spm1510-08_09; - Opdracht/Deeltoets II;

spm1510-08_09; - Opdracht/Deeltoets II;

Studienummer: …...

Deze deeltoets bestaat uit 13 meerkeuzevragen en 3 open vragen.

U mag uitsluitend gebruiken: rekenmachine, schrijfmateriaal, aangehecht formuleblad en periodiek systeem.

Lees alle vraagstukken eerst snel door, en deel dan je tijd in per vraagstuk. Succes!

NB: u start met een saldo van 10 punten; totaal aantal punten te behalen is 100.

Gebruik systeemdenken om je antwoorden te formuleren, te beargumenteren, en te motiveren! Succes!

Meerkeuze vragen (max. 30 punten); Let op: elke juist beantwoorde vraag levert punten op; elke onjuist beantwoorde aftrek. Per vraag is dat (punten/aftrek); blanco = 0 punten.

1. De overeenkomst tussen het model van Bohr en het Quantum Mechanisch atoommodel is (2.1/0.7)

0 beide gaan slechts over het waterstofatoom 0 beide gaan er vanuit dat energie gequantiseerd is

0 beide zijn correct voor alle atomen in het Periodiek systeem 0 blanco

2. Het fundamentele verschil tussen het model van Bohr en het Quantum Mechanisch (QM) atoommodel is: (2.1/0.7)

0 in Bohr worden elektronen van alleen waterstof beschreven, in QM elektronen van alle atomen 0 in Bohr hebben elektronen energieniveau’s, in QM quantumgetallen

0 in Bohr zijn elektronen gelokaliseerd, QM geeft ruimtelijke waarschijnlijkheidsfuncties voor de positie van de elektronen

0 blanco

Bij de onderstaande vragen 3 t/m 10 wordt u geacht (impliciet of expliciet) het Quantum Mechanisch Atoommodel te hanteren.

3. Een enkel atoom is te zien als een open systeem voor energie. (2.1/0.7)

0 als een foton een atoom treft, krijgt het atoom altijd een verhoogde energietoestand 0 als een foton een atoom treft, kan dat atoom in aangeslagen toestand raken

0 als een foton een atoom treft, raakt het atoom altijd in aangeslagen toestand 0 blanco

4. In Amerika werken GSM-telefoons op 1800 Mhz. Deze straling kan reacties aandrijven met een reactieenthalpie tot (3/1)

0 7.1 * 10^-4… [kJ/mol] 0 7.1 * 10^-1 [kJ/mol] 0 7.1 [kJ/mol] 0 blanco

5. Elementen uit groep 18 (of 8A), geheel rechts in het periodiek systeem, worden edelgassen genoemd. Ze staan bekend om hun stabiliteit: edelgassen reageren niet of nauwelijks met andere stoffen. De stabiliteit van Neon (Ne) (2.1/0.7)

0 is af te lezen aan het verschil in ionisatie-energie met Helium (He), Argon (Ar) en Krypton (Kr) 0 is af te lezen aan het verschil in ionisatie-energie met Chloor (Cl), Zwavel (S) en Fosfor (P) 0 is af te lezen aan het verschil in ionisatie-energie met Fluor (F), Zuurstof (O) en Stikstof (N) 0 blanco

6. De stabiliteit van Neon en de andere edelgassen (m.u.v. Helium) manifesteert zich als (2.1/0.7) 0 dat in het QM-model zij allemaal 6 valentie elektronen bezitten

0 dat in het QM-model zij allemaal 7 valentie elektronen bezitten 0 dat in het QM-model zij allemaal 8 valentie elektronen bezitten 0 blanco

7. Edelgassen kunnen wel interacteren met elektrische stroom en licht. In een elektrische Neon lamp wordt een valentie-elektron “aangeslagen” d.m.v. de aangelegde elektrische spanning. Bij het terugvallen geeft het aangeslagen Neon-atoom de elektrische energie af als licht. Zoals bekend bestaat Neon-verlichting in verschillende kleuren. Dat is te verklaren omdat: (2.1/0.7) 0 in elk atoom alle energieniveau’s van 3s tot 7f bestaan en beschikbaar zijn

