Hoofdstuk 9 Energieproductie

Planning Vandaag: Theorie hoofdstuk 9 Huiswerk maken

Hoofdstuk 9.2 Oxidatie wordt in het algemeen gebruikt als een deeltje met zuurstof reageert Dit is erg beperkt Koper blijkt aan de lucht te oxideren tot koper(II)oxide Koper staat elektronen af en zuurstof neemt ze op Bij koper en chloor is dat hetzelfde

De reductor Atomen die elektronen afstaan zijn voornamelijk metalen Een uitzondering is waterstof Stoffen die elektronen afstaan noemen we reductoren

De reductor Wanneer een reductor een elektron afstaat krijgt het een andere lading

voorbeelden Na (s)  Na+ + e- Zn (s)  Zn2+ + 2e- Al (s)  Al3+ + 3e-

De oxidator Stoffen die bij reacties elektronen opnemen noemt men oxidatoren Dit zijn de niet-metalen De oxidator zal dan een andere lading krijgen

Voorbeeld oxidator Chloor neemt 1 elektron op dus: Chloor komt in de natuur alleen voor als Cl2 Dus: Cl2 (s) + 2e- 2Cl-

Begrippen Reductie is het opnemen van elektronen door een deeltje Oxideren is het afstaan van elektronen door een deeltje Een reductor is een stof die bij een reactie elektronen afstaat Een oxidator is een stof die bij een reactie elektronen opneemt Dus een oxidator reduceert En een reductor oxideert

oxiden Oxiden zijn verbindingen met zuurstof Oxiden kun je in 2 groepen onderscheiden: Oxiden van metalen Oxiden van niet-metalen

oxiden van metalen Het vormen van oxiden gaat niet altijd even makkelijk Hiervoor kan het periodiek systeem gebruikt worden

Groep 1 en 2 reageren het beste. Bij verwarming heftige reactieverschijnselen Bijv steekvlam, harde knal, fel licht Onedele metalen De overige metalen reageren minder fel Sommige reageren niet of nauwelijks met zuurstof Edele metalen Au, Ag, Pt

Spontane reactie De spontane reactie van metalen met zuurstof wordt oxidatie genoemd Deze reacties gaan bij normale temperatuur gewoon door

Reactieschema Metaal + zuurstof  metaaloxide Bijv: 2 Mg (s) + O2 (g)  2 MgO (s) 4 K (s) + O2 (g)  2 K2O (s) Let op!!: 2 Fe (s) + O2 (g)  2 FeO (s) Ijzer(II)oxide 4 Fe (s) + 3 O2 (g)  2 Fe2O3 (s) Ijzer(III)oxide

Huiswerk Opdracht 1t/m 6 van de open en meerkeuze vragen Worden uitgedeeld!

Scheikunde Redoxreacties Week 2 Scheikunde Redoxreacties

Planning Huiswerk nakijken Theorie Huiswerk maken

Huiswerk Meerkeuze 1 t/m 6 1. C 2. A 3. A 4. D 5. A 6. A

Huiswerk Na+, Ca2+, Al3+ K (s) en Ba (s) Opnemen: O2 (g), S (s), Br2 (l) Afstaan: Mg (s), Fe (s), Sn (s) 4. 5. Stikstof

6.

Corrosie Wanneer oxidatie niet gewenst is Metalen zijn aangetast Metalen verliezen geheel of gedeeltelijk hun functie Dof worden van aluminium Zwart worden van zilveren sieraden Groen uitslaan van koperen daken Doorroesten van auto onderdelen

Roest Ijzer in water: Fe (s)  Fe2+ (aq) + 2e- Roestvorming: Fe2+  Fe3+ + e- De elektronen die vrijkomen worden opgenomen door zuurstof uit water Zink voorkomt roest bij ijzer

Roest O2- en Fe3+ ionen vormen de vaste stof Fe2O3 (roest) Bij roesten is altijd nodig: Zuurstof Water metaal Zout werkt als katalysator en zorgt voor sneller roesten

Corrosiebescherming Om corrosie tegen te gaan worden verschillende manieren gebruikt: Afsluitende deklaag aanbrengen Op metaal van niet-metallische aard Op metaal van metallische aard Legeren Kathodische bescherming

afsluitende deklaag op metalen van niet metallische aard Vetten en oliën Machine onderdelen en gereedschap Bitumen Aardolieproducten bij olietanks en leidingen Kunststoffen Beschermen van gereedschappen

