Antwoorden NaSk Hoofdstuk 3 + 4: Blue energy

Antwoorden NaSk Hoofdstuk 3 + 4: Blue energy

Antwoorden door een scholier 1507 woorden

4 jaar geleden

6,8

12 keer beoordeeld

Vak NaSk I

De zee als zonnepaneel?

1.

Behalve het versterkte broeikaseffect is ook de luchtvervuiling voor de inwoners van dichtbevolkte gebieden ernstig. Dit geldt 1.

met name voor astmapatiënten. Daarnaast zijn de voorraden fossiele brandstoffen niet onuitputtelijk. Vooral olie is een energiebron die misschien wel zijn langste tijd heeft gehad. Gas en vooral steenkool zijn nog langer voorradig. Helaas heeft vooral steenkool nog vervelende bijverschijnselen in de vorm van zwavelverbindingen en fijnstof.

a. Energieverbruik omvat naast elektriciteitsverbruik ook verbruik voor verwarming, mobiliteit etc.

1.

b. 20% van 1,57∙10⁶ TJ = 0,31∙10⁶ TJ ofwel 87.000 GWh

c. Totaal ca. 85.000 GWh, ongeveer gelijk aan de duurzaamheiddoelstelling d. 85.000/8.760 x 1,5 = 14,5 GW

3.2. a. 5%*1.750 Wp/m² = 100 W/m²

b. 25%*1∙10⁶ Wp/ 2,5∙10⁵ = 1 W/m²

c. 1.500 L/ha x 10 kWh/L (Binas) = 15.000 kWh/ha = 1,5 kWh/m². Dus 1,5∙10³ Wh/8.760 uur = 0,17 W/m²

d. Gegeven 10 GW en een landoppervlakte van Nederland is ca. 36.000 km². B1: Voor zonnepanelen is ca. 100 km² (0,3% landoppervlak) nodig.

B2: Voor wind is ca. 10.000 km² (30% landoppervlak) nodig B3: Voor biomassa is ca. 585.000 km² (160% landoppervlak) nodig 4a. Mogelijke plaatsen zijn:

De Haringvlietdam: de capaciteit is afhankelijk van de afvoer van de grote rivieren en de mate waarin we Blue Energy laten 1.

voorgaan ten opzichte van verziltingbestrijding in de Nieuwe Waterweg.

De Nieuwe Waterweg: afhankelijk van de oplossing in de grote rivieren met de zoutwig.

2.

Bij Katwijk staat een gemaal dat het water van de Oude Rijn kan overpompen naar de Noordzee: tegelijk een mooie, maar niet 3.

al te grote bron van Blue Energy

Het Noordzeekanaal: geen grote afvoer van water, maar geen moeilijke plek: de eerste pieren liggen klaar.

4.

e+f De beide sluizen in de Afsluitdijk Lauwersoog

1.

h+i Bij de grenzen met Duitsland en België zijn nog mogelijkheden voor blue energie bij de mondingen van resp. de Eems en de Schelde.

b. Bij de Oosterschelde is gekozen voor een zoutwaterbekken. Bovendien is er weinig aanvoer van zoetwater, tenzij we veel water van de Schelde via het Schelde-Rijnkanaal laten afvloeien. Dit geeft veel internationale complicaties:

we hebben met België afspraken gemaakt over de doorvaarthoogte onder de bruggen. Veel water zou een te geringe doorvaarthoogte betekenen. Bovendien zou veel aanvoer van zoet water in het Oosterschelde het zoutgehalte daar verminderen. Bij de Westerschelde hebben de internationale afspraken over de scheepvaart voorrang boven de belangen van blue energie: de uitvoering van projecten worden gecompliceerd. België heeft bovendien koelwater voor de kerncentrale bij Doel nodig. Kortom de Belgen hebben hier meer mogelijkheden dan de Nederlanders.

c. Zout water is zwaarder dan zoet water en dringt daarom onderop het zoete water.

d. In droge periodes voeren de grote rivieren zo weinig water af dat al het water voor de verziltingbestrijding in de Nieuwe Waterweg wordt gebruikt. In natte periodes voeren de rivieren zoveel water af dat er veel gespuid wordt bij de Haringvlietdam. Dit komt vooral voor de wintermaanden, wanneer de verdamping laag is.

