Theorie uit Experimenten

Voorbeeldlesmateriaal scheikunde

 

Als de leerlingen aan onderstaand practicum beginnen hebben ze al voorbereidend werk verricht.

 

Zo hebben ze (in practicum 50A, buiten contacttijd) elk een van de aspecten wervelbedverbranding, windenergie, kernenergie en duurzame energiebronnen bestudeerd. In practicum 53 rapporteren ze hun bevindingen aan elkaar.

 

Bovendien hebben ze in voorgaande practica aan de hand van aangereikte bronnen (diaserie, krantenartikelen uit een bij de methode horend bronnenboekje, CD-ROM-encyclopedie Encarta) informatie verzameld.

Ook in onderstaand practicum wordt naar bronnen uit een TUE-bronnenboek verwezen.

 

 

Practicum 53Energie

 

53.1

In voorgaande practica zijn zuur-base-evenwichten geÔntroduceerd aan de hand van de verzuringsproblematiek. Ook andere onderwerpen uit het examenprogramma over zuren en basen zijn aan de orde gesteld.

Hieronder staan de eindtermen uit het subdomein "Namen en formules" uit domein G "Zuren en basen" van het examenprogramma afgedrukt.

 

De kandidaat (dat ben jij) kan

179 †††† aangeven wat de samenstelling is van de volgende oplossingen:

††††††††††† . ammonia;

††††††††††† . zoutzuur;

††††††††††† . natronloog;

††††††††††† . kaliloog.

180††††† van de volgende zuren de naam noemen als de formule gegeven is en

††††††††††† omgekeerd en aangeven of het een sterk of een zwak zuur ††††† betreft:

††††††††††† . HCl;

††††††††††† . HBr;

††††††††††† . HI;

††††††††††† . H2S;

††††††††††† . H2SO4

††††††††††† . HNO3;

††††††††††† . H3PO4;

††††††††††† . 'H2CO3';

††††††††††† . CH3COOH.

181††††† van de volgende zuren de naam noemen als de formule gegeven is en

††††††††††† omgekeerd en aangeven of het een sterk of een zwak zuur ††††† betreft:

††††††††††† . NH3;

††††††††††† . OH-;

††††††††††† . O2-;

††††††††††† . CO32-;

††††††††††† . HCO3-;

††††††††††† . CH3COO-.

 

a. Geef de formules van de stoffen en reagentia die aanwezig zijn in de oplossingen van eindterm 179.

 

b. Ga na of je de namen van de zuren en basen uit de eindtermen 180 en 181 van buiten kent.

 

c. In welke tabel kun je opzoeken of het een sterk(e) dan wel zwak(ke) zuur of base betreft?

 

d. Waarom staat de chemische formule 'H2CO3' in eindterm180 tussen aanhalingstekens?

 

 

53.2

Jullie hebben "zuren en basen" niet alleen bestudeerd omdat er in het examenprogramma een domein aan gewijd is maar ook omdat verzuring nog steeds een actueel milieuprobleem is. In opdracht 45.1 hebben jullie daarover het eerste deel van het artikel "Nederland is zuur" uit de Volkskrant van 18 september 1999 bestudeerd.

 

a. Hebben jullie in opdracht 45.2 ook de rest van dat artikel bestudeerd?

 

b. Hebben jullie in opdracht 45.3 de diavoorstelling "Zure regen, een zure zaak" uit 1984 bekeken en beluisterd?

 

In opdracht 45.4 wordt verwezen naar bron 34 waarin een serie artikelen over verzuring uit de periode 1984 tot 2000 is afgedrukt.

 

c. Hebben jullie een of meer artikelen over verzuring uit bron 34 bestudeerd?

 

In het artikel "Nederland is zuur"worden met name ammoniak, zwaveldioxide en stikstofoxiden verantwoordelijk gesteld voor verzuring.

 

d. Waar komt de ammoniak vandaan?

 

e. Leg uit hoe de base ammoniak een bijdrage kan leveren aan verzuring.

 

De volgende vragen moeten in ieder geval beantwoord kunnen worden door degene die in practicum 50A "wervelbedverbranding" heeft bestudeerd.

 

f. Waar komt de zwaveldioxide vandaan?

 

g. Waar komen de stikstofoxiden vandaan?

 

h. Leg uit hoe bij wervelbedverbranding de emissie van zwaveldioxide wordt gereduceerd.

 

i. Leg uit hoe door wervelbedverbranding de emissie van stikstofoxiden wordt gereduceerd.

 

j. Leg uit dat door wervelbedverbranding de emissie van koolstofdioxidegas niet wordt gereduceerd.

 

De volgende vragen moeten weer door iedereen gemaakt kunnen worden.

 

k. Laat met reactievergelijkingen zien hoe er door reacties van zwaveldioxide en stikstofdioxide met zuurstof en water zwavelzuur en salpeterzuur kunnen ontstaan.

 

Ook koolstofdioxide is een zuurvormend oxide.