Email Fosfaten Anodiseren Huishoudelijke voorwerpen Auto-industrie Oxide laagje bij aluminium en magnesium huishoudelijke voorwerpen

afsluitende deklaag op metalen van metallische aard Metallische aard: metalen die zelf een corrosiehuid aan kunnen maken Thermische methode Onderdompelen in vloeibaar zink, tin of lood Galvaniseren Verzinken van metalen Bij metalen die niet zo warm mogen worden

Legeren 2 metalen mengen Belangrijkste eigenschappen worden benadrukt Bijvoorbeeld: Staal in combinatie met chroom of nikkel (of combinatie hiervan) Roestvrij staal

Kathodische bescherming Polijsten Slijpen met bijv diamantpoeder of glaspoeder Ontvetten Beitsen Voorwerpen onderdompelen in een zuur Metaaloxiden worden verwijderd Stralen Krachtige straal zand op voorwerp Oneffenheden en verontreinigingen weg

Oxiden van niet-metalen Niet-metalen reageren ook met zuurstof maar niet spontaan Verbranding Groep 18 reageert niet met zuurstof Niet-metaal + zuurstof  niet-metaaloxide Oxiden van niet-metalen zijn slecht voor het milieu

telwoorden Mono  één Di  twee Tri  drie Tetra  vier Penta  vijf Hexa  zes Hepta  zeven Octa  acht Nona  negen Deca  tien

Herhaling: Begrippen Reductie is het opnemen van elektronen door een deeltje Oxideren is het afstaan van elektronen door een deeltje Een reductor is een stof die bij een reactie elektronen afstaat Een oxidator is een stof die bij een reactie elektronen opneemt Dus een oxidator reduceert En een reductor oxideert

9.2 Redoxreacties Redox reductor oxidator staat af elektronen neemt op

Hoe herken je een redoxreactie Ladingen veranderen Pb  Pb2+ reductor Cl2  2 Cl- Oxidator Dit noemt men halfreacties! Elementen ontstaan of verdwijnen + 2e- + 2e-

voorbeelden Pb (s) + Cl2 (g)  PbCl2 (s) 2+ 1- Pb (s) + Cl2 (g)  PbCl2 (s) Ca2+ (aq) + CO32- (aq)  CaCO3 (s) 2H2 (g) + O2 (g)  2 H2O (l) 2 Ag2O (s)  4Ag (s) + O2 (g) ladingsverschil 2+ 2- Geen ladingsverschil en geen elementen verandering Geen ladingsverschil maar elementen verdwijnen 1+ 2- Ladingsverschil en elementen ontstaan

Halfreacties Al (s) H+ (aq) + Cl- (aq) Al (s)  Al3+ (aq) + 3e- Reductor (staat 3 e af) 2H+ (aq) + 2e-  H2 (g) oxidator

Halfreacties Al (s)  Al3+ (aq) + 3e- x2 2H+ (aq) + 2e-  H2 (g) x3 Elektronen moeten gelijk worden!!! 2 Al (s)  2 Al3+ (aq) + 6e- 6H+ (aq) + 6e-  3H2 (g) + 2Al (s) + 6H+ (aq)  2 Al3+ (aq) + 3H2 (g)

Voorbeeld Cu2+ (aq) + 2 NO32- (kopernitraat) Pb (s) Cu2+ (aq) +2e-  Cu (s) Pb (s)  Pb2+ (aq) +2e- + Cu2+ (aq) + Pb (s)  Cu (s) + Pb2+ (aq) Elektronen zijn al gelijk!

Tabel 48

Tabel 48 Oxidatoren Reductors Sterkte van oxidatoren en reductors Wanneer reageren de stoffen met elkaar De oxidator moet boven de reductor staan

Huiswerk Opdracht 2 t/m 7 blz 84 Maak opdracht 8, 10 t/m 13, 15 a t/m d, 16 en 17

Hoofdstuk 9

Planning Huiswerk nakijken Herhaling Nieuwe theorie Huiswerk maken

Huiswerk nakijken 2. a. Een halfreactie is een verandering van 1 van de beginstoffen. Hierin staan altijd elektronen b. een totaalreactie is de optelsom van 2 halfreacties. Hierin staan geen elektronen 3. De elektronen verhuizen alleen maar er komen geen elektronen bij of weg.