4 Wat is Blue Energy eigenlijk?

5.a rv: C17H35COOH(s) + 26 O2(g) → 18 CO2(g) + 18 H2O(g), dus

als 1 mol verbrandt heb je 26x25 L O2 voor de reactie en 36 mol gas = 36x25 L gas na de reactie. De volumeverandering is dan: 10x25 = 250 L = 0,250 m³.

b Deze is: p•ΔV = 10⁵•0,250 = 2,50•10⁴.

c Het procentuele verschil tussen ΔU en ΔH = x 100% = 0,22%

6.a 1 cal = 4,184 J, dus 1 resp. 2,2 en 1,3 kJ per gram.

b 1 mol alcohol weegt 46,07 g. De verbrandingswarmte van alcohol is dan dus = 29,67 kJ per gram

7a. ΔS = x (180-88) = 38 J•K^-1.

7b. Tijdens het verwarmen van H2O vinden er twee fase-overgangen plaats; O2 is bij 220 K al gasvormig en daarom is de entropietoename hier minder groot.

8 a. ΔS > 0, aangezien er gassen als reactieproduct ontstaan b ΔS < 0, aangezien ionen beweeglijker zijn dan een vaste stof c ΔS > 0, aangezien de entropie van een gas groter is dan van een vloeistof

d ΔS < 0, na de reactie is er minder mol gas dan voor de reactie

Voor een evenwicht geldt: ΔH = TΔS. Voor de reactie naar rechts zal gelden dat ΔS <0 ( aangezien er minder ionen na de reactie 1.

aanwezig zijn dan voor de reactie) en dus dat TΔS < 0. Hieruit volgt dan dat ΔH < 0. Het enthalpie-effect voor de reactie naar rechts is dus negatief (exotherme reactie).

a ΔH – TΔS = 243•10³ – 298x109 = 211 kJ•mol^-1 > 0, dus het proces verloopt niet spontaan.

2.

b Tgrens = = 2,23•10³ K.

a De reactie is de omgekeerde verbranding van glucose; ΔH = 2816 kJ.

1.

b ΔS = - 6 x 214 – 6 x 70 + 212 + 6 x 205 = - 262 J•K^-1.

c ΔH – TΔS = 2816•10³ – 298x(-262) = 2,89•10⁶ J > 0.

d Als bij c het verbruik van zonne-energie wordt verrekend, wordt ΔH –TΔS < 0. Het enige wat de berekening onder c duidelijk maakt is, dat warmte toevoeren aan koolzuurhoudend water onmogelijk kan leiden tot de vorming van glucose en zuurstof

ΔH = -3 x (+226) + 51 = - 627 kJ 1.

ΔS = - 3 x 201 + 173 = -430 J•K^-

ΔH – TΔS = - 627•10³ – 298x(-430) = - 499•10³ J < 0, het proces kan dus verlopen.

13.

Nauwelijks temperatuur effect, H » 0

1. Spontane menging, dus ΔH – TΔS < 0. Mogelijkheid 1 dus. Er is kennelijk sprake van een entropietoename.

2.

14.1

circa 55,5 mol/L 1.

- beginconcentratie 0 mol/L (voor latere berekeningen wordt 1 g/L NaCl gebruikt, dus 0,017 mol/l) 2.

- eindconcentratie 0,5 mol/L (ongeveer 30 g/L NaCl)

c/e Uit grafiek aflezen: S = 0,15 mol/J.K. Met T = 288 K en 55,5 mol/L wordt het energieverlies -0,15 x 288 x 55,5 = 2,4∙10³ J/L = -2,4 kJ/L

f. 3,3∙10⁶ L/s x -2,4∙10³ J/L = -7,9∙10⁹ J/s = -7.900 MW 14.2.

Potentiële energie of zwaarte-energie gaat verloren, dat is ∙V∙g∙h = m∙g∙h = 1 kg x 9,8 m/s² x 250 m = 2,4∙10³ kg∙m²/s² = 1.

2,4 kJ.

Vergelijkbaar energieverlies voor een waterval van 250 m en het mengen van zoet en zout water. Het osmotische drukverschil is 2.

dus vergelijkbaar met het drukhoogteverschil van 250 meter water.

Waterkracht in Nederland, gegeven drukhoogteverschil 10 m en 3.300 m³/s gemiddelde afvoer:

3.

