Deel A (voorbereiding)

Op 13 januari 2011 sloeg er een schip met zwavelzuur om op de Rijn bij de Lorelei.

Bekijk de foto van dit incident uit NRC Handelsblad van 13 januari 2011.

Volgens de Duitse scheepvaartautoriteit WSV is er geen zwavelzuur in de Rijn terecht gekomen.

Een ongeluk op de Rijn waarbij wel zuur in de rivier terecht kwam vond plaats op 21 november 2001.

Bestudeer een fragment uit het NOS-Journaal van 21 november 2001 en twee (kranten)foto’s/artikelen uit het Eindhovens Dagblad en de Volkskrant van 22 november 2001.

Journaalfragment

ED-artikel

VK-artikel

Handgeschreven notities die je bij videofragment en foto’s maakt mag je bij de opgave gebruiken.

 Je moet meebrengen: je samenvattingenschrift, het BINAS-tabellenboek, het TUE-tabellenboek en je rekenmachine.

Voor zover nodig worden de artikelen bij de opgave afgedrukt. Die hoef je dus niet zelf te printen.

Incidenten op de Rijn

In het voorbereidende deel A van deze opgave heb je een foto gezien van een omgeslagen tanker met 2400 ton zwavelzuuroplossing. Het betrof één van de in BINAS-tabel 43A genoemde oplossingen.

2p a. Welke van de in de tabel vermelde zwavelzuuroplossingen zat er in de tanker? Motiveer je keuze.

3p b. Bereken met juiste aantal significante cijfers het volume in m³ van die hoeveelheid zwavelzuuroplossing.

3p c. Bereken de pH van die zwavelzuuroplossing.

In deel A van deze toets heb je ook beelden gezien van een incident met een tanker met salpeterzuur. De systematische naam van de bruine stof die je op de foto’s en op de bewegende beelden kon zien, is stikstofdioxide.

3p d. Leg aan de hand van gegevens uit het BINAS-tabellenboek uit in welke vorm (fase, aggregatietoestand) stikstofdioxide bij 40 °C verkeert.

De heftigheid van de brand in en op de tanker heeft te maken met het feit dat bij de ontleding van salpeterzuur, evenals bij de andere nitraten, o.a. zuurstof ontstaat. (Daarom wordt in veel vuurwerk kaliumnitraat verwerkt.)

2p e. Beschrijf de ontleding van salpeterzuur met een reactievergelijking.

Met salpeterzuur wordt in bijgaand artikel “Salpeterzuur verontreinigt Rijn” uit de Volkskrant van 22 november 2001 een oplossing van salpeterzuur in water bedoeld. Dat salpeterzuur die betekenis kan hebben kun je ook al afleiden uit de aanduidingen geconcentreerd salpeterzuur (14 M) en verdund salpeterzuur (4 M of lager).

Uit de hoeveelheidsaanduidingen in het journaalfragment (er kwam 130 ton van het zuur in het water terecht) en in het artikel kun je aan de hand van BINAS-tabel 43A afleiden welk soort zuur door de Stolt Rotterdam vervoerd werd.

3p f. Leg aan de hand van een berekening uit of met de Stolt Rotterdam geconcentreerd of verdund salpeterzuur werd vervoerd.

Gelukkig kwam er “slechts” 130 ton van het zuur in de rivier terecht. Als je aanneemt dat die hoeveelheid terecht komt in de hoeveelheid water die de rivier in 10 minuten afvoert kun je (m.b.v. de molariteit) berekenen dat de pH van dat rivierwater dan 2,9 moet zijn.

3p g. Hoeveel minuten zou je moeten wachten totdat de pH gestegen is tot 3,9? Licht je antwoord toe.
Ga ervan uit dat het water even hard blijft stromen en dat al het water bij de verdunning gebruikt wordt.

Met de verdunning van het salpeterzuur is het gevaar overigens nog niet helemaal geweken want verdund salpeterzuur is een oxidator met een standaardelektrodepotentiaal van + 0,96 V die zelfs met het halfedele metaal koper kan reageren.

4p h. Geef voor die reactie van koper en verdund salpeterzuur
m.b.v. BINAS-tabel 48 de halfreactievergelijkingen en de totaalreactievergelijking.

Bijlage bij deze opgave

Uit de Volkskrant van 22 november 2001:

Uit het Eindhovens Dagblad van 22 november 2001:

Voorbeeldantwoorden

2p a. Een voorbeeld van een juist antwoord is:
“Dat zal wel de meest geconcentreerde oplossing met 98 massa-% zijn, want bij de andere oplossingen vervoer je vooral water (en dat is economisch niet interessant).”

3p b. (1 ton is 1.10³ kg, zien BINAS-tabel 5 dus) 2400 ton is 2400.10³ kg, dat is 2400.10³ / 1,832 = 1,310.10⁶ L = 1,310.10³ m³
(Of een berekening met de dichtheid van de bij a gekozen oplossing.)

3p c. De molariteit van de oplossing is 18,32 mol L^-1 (1p), per mol zwavelzuur H₂SO₄ ontstaat 2 mol H⁺ (1p), dus pH = - log 36,64 =
- 1,56 (1p).
(Of een berekening met de molariteit van de bij a gekozen oplossing.)

3p d. stikstofdioxide NO₂ (1p) , kookpunt 294 K (1p), dat is lager dan
40 °C = 313 K, dus gasvormig (1p).

2p e. 4 HNO₃ à O₂ + 4 NO₂ + 2 H₂O

3p f. De 130 ton = 130.10³ kg ontsnapt salpeterzuur heeft een volume van 100.000 liter. De dichtheid is dus 1,3 kg.L^-1. Dat komt ongeveer overeen met de dichtheid van gec. salpeterzuur: 1,385 kg.L^-1.

3p g. Als de (H⁺)-concentratie een factor 10 kleiner wordt, wordt de pH één eenheid hoger, dus na 100 minuten (in totaal) / dus na 90 minuten wachten.

4p h. Cu à Cu²⁺ + 2 e^- 3x
NO₃^– + 4 H⁺ + 3 e^- à NO + 2 H₂O 2x
3 Cu + 2 NO₃^– + 8 H⁺ à 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O