4. a. 1. neemt op, 2 staat af, 3 staat af, 4 neemt op b. 1 4. a. 1. neemt op, 2 staat af, 3 staat af, 4 neemt op b. 1. Cu2+ + 2 e-  Cu 2. 2 Cl-  Cl2 + 2 e- 3. Pb2+  Pb4+ + 2 e- 4. S + 2 e-  S2- 5. a. reductor is een deeltje dat elektronen afstaat b. Oxidator is een deeltje dat elektronen opneemt c. elke reactie waarbij ladingen veranderen en/of elementen betrokken zijn

6. Er is sprake van een redox reactie 6. Er is sprake van een redox reactie wanneer er ladingen veranderen en/of elementen verdwijnen of ontstaan. 7. 1, 2, 4 en 5 zijn redoxreacties. Dat zie je aan de elementen die erin staan. Bij 4 en 5 is ook een ladingsverschil 3 is geen redoxreactie. a. de sterkste oxidator staat boven aan b. de sterkste reductor staat onderaan c. een oxidator en bijbehorende reductor is een redoxkoppel d. De Ox moet hoger staan dan de Red.

10. a. Reductor b. Oxidator c. Oxidator d. Reductor e. Oxidator f 10. a. Reductor b. Oxidator c. Oxidator d. Reductor e. Oxidator f. Reductor g. kan Reductor of oxidator zijn 11. a. 2 Fe2+ + Cl2  2 Cl- + 2 Fe3+ b. 2 Cr + 6 H+  3 H2 + 2 Cr3+ c. Co + 2 Ag+  2 Ag + Co2+

12. a. b. 13. a. b en c. Ox Red Kan verlopen? 1 Co2+ Pb Nee 2 Ag+ Co Ja 3 Pb2+ Ag nee OX RED 1 Cl2 Pb 2 I2 K 3 Br2 Ni 4 S Ag Pb  Pb2+ + 2 e- Cl2 + 2 e-  2 Cl- Pb + Cl2  PbCl2 Ni  Ni2+ + 2 e- Br2 + 2 e-  2 Br- Ni + Br2  NiBr2 K  K+ + e- I2 + 2 e-  2 I- 2 K + I2  2KI Ag  Ag+ + e- S + 2 e-  S2- 2 Ag + S  Ag2S

15. a. Cu2+ = OX Zn = RED b. Cu2+ staat boven Zn dus verloopt. c 15. a. Cu2+ = OX Zn = RED b. Cu2+ staat boven Zn dus verloopt. c. Cu2+ (aq)+ 2 e-  Cu (s) Zn (s)  Zn 2+ (aq) + 2 e- d. Cu2+ (aq)+ Zn  Cu (s) + Zn 2+ (aq) 16. Inventariseer alle deeltjes in het reactievat Zoek voor elk deeltje of combinatie van deeltjes uit of het een oxidator of reductor is Tel de half vergelijkingen op van de sterkste oxidator en reductor.

17.1. 3 Cl2 (g)+ 2 Al (s)  2AlCl3 (s) 2. Cl2 (g)+ 2 Br - (aq)  2Cl- (aq) + Br2 (l) 3. 2 H+ (aq) + Fe (s)  H2 (g) + Fe2+ (aq) 4. Verloopt niet 5. 2 Fe2+ (aq) + 2I- (aq)  2 Fe2+ (aq) + I2 (s) 6. 2H2O(l)+ Ca(s)  H2(g)+ Ca2+(aq)+ 2OH- (aq) 7. Cr3+ (aq) + Al (s)  Cr (s) + Al3+ (aq) 8. H2O2(l) + 2 H+(aq) + 2I- (aq)  2H2O2(l) + I2(s) 9. Cr2O72-(aq) + 8H+(aq) + 3 H2C2O4(aq)  2Cr3+(aq) + 7H2O (l) + 6 CO2 (g) 10.2NO3- (aq) + 4H+(aq) + Cu (s)  2NO2 (g) + 2H2O(l) + Cu2+ (aq)

Elektrische cellen Bij de reactie van zink met een oplossing van koper(II)chloride wordt zink bedekt met een laagje koper Cu2+ (aq) + 2e-  Cu (s) Zn (s)  Zn2+ (aq) + 2e- Totaal: Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq) Hierbij wordt stroom opgewekt wanneer er een geleidende stof stof aanwezig is

Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq) Hierbij wordt stroom opgewekt wanneer er een geleidende stof aanwezig is Dit noemt men een cel

Een cel heeft een plus en min pool Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq) Zink staat elektronen af dus is de – pool Koper neemt elektronen op dus is de + pool

Batterijen Wanneer een cel in een vast voorwerp zit noemen we dat een batterij Een batterij bestaat uit: Oxidator Reductor Stroomgeleidende tussenstof (elektrolyt)

Batterij Er zijn verschillende soorten zoals: Loodaccu Zinkbatterij Accu van auto’s Zinkbatterij De batterij die we standaard kennen Kwikcel Kleine batterijen voor bijv. pacemakers en hoorapparaten Heel slecht voor het milieu!!