0 in Neon alle energieniveau’s 3s tot 7f bestaan en beschikbaar zijn

0 in Neon de energieniveau’s 4s, 4p, 5s, 5p, 6s, 6p, 7s en 7p bestaan en beschikbaar zijn 0 blanco

8. Een onbekend element Xy is niet een metaal, en heeft een valentie-elektronen configuratie ns²np⁴ (3/1)

0 n is een geheel getal en moet groter dan 0 zijn.

0 n is een geheel getal en moet groter dan 1 zijn 0 n is een geheel getal en moet groter dan 2 zijn 0 n is een geheel getal en moet groter dan 3 zijn 0 blanco

9. Een onbekend element Xy is niet een metaal, en heeft een valentie-elektronen configuratie ns²np⁴ (2.1/0.7)

0 het aantal ongepaarde elektronen van dit element is 1 0 het aantal ongepaarde elektronen van dit element is 2 0 het aantal ongepaarde elektronen van dit element is 3 0 het aantal ongepaarde elektronen van dit element is 4 0 blanco

10. Een onbekend element Xy is niet een metaal, en heeft een valentie-elektronen configuratie ns²np⁴ . Als het element tevens 10d elektronen bezit, dan is het mogelijk (3/1)

0 element S, Se, Te of Po 0 element Se, Te of Po 0 element As, Sb of Bi 0 element P, As, Sb, of Bi 0 blanco

11. De elektronen configuratie van Silicium, Si is (2.1/0.7) 0 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

0 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ 0 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² 0 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 0 blanco

12. Chroom, Cr heeft een aantal d-elektronen (2.1/0.7) 0 dat zijn er 6 in het 3d-orbitaal

0 dat zijn er 4 in het 3d-orbitaal 0 dat zijn er 4 in het 4d-orbitaal 0 dat zijn er 6 in het 4d-orbitaal 0 blanco

13. Radicalen kunnen ontstaan onder invloed van licht. Een radicaal (2.1/0.7) 0 is altijd een atoom met een ongepaard elektron

0 is een atoom of molecuul met een ongepaard elektron 0 slechts een benaming voor een reactieve stof

0 blanco

Vraagstuk 14. Broeikaseffect (30 punten)

Lees eerst onderstaande tekst en beantwoord daarna de vragen.

Om het versterkt broeikaseffect te bestrijden is onder andere in 1997 het Kyoto-protocol opgesteld.

Daarin is onder andere opgenomen de wereldwijde uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen te beperken. In oude stortplaatsen van huishoudelijk afval ontstaat door bacteriële afbraak van organisch materiaal stortgas, dat bestaat uit +/-50% methaan (CH4) en 50% CO2. Relatief eenvoudige

maatregelen zoals het afdekken van de stort, opvang van het stortgas gevolgd door affakkelen van het stortgas leveren een bijdrage aan het terugdringen van de versterking van het broeikaseffect.

a. Wat zijn, naast CO2, twee belangrijke broeikasgassen?

b. De atmosferische CO2 concentratie laat zien dat ongeveer 50% van de ‘industriële’ CO2 uitstoot nog in de atmosfeer aanwezig is. Welke zijn wereldwijd de belangrijkste ‘sinks’ voor CO₂? c. Teken een correct en overzichtelijk systeemdiagram van de aarde waarmee je het begrip

“Radiative-Forcing” verklaart.

d. Als de ‘Radiative-Forcing’ van alle broeikas-effecten te samen 4 [W/m²] bedraagt, wat is dan de te verwachten gemiddelde temperatuursstijging op aarde? Gebruik de Wet van Stefan-Boltzmann.

e. Het Global Warming Potential van CH4 is 21. Hoeveel CO2 emissierechten ontstaan per ton vermeden stortgas als oude stortplaatsen worden aangepakt zoals besproken?

