorbeeld: machines voor kappen en zagen, drogen en pelletiseren in de fabriek, of transport per schip en vrachtwagen. Verwachte fout: alleen de verbranding noemen of een stap noemen die geen energie kost. Syllabus T4.1.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

CO₂ per joule vergelijken

2

Emissies en olieraffinage

3

Redeneren over biomassa

4

Een voorstel beoordelen

Bespreek het vraagtype met de meeste stemmen nog eens klassikaal.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · BRANDSTOFFEN

Tips voor op het examen

• Reken CO₂ per joule altijd om naar dezelfde eenheid, bijvoorbeeld mol CO₂ per MJ.

• SO₂ komt uit de brandstof, NOx uit de lucht: zeg erbij waar de stof vandaan komt.

• Bij biomassa: noem de kringloop én de ketenstappen; alleen kringloop is te kort.

• Bij een voorstel: noem voor- en nadelen en onderbouw met CO₂ per joule of levenscyclus.