3.8 Elektrolyse Reactie onder stroom https://www.youtube.com/watch?v=Vj1rkla_iU8 https://www.youtube.com/watch?v=1e8K6oaH-p8

9.3 energie uit batterijen Energiebronnen: Zon, aarde, water en wind Energievormen: Zonne-energie, wind-energie, licht enz Energiedragers: brandstoffen, biomassa en andere stoffen die met elkaar reageren waarbij energie vrijkomt

Rendement Zo hoog mogelijk rendement Veel energie gaat verloren in de vorm van warmte

Oplaadbare batterijen of niet? De redoxreactie moet omkeerbaar zijn Ligt aan de stoffen in de batterij Niet oplaadbare batterijen: Alkaline-mangaanoxide (digitale camera’s) Oplaadbare batterijen: Lithium-mangaanoxide (computers) Nikkel-cadmium Lithium-ion (mobiele telefoon)

Huiswerk 20 t/m 22a, 23, 25, 26, 29, 30, 32a t/m d

Energie

Huiswerk nakijken 20 a. zon, aarde, water en wind b. brandstoffen, biomassa, chemische reactie c. zonne-energie, windenergie, licht 21. a. chemische energie in benzine kan omgezet worden in bewegingsenergie en of warmte b. Dat niet alle energie wordt omgezet in bewegingsenergie maar ook andere vormen van energie

21. c. warmte 22. a. 2 C8H18 + 25 O2  16 CO2 + 18 H2O 23. a. elektrische stroom bestaat uit bewegende elektronen b. tijdens een redoxreactie worden elektronen overgedragen van de RED naar de OX. Als je deze elektronenstroom opvangt heb je beschikking tot elektrische stroom 25. oxidator, reductor, stroom geleidende tussen stof (elektrolyt)

26. a. ze stromen van de sterkste RED naar de sterkste OX b 26. a. ze stromen van de sterkste RED naar de sterkste OX b. in de halfcel met de sterkste red zit de negatieve elektrode 29. a. Een batterij is oplaadbaar wanneer de chemische reactie omkeerbaar is. b. De verhouding geleverde energie: massa batterij 30. a. Alkaline-mangaanoxide batterij en lithium-mangaanoxide batterij (niet) b. nikkel-cadmium, lithium-ion, loodaccu’s

30. c. grondstoffen sparen, onkosten sparen, milieu wordt ontzien 32. a. Zn is Red, MnO2 is OX b. elektronen gaan van – naar + dus zink is de negatieve elektrode. c. In MnO2 is de lading: +4 In MnO(OH) is de lading: +3 d. Zn (s) + 2 MnO2 (s) + H2O(l)  ZnO(s) + 2 MnO(OH) (s) e. nee is een niet oplaadbare batterij. De oxidator en reductor zijn niet sterk genoeg

9.4 Energie uit brandstoffen Fossiele brandstoffen: Steenkool Aardolie Moet eerst bewerkt worden voor het gebruik Dmv destillatie aardgas

Biobrandstoffen Eerste generatie Tweede generatie Derde generatie Gemaakt uit plantaardig materiaal Tweede generatie Afgedankt frituurvet, plantenresten, houtsnippers Derde generatie Bacteriën, algen

processen Vergisting Pyrolyse Omestering Zetmeel omzetten in glucose Verhitten in afwezigheid van zuurstof Hierdoor verdwijnt water en zuurstof en krijg je een olieachtige stof Omestering Biodiesel maken Eerst esters verbreken en dan weer nieuwe vormen

huiswerk Maak opdracht: 40 t/m 43, 45 t/m 47, 52, 54

Energie

Planning Huiswerk nakijken Theorie Huiswerk maken

Huiswerk nakijken 40. a. steenkool, aardolie, aardgas b. aardoliefracties worden opgevangen bij de destillatie van aardolie. Het zijn mengsels van vloeistoffen waarbij de kookpunten dicht bij elkaar liggen c. omdat een aardoliefractie een mengsel is, heeft het een kooktraject. d. Gas, Nafta, kerosine, lichte en zware gasolie

