Duurzaamheid en milieu (Scheikunde vwo), les 2: Examentraining

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introductie

Examentraining met vier vraagtypen: energie en CO₂ per joule, emissies en maatregelen, redeneren over biomassa en een keuze beargumenteren. Acht vragen met berekeningen en situaties.

Koeltorens van een centrale: damp stijgt op, de warmte gaat de lucht in (foto: Vsatinet, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Examentraining

Duurzaamheid en milieu: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: Vsatinet / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Wat ga je kunnen?

Ik kan brandstoffen vergelijken met berekeningen, emissies en maatregelen beoordelen, redeneren over biomassa en een keuze met een levenscyclus beargumenteren.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: wat is gegeven (stof, getal, eenheid, situatie) en wat wordt gevraagd?

• 2. Kies: reken je (mol, energie, massa), redeneer je met een reactie of beoordeel je een voorstel?

• 3. Werk uit: schrijf elke stap met eenheid op; geef bij een oordeel een voordeel, een nadeel en een keuze.

• 4. Controleer: zijn eenheid en significante cijfers goed en volgt de conclusie uit je argumenten?

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Vraagtype 1: energie en CO₂ per joule

• Gegeven (J mol⁻¹): CH₃OH 7,26·10⁵ en C₄H₁₀ 2,88·10⁶.

• Molaire massa's (Binas): C 12,01, H 1,008 en O 16,00 g mol⁻¹.

• Energie per kg = energie per mol ÷ molaire massa (in kg mol⁻¹).

• CO₂ per MJ = mol CO₂ per mol brandstof ÷ energie per mol (in MJ).

Hoeveel energie levert 1,0 kg methanol (CH₃OH)?

A

2,3·10⁴ J

B

7,3·10⁵ J

C

4,4·10⁻⁵ J

D

2,3·10⁷ J

M(CH₃OH) = 12,01 + 4 × 1,008 + 16,00 = 32,04 g mol⁻¹. 1000 g ÷ 32,04 = 31,2 mol; 31,2 × 7,26·10⁵ = 2,27·10⁷ J, afgerond 2,3·10⁷ J (twee significante cijfers). Verwachte fouten: gram niet naar kg omrekenen (2,3·10⁴), de energie per mol niet vermenigvuldigen met het aantal mol (7,3·10⁵) en de breuk omkeren (4,4·10⁻⁵). Syllabus T5.1.

Butaan geeft 2,88·10⁶ J mol⁻¹. Hoeveel mol CO₂ per MJ?

C₄H₁₀ + 6,5 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O, dus 4 mol CO₂ per mol butaan. 4 ÷ 2,88·10⁶ J = 1,39·10⁻⁶ mol per J = 1,39 mol per MJ. Dat ligt tussen CH₄ (1,12) en C₈H₁₈ (1,46), passend bij de C/H-verhouding. Verwachte fouten: de molverhouding vergeten (0,347) en energie delen door 4 (0,72). Syllabus T5.2.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Vraagtype 2: emissies en maatregelen

• Gegeven: S + O₂ → SO₂.

• Molaire massa's (Binas): S 32,06 en SO₂ 64,06 g mol⁻¹.

• Stappen: massa S, naar mol S, molverhouding 1 : 1, naar massa SO₂.

• Een maatregel heeft altijd een gevolg: noem ook wat het kost of oplevert.

Brandstof met 1,50 massa% S: hoeveel kg SO₂ bij 1,00·10³ kg brandstof?

A

15,0 kg

B

30,0 kg

C

60,0 kg

D

7,50 kg

Massa S: 1,50% van 1,00·10³ kg is 15,0 kg. 15,0 kg ÷ 32,06 g mol⁻¹ = 0,468 kmol S; molverhouding 1 : 1, dus 0,468 kmol SO₂ × 64,06 = 30,0 kg. Verwachte fouten: massa S als massa SO₂ nemen (15,0), met 2 vermenigvuldigen (60,0) en delen door 2 (7,50). Syllabus T5.2.