 

l. Geef naam en formule van het zuur dat uit koolstofdioxide kan ontstaan.

 

Toch levert kooldioxide nauwelijks een bijdrage aan de verzuring.

 

m. Door welk verschil tussen zwavelzuur resp. salpeterzuur en koolzuur is die bijdrage aan de verzuring zo verschillend?

 

n. Bereken m.b.v. gegevens uit de BINAS-tabellen 44 en 49 hoeveel mol reagens waterstof er maximaal per mol kooldioxide ontstaat bij een temperatuur van 25 įC in een met kooldioxide verzadigde oplossing.

 

 

53.3

Kooldioxide wordt niet in verband gebracht met verzuring maar wel met het zogenaamde versterkt broeikaseffect.

 

a. Voor wie en in welk opzicht vormt een versterkt broeikaseffect een probleem?

 

Pas in de laatste decennia van de twintigste eeuw is er aandacht gekomen voor verzuring en broeikaseffect.

 

b. Waarom niet eerder?

 

Een voor de hand liggende oplossing voor beide problemen lijkt: minder fossiele brandstoffen gebruiken.

 

c. Leg uit dat toepassing van deze oplossing weer andere problemen met zich meebrengt.

 

In practicum 50A hebben jullie zelf onderwerpen bestudeerd die te maken hebben met het verminderen van verzurings- en/of broeikasproblematiek. Overleg met je begeleider als een of meer van de groepsleden die studie nog niet hebben verricht.

Rapporteer aan je groepsgenoten over het onderwerp dat jij bestudeerd hebt. Doe dat op de volgende manier:

1. Neem samen met je groepsgenoten de opdracht door die jŪj bestudeerd hebt, vertel de antwoorden op de vragen en geef er eventueel een toelichting bij.

2. Laat van de CD-ROM-encyclopedie Encarta diť afbeeldingen zien zien die jij voor jouw onderwerp van belang vindt.

3. Noteer op het bijbehorende werkblad voor- en nadelen van de vier "oplossingen" voor de verzuringsproblematiek.

4. Licht op dat voor elk van de "oplossingen" toe of die wel of niet een bijdrage levert aan de vermindering van het broeikaseffect.

 

Bij "duurzame energiebronnen" heb je een afbeelding van een waterkrachtcentrale bekeken.

 

d. Leg uit dat een waterkrachtcentrale onderdeel uit maakt van het plan Lievense.

 

In een waterkrachtcentrale wordt stromend water door een turbine geleid.

Bekijk in de CD-ROM-encyclopedie Encarta (99) de afbeelding van een waterturbine, de animatie van een stoom(- en gas)turbine en de tekst bij windturbine.

 

e. Met welk apparaat wordt die rotatie-energie omgezet in elektrische energie?

 

f. Waarvoor dienen de leidschoepen in een stoomturbine?

 

g. In welke energiesoorten wordt de rotatie-energie van een windturbine omgezet?

 

h. Vul op werkblad 53-6w in of er bij de energieomzetting sprake is van een turbine.

 

Bekijk in de CD-ROM-encyclopedie Encarta (nog eens?) de animatie van een kernreactor.

Wijs de twee warmtewisselaars aan.

 

Bekijk in Encarta via "duurzame energiebron" en "zonne-energie" de afbeelding van een zonnecollector.

i. Leg uit dat er bij een zonnecollector sprake is van een warmtewisselaar.

 

j. Vul op het bijbehorende in of er bij toepassing van de betreffende energiebron sprake is van een warmtewisselaar.

 

Bekijk in Encarta via "duurzame energiebron" de tekst bij "aardwarmte".

 

k. Beschrijf de samenstelling van de atoomkernen waarmee de bij "aardwarmte" genoemde radioactieve isotopen kunnen worden voorgesteld.

 

53.4

In de voorgaande opdrachten heb gezien hoe door aanpassing van

elektriciteitscentrales of door toepassing van andere dan fossiele brandstoffen de emissie van verzurende stoffen en van broeikasgassen verminderd kan worden.

 

a. Ken je een plaats waar een elektriciteitscentrale staat?

 

Maar een elektriciteitscentrale is niet binnen een paar jaar afgeschreven en een nieuwe staat er ook niet van de ene op de andere dag.

Daarom is elektriciteitsvoorziening een kwestie van een planning op lange termijn.

 

b. Noem een nadeel van de noodzakelijke lange-termijn-planning.

 

Dat je bij lange-termijn-planning wel enig risico loopt kan blijken uit onderstaand diagram. Daarin is uitgezet de verwachting van het benodigde elektrisch vermogen in het jaar 2000 tegen het jaar van voorspelling.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c. Lees na interpolatie uit het diagram af welke prognose men in 1970 maakte over het benodigde elektrisch vermogen in het jaar 2000.

 

d. Bereken hoeveel lampen van 60 watt je met dat elektrisch vermogen van c brandend kun houden.

 

e. Hoe groot is (ongeveer) het vermogen van een normale spaarlamp?