41. a. tijdens het condenseren komt er weer warmte vrij. b 41. a. tijdens het condenseren komt er weer warmte vrij. b. je kunt de vrijgekomen warmte gebruiken om het te destilleren mengsel voor te verwarmen c. nee er wordt warmte afgestaan aan de omgeving: die gaat verloren voor het proces 42. a. CnH2N+2 b. c. d. Isomeren

43. a. C (s) + 2Fe2O3 (s)  Fe (s) + 3CO2(g) b. Ladingsverschil c 43. a. C (s) + 2Fe2O3 (s)  Fe (s) + 3CO2(g) b. Ladingsverschil c. Fe3+ is OX en C is RED. 45. a. brandstoffen die gemaakt worden uit biomassa (plantaardig of dierlijk) b. eerste generatie: plantaardig materiaal dat geschikt is voor voedsel, tweede generatie: afvalstoffen c. neemt landbouwgrond in beslag 46. vergisting, pyrolyse, omestering, (HTU)

47. a. C6H12O6  C2H6O + CO2 b. ethanol wordt gemaakt uit suikerriet dus eerste generatie. Methaan wordt gemaakt uit mest dus tweede generatie 52. a. een brandstof is duurzaam als deze afkomstig is uit een hernieuwbare bron en het milieu zo min mogelijk belast b. klimaatneutraal betekend dat er geen verandering in het klimaat kan optreden als gevolg van het gebruik van deze brandstoffen. c. broeikaseffect en klimaatverandering

54. a. koolstofdioxide en water, bij zwavelverontreiniging ook zwaveldioxide b. alles van a en koolstofmonoxide, roet en onverbrande koolwaterstoffen. c. bij biobrandstof heb je dezelfde stoffen als bij fossiele brandstoffen alleen is er minder vervuiling waardoor er minder zwaveldioxide zal ontstaan

9.5 duurzame energie uit bronnen Duurzame energie is energie uit bronnen die nooit opraken Zon Zee Wind Aardwarmte Biomassa Water

Duurzame energie Fossiele brandstoffen moeten vervangen worden door duurzame energiebronnen Anders te weinig energie voor alle mensen Fossiele brandstoffen raken op Slecht voor het milieu Duurzame energie raakt niet op

Energie van de zon Grootste energieleverancier In Nederland 2 technieken Zonnecollector Water verwarmen dmv de zon Zonnepaneel Zonne-energie meteen omzetten in elektrische energie Zonnetoren Kan beide

Energie uit de zee Getijdencentrales Watermolens Golfslagcentrales Osmose Grens van zoet en zout water

Energie van wind en aarde Windmolenparken op land of in zee Aarde: Landen met vulkanische activiteit Erg dure tecniek

Huiswerk Maak opdracht: 60, 61, 63 t/m 65c, 67, 69, 70

Huiswerk nakijken 60. a. Duurzame energie is energie uit bronnen die niet op raken. b. zon, wind, zee, aardwarmte, biomassa, water c. GEA betekend Global Energy Assessment 61. Fossiele brandstoffen hebben een negatief effect op het milieu en ze raken op

63. a. zonne-energie verwarmt water b 63. a. zonne-energie verwarmt water b. zonne-energie wordt direct omgezet in elektrische stroom c. zonne-energie wordt dmv spiegels opgevangen en de warmte wordt gebruikt om stroom te generen. De stroom zet turbines in werking waardoor bewegingsenergie ontstaat. Deze wordt omgezet in elektrische energie 64. a. in groep 14 b. atoommodel van Si

64. c. 4 omdat hij nog 4 elektronen op kan nemen d 64. c. 4 omdat hij nog 4 elektronen op kan nemen d. er komen geen geladen deeltjes voor e. een fosfor atoom heeft 5 elektronen in zijn buitenste schil. 4 van de 5 elektronen vormen een binding met Si dus 1 elektron “over”. Deze zorgt voor de geleiding 65. a. spiegels  ontvanger boven in de toren. Zonnewarmte  opgevangen in een gesmolten nitraat Water  stoom  stoomgenerator elektrische energie

65. b. NaNO3 c. bij stollen komt warmte vrij dus exotherm 67 65. b. NaNO3 c. bij stollen komt warmte vrij dus exotherm 67. getijden, golfslag, osmose 69. a. wind is bewegende lucht b. het blijft altijd waaien dus duurzaam c. bewegingsenergie wordt direct omgezet naar elektrische energie 70. a. windmolens zorgen voor geluidsoverlast en passen niet in het landschap b. kosten zijn te hoog. Niet rendabel.