Koelere vlam tegen NOx: geef een nadeel.

Een koelere vlam geeft minder NOx, maar meestal een lager rendement en soms meer onvolledige verbranding (CO en roet). Verwacht een van die twee. Verwachte fout: stellen dat de CO₂-uitstoot per joule hierdoor daalt. Syllabus T5.2.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Vraagtype 3: redeneren over biomassa

• Fermentatie: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂.

• Molaire massa's (Binas): glucose 180,16, ethanol 46,07 en CO₂ 44,01 g mol⁻¹.

• Een bos groeit decennia, een akkergewas een seizoen: de tijdschaal van de kringloop verschilt.

• Beoordeel altijd de hele keten en het landgebruik.

Hoeveel kg ethanol ontstaat theoretisch uit 1,00 kg glucose?

A

0,511 kg

B

0,256 kg

C

0,489 kg

D

1,02 kg

1000 g ÷ 180,16 = 5,55 mol glucose; molverhouding 1 : 2 geeft 11,10 mol ethanol; × 46,07 g mol⁻¹ = 511 g = 0,511 kg. Verwachte fouten: de molverhouding vergeten (0,256), de massa CO₂ nemen (0,489) en 2 × 0,511 voor de massa (1,02). Syllabus T3.1.

Een bos van tachtig jaar wordt gekapt en als pellets verbrand. Wat klopt?

A

Netto is de CO₂-uitstoot nul, want hout is biomassa

B

Er verandert niets, planten leggen CO₂ meteen vast

C

Het bos heeft decennia nodig om de CO₂ terug te leggen

D

Pellets geven minder CO₂ per joule dan aardgas

De koolstof van het bos komt in een jaar vrij maar het duurt decennia voor nieuwe bomen dezelfde hoeveelheid vastleggen. Op de korte termijn is de CO₂ in de lucht dus hoger. Hout heeft per joule ongeveer evenveel of meer CO₂ dan aardgas. Verwachte fout: biomassa altijd CO₂-neutraal noemen. Syllabus T5.2.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Vraagtype 4: een keuze beargumenteren

• Vergelijk per gebruik, over de hele levenscyclus.

• Gebruik de aspecten: afval, energie, grondstoffen, milieu, recycling en transport.

• Reken per gebruik: productie ÷ aantal keer gebruik + transport per keer.

• Koppel een wereldvraagstuk aan een chemisch concept.

Glas: 4,0 MJ productie, 30 keer gebruikt, 0,50 MJ transport. Per gebruik?

A

4,5 MJ

B

0,63 MJ

C

0,13 MJ

D

0,15 MJ

4,0 ÷ 30 = 0,133 MJ plus 0,50 MJ transport = 0,63 MJ per gebruik. De getallen zijn fictief. Verwachte fouten: niet delen door het aantal keer gebruik (4,5), het transport vergeten (0,13) en alles delen door 30 (0,15). Syllabus T5.1 en T6.2.

Welk chemisch concept past bij drinkwater?

Verwacht: scheiden van zout of vervuiling van water, bijvoorbeeld destilleren of membranen, of zuiveren van afvalwater. Verwachte fout: alleen een vraagstuk herhalen zonder een concept te noemen. Syllabus T6.4.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

Energie en CO₂ per joule

2

Emissies en maatregelen

3

Redeneren over biomassa

4

Een keuze beargumenteren

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · DUURZAAMHEID

Tips voor op het examen

• Schrijf bij elke berekening de eenheid mee: J, MJ, kg, g en m³ lopen snel door elkaar.

• Biobrandstof is niet CO₂-vrij: noem altijd de keten en de tijdschaal van de kringloop.

• Bij een voorstel: noem een voordeel, een nadeel en je keuze.

• Zet een vergelijking altijd op dezelfde basis: per joule, per gebruik of per kilogram.