 

f. Lees uit het diagram af van welke voorspelling voor het jaar 2000werd uitgegaan in het "structuurschema elektriciteitsvoorziening 1975".

 

g. Lees uit het diagram af van welke voorspelling voor het jaar 2000 werd uitgegaan in de "Energienota 1979".

 

h. Leg uit dat het maar goed is dat men in 1970 geen elektriciteitscentrales is gaan bouwen op basis van de toenmalige prognoses.

 

i. Hoe zou je snel te weten kunnen komen hoeveel elektrisch vermogen in het jaar 2000 daadwerkelijk aangesproken is?
Overleg met je begeleider of en hoe jullie dat gaan uitzoeken.

 

 

53.5

De emissie van zwaveldioxide en stikstofoxiden als gevolg van verbranding van fossiele brandstoffen kŠn door technische ingrepen verminderd worden.

 

a. Zoek in de tweede kolom van "Nederland is zuur" in bron 33 op door welke twee maatregelen de Nederlandse stroomproducenten hun zwaveldioxide-emissie met 90% teruggebracht hebben.

 

Voor de (vermindering van) kooldioxide-uitstoot is nog geen afdoende oplossing gevonden. Er zijn wel plannen om broeikasgassen ondergronds op te slaan maar ook hiervoor geldt dat grootschalige toepassing, als het er al van komt, een kwestie van lange-termijn-planning is.

Voorlopig blijft als oplossing over de vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen en dat kan op drie manieren: minder economische groei wat betreft energie-intensieve processen, toepassing van duurzame energiebronnen en efficiŽnter gebruik van (fossiele) energiebronnen.

 

b. Hebben jullie op het betreffende werkblad bij "duurzame energiebronnen" ingevuld dat die het broeikaseffect reduceren?

 

c. Vinden jullie eigenlijk wel dat de emissie van kooldioxide verminderd moet worden? Waarom wel of waarom niet?

 

d. Noem minimaal ťťn actie die jijzelf zou kunnen ondernemen zodat fossiele energiebronnen efficiŽnter gebruikt worden.
Ben je van plan die actie te ondernemen? Waarom wel of waarom niet?

 

Stadsverwarming is een voorbeeld van grootschalig efficiŽnter energiegebruik: het opgewarmde koelwater van elektriciteitscentrales wordt niet op rivier of zee geloosd maar gebruikt om huizen te verwarmen.

Men spreekt in zulke gevallen van warmte-kracht-koppeling: met de energie in zo'n warmte-krachtcentrale worden niet alleen krachten opgewekt die turbines aandrijven maar de tegelijkertijd geproduceerde warmte wordt ook benut.

 

e. Ken je een plaats waar stadsverwarming wordt toegepast? Overleg met je begeleider of en hoe jullie dat gaan uitzoeken.

 

f. Lees in de CD-ROM-encyclopedie Encarta de informatie bij "stadsverwarming" en schrijf de daar genoemde voor- en nadelen naast elkaar.

 

Het principe van stadsverwarming kan op kleinere schaal worden toegepast als wordt overgegaan op zogenaamde geÔntegreerde locale energieproductie. Deze term is ontleend aan een energiescenario dat al in 1979 werd geschetst door ir. Th. Potma in zijn studie "Het vergeten scenario, minder energie toch welvaart".

Bestudeer in bron 35 de bladzijde uit die studie waarop een voorbeeld van de geÔntegreerde locale energieproductie schematisch is weergegeven en toegelicht.

 

g. Leg uit dat er in het schema van bron 35 sprake is van "stads"verwarming.

 

h. Welke duurzame energiebronnen worden aangewend?

 

i. Leg uit dat door "voortreffelijke isolatie" brandstof efficiŽnter benut wordt.

 

Bestudeer in de CD-ROM-encyclopedie Encarta (99) bij "zonne-energie" de fbeeldingen "zonnehuis" en "passieve zonne-energie". Je hebt dan een idee hoe de in bron 35 schematisch getekende huizen eruit zouden kunnen zien.

 

j. Ken jij een plaats waar zonne-energie in huizen wordt toegepast? Overleg met je begeleider of en hoe jullie dat gaan uitzoeken.

 

Bij toepassing van actieve of passieve zonne-energie wordt stralingsenergie van de zon omgezet in warmte-energie van water. Het water is dan niet alleen transportmiddel maar ook opslagmiddel van energie.

 

k. Laat met een berekening zien dat (1,0 liter) water meer energie kan opslaan dan
(1,0 liter) ethanol.
Gebruik daarbij de soortelijke warmten en dichtheden uit BINAS-tabel 11.

 

 

53.6

a. Noteer als werk buiten contacttijd:
* Practicum 53A
*
Samenvatting: (zwak) zuur, (zwakke) base, zuurvormend oxide, verzuring, wervelbedverbranding, fossiele brandstoffen, duurzame energiebronnen, warmtewisselaar, isotopen, turbine, dichtheid, soortelijke warmte, warmte-kracht-koppeling.

 

Ga nu verder volgens de afgesproken leerweg.