 ∙g∙h = 1.000 kg/m³ x 9,8 m/s² x 10 m = 9,8∙10⁴ kg/m.s² = 0,1 MJ/m³.

Dus potentie voor Nederland: 3.300 m³/s x 0,1 MJ/m³ = 330 MW

Gegevens Blue Energy uit voorgaande opgave: 2,4 MJ/m3 en potentie voor Nederland 7.900 MW.

14.3.

Cz = 0,5 mol/L en Cr » 0 mol/L, dus Cm » 0,25 mol/L 1.

Neem voor Cr een klein getal, e 2.

Steeds eerst Cm laten berekenen, dan vergelijking invullen. Voor kolom 3 het verkregen getal delen door Vr om getal per m³ te 3.

krijgen, voor kolom 4 door (Vr + Vz ).

1 op 1 mengen lijkt redelijk optimaal te zijn: weliswaar ietwat minder energie per m3 rivierwater, maar voor de totale

hoeveelheid water die door de centrale gaat (kolom 4) optimaal. Dat laatste is belangrijk, want je moet bedenken dat dit water misschien wel moet worden voorbehandeld en door grote pijpen moet worden getransporteerd.

V_r (m³) V_z (m³) W (MJ/m³ rivierwater) W (MJ/m³ mengwater) Opmerking

1 ∞ 2,4 0 zie ook 19c

1 2 1,9 0,6

1 1 1,6 0,8 zie ook 21b

2 1 1,3 0,4

∞ 1 0 0 Neem voor ∞ een groot getal

5 Hoe zetten we Blue Energy om in elektriciteit?

15.

H⁺: kan e^- (wordt H2) opnemen, Al kan e^- afstaan (wordt Al³⁺), Mg²⁺ kan e^- opnemen (wordt Mg), K kan e^- afstaan (wordt K⁺), O2 (kan e^- opnemen, kan verschillende ionen worden, o.a. OH^-), Fe²⁺ (kan zowel e^- opnemen als e^- afstaan (wordt Fe of Fe³⁺), I2 kan e^- opnemen (wordt I^-), Br2 kan e^- opnemen (wordt Br^-) en Cl^- kan e^- afstaan (wordt Cl2).

16.

a 2 K(s) + I2(s) → 2 KI(s); e^- gaat van K naar I2

b Ni(s) + Br2(l) → NiBr2(s); e^- gaat van Ni naar Br2

c 2 Ag(s) + S(s) → Ag2S(s) e^- gaat van Ag naar S 17.

a Cu(s) → Cu²⁺ + 2 e^- │2x

O2(g) + 4 e^- → 2 O^2- │1x 2 Cu(s) + O2(g) → 2 CuO(s)

b Al(s) → Al³⁺ + 3 e^- │2x

I2(s) + 2 e^- → 2 I^- │3x 2 Al(s) + 3 I2(s) → 2 Al2I3(s)

c Cl2(g) + 2 e^- → 2 Cl^- │1x

2 I^- → I₂ + 2 e^- │1x

Cl2(g) + 2 I^-(aq) → 2 Cl^-(aq) + I2(aq)

d Ni(s) → Ni²⁺ + 2 e^- │1x

Co²⁺ + 2 e^- → Co(s) │1x Ni(s) + Co²⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Co(s)

e Ca(s) → Ca²⁺ + 2 e^- │1x 2 H₂O(l) + 2 e^- → H₂(g) + 2 OH^- │1x

Ca(s) + 2 H2O → Ca²⁺(aq) + 2 OH^-(aq) + H2(g) 18.

a Fe³⁺ + e^- → Fe²⁺ │2x

2 I^-(aq) → I2(aq) + 2 e^- │1x

2 Fe³⁺(aq) + 2 I^-(aq) → 2 Fe²⁺(aq) + I₂(aq); verloopt

b Br2(aq) + 2 e^- → 2 Br^- │1x

2 S₂O₃^2-(aq) → S₄O₆^2-(aq) + 2 e^- │1x

Br2(aq) + 2 S2O3

2-(aq)→ 2 Br^-(aq) + S4O6

2-(aq); verloopt

c Er vindt geen reactie plaats, zowel Fe³⁺ als ook H⁺ als oxidator zijn te zwak voor Cl^- als reductor