Het ‘atmospheric window’ wordt gebruikt ter evaluatie van de sterkte van de broeikaswerking van een broeikasgas. De analyse kan worden weergegeven in een grafiek. Op de horizontale as van zo’n grafiek staat de golflengte van straling.

f. Wat is het ‘atmospheric window’? Wat staat er op de verticale as van de grafiek die wordt gebruikt in zo’n analyse?

g. Leg uit hoe je met laboratoriummetingen, veldmetingen en het atmospheric window het Global Warming Potential van een gas verdacht van broeikaswerking, bijvoorbeeld SF6 kunt bepalen.

Vraagstuk 15. Luchtverontreiniging (15 punten)

a. Wat zijn de noodzakelijke ingrediënten voor de vorming van zomersmog?

b. Beschrijf het belangrijkste verwijderingsmechanisme van methaan in de atmosfeer.

c. Geef het algemene afbraakschema voor ozon dat verklaart dat een beperkte hoeveelheid gechloreerde koolwaterstoffen in de atmosfeer genoeg was voor de massale afbraak van de ozonlaag.

Vraagstuk 16. Duurzame energie (15 punten)

De huidige kabinetsdoelstelling is om in 2020 in Nederland voor minstens 20% uit duurzame bronnen in onze energiebehoefte te voorzien.

a. Noem minstens 4 duurzame cq. hernieuwbare bronnen die relevant zijn voor Nederland b. Benoem kort waaruit ‘onze’ energiebehoefte is opgebouwd

c. Beargumenteer kort welke duurzame bronnen cq. energiesystemen u geschikt acht om fossiele energiedragers te vervangen in de onder b. genoemde toepassingen. Ga eventueel in op noodzakelijk of mogelijk geachte systeemaanpassingen (systeemdenken!).

Formuleblad en Periodiek systeem

Energie: E_kin = ½ m⋅v² [J]

Q = Cp⋅m⋅∆T [J]

Wmax = Qh⋅(Th – Tc) / Th

Qc= Qh – Wmax = Qh ⋅ Tc / Th

[J]

10 31

2 ^{19 1 2}

r Q . Q

E= ⋅ ⁻ ⋅ ⋅

Avogadro: N = 6,022 ⋅ 10²³ [moleculen/mol]

Straling: λ

piek piek

c

=T [m]

S = k⋅T⁴ (k = 5,67 * 10^-8 [W/m²]) E = h⋅f = h⋅c/λ [J]

h = 6.62608⋅10^-34 [Js]

c = 3,000⋅10⁸ [m/s]

Heisenberg: ∆ ∆( ) 4 x mv h

⋅ ≥ π

Ideaal gas: p⋅V = n⋅R⋅T

(R = 0,0821 [atm L K-1]) (L = liter) R = 8.31451 [J/(K*mol)]

Zuurgraad: pH=-log[H⁺]

1 18

1A 8A

1 2

H 2 13 14 15 16 17 He

1.008 2A 3A 4A 5A 6A 7A 4.003

3 4 5 6 7 8 9 10

Li Be B C N O F Ne

6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18

11 12 13 14 15 16 17 18

Na Mg Al Si P S Cl Ar

22.99 24.31 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.38 69.72 72.59 74.92 78.96 79.90 83.80

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Ge Sb Te I Xe

85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 (98) 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3

55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Sn Bi Po At Rn

132.9 137.3 138.9 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 192.2 195.1 197 200.6 204.4 207.2 209 (209) (210) (222)

87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112

Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Uub (223) 226 (227)

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

140.1 140.9 144.2 (145) 150.4 152.0 157.3 158.9 162.5 164.9 167.3 168.9 173.0 175.0

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

232.0 (231) 238.0 (237) (244) (243) (247) (247) (251) (252) (257) (258) (259) (260)