SPM1510-08_09; - Opdracht/deeltoets I Datum: 26 februari 2009, Tijd: 10.45-12.45
Deze deeltoets bestaat uit 10 meerkeuzevragen en 2 open vragen. U begint met een saldo van 30 punten. U mag gebruiken schrijfmateriaal, een rekenmachine en aangehecht formuleblad.
LEVER DIT VEL IN
Naam: …...
Studienummer: …...
Meerkeuze vragen (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. Welke stof is niet een fossiele energiebron? (1.5/0.5)
0 bruinkool 0 steenkool 0 houtskool 0 blanco 2. De eerste hoofdwet van de Thermodynamica luidt: (3/1)
0 de entropie van het Universum neemt altijd toe 0 de energie van het Universum is constant
0 massa kan niet worden vernietigd noch gecreëerd 0 blanco
3. We maken onderscheid tussen open en gesloten systemen. (3/1) 0 open systemen hebben een systeemgrens, gesloten systemen niet
0 in open systemen vindt altijd accumulatie plaats, in gesloten systemen niet 0 open systemen staan in verbinding met hun omgeving, gesloten systemen niet 0 blanco
4. In wereldenergiestatistieken wordt de voorraadpositie van ruwe aardolie (en andere energiebronnen) gekarakteriseerd met het kental (1.5/0.5)
0 R [ExaJoules] 0 P/R [dimensieloos] 0 R/P [jaar] 0 blanco
5. In een mengsel van 50 gew.% water (H2O) en 50% alcohol (C2H5OH) (3/1) 0 is het mol% alcohol kleiner dan het mol% water
0 is het mol% alcohol gelijk aan het mol% water 0 is het mol% alcohol groter dan het mol% water 0 blanco
6. Als de verbrandingstemperatuur in een elektriciteitscentrale 500 graden Celsius bedraagt en de buiten temperatuur is slechts 15 graden, dan is het maximale rendement van deze centrale (3/1) 0 niet te bepalen 0 ongeveer 63 % 0 ongeveer 97 % 0 blanco ZIE OOK OMMEZIJDE voor MEERKEUZEVRAGEN 7 – 10.
7. In een consumententest naar kookplaten (elektrisch, gas, butagas, keramisch, wok etc.) wordt in een standaardtheeketel een liter water gekookt. Men begint telkens bij standaardcondities. De tijd die het duurt tot het fluitje klinkt is (1.5/0.5)
0 altijd hetzelfde
0 een eerste indicatie voor het vermogen [kW] van de kookplaat 0 een eerste indicatie voor het rendement [%] van de kookplaat 0 blanco
De grootste diamant ter wereld, de Cullinan, is 530 karaat. Diamant bestaat uit zuiver koolstof, een karaat is 200 milligram.
8. Hoeveel mol is een karaat? (3/1)
0 200 0 0.017 0 0.06 0 blanco
9. Hoeveel CO2 zou ontstaan bij verbranding van de Cullinan? (4.5/1.5)
0 385 gram 0 389 gram 0 395 gram 0 blanco
10. Gegeven volgende data: (4.5 punten, geen aftrek)
2H2 + O2 2H2O ΔH= -482 [kJ/mol]
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ΔH= -810 [kJ/mol]
Wat is dan de ΔH voor de reactie?
CH4 + O2 2H2 + CO2
De ΔH is gelijk aan …...
Open vragen
Vraagstuk 11: Elektriciteit (30 punten)
Het rendement van elektriciteitscentrales gestookt met fossiele energiedragers is in Nederland ongeveer 50%. Het intern elektriciteitsverbruik van Nederland is ongeveer 800 PJ, waarvan eenderde wordt opgewekt met steenkool (rendement 45%), eenderde met aardgas (rendement 55%) en eenderde met warmte/kracht centrales op aardgas (elektrisch rendement 30%, thermisch rendement 80%).
a. Teken een systeemdiagram van de Nederlandse elektriciteitsopwekking waarmee u tevens de onderstaande vragen kunt beantwoorden
b. Als de LHV van steenkool 28 MJ/Kg is en die van aardgas 50 MJ/kg is, hoeveel steenkool respectievelijk aardgas wordt dan verstookt per jaar om deze hoeveelheid elektriciteit op te wekken?
c. Als de CO2 belasting 25 euro per ton uitgestoten CO2 bedraagt, hoeveel belasting kan Minister Bos dan jaarlijks tegemoet zien?
d. Stel dat alle geproduceerde warmte geleverd wordt aan woningen via een warmtenet, en dat het gemiddelde warmtegebruik per woning [50 GJ/jaar] bedraagt, hoeveel woningen zijn dan aangesloten op dat warmtenet?
e. In Nederland is de gemiddelde zonne-instraling 900 [W/m2] gedurende 12 uur per etmaal. Stel dat PV-systemen met een rendement van 15% de elektriciteitsopwekking zullen vervangen. Hoeveel ruimte is dan nodig?
Vraagstuk 12. Bioethanol (30 punten)
Regels uit Brussel schrijven voor dat benzine vanaf 2005 voor 2 procent (vol.).uit biobrandstoffen moet bestaan, in 2010 is dat percentage op 5,75. .
In benzine uit olieraffinaderijen kan bio-ethanol worden bijgemengd. Alle moderne benzine-auto’s zijn geschikt om op benzine/ethanol mengsels van genoemde samenstellingen te rijden. Het omzettingsrendement van de motor blijft daarbij gelijk. In Nederland rijden +/- 4 miljoen benzine- auto’s die gemiddeld 17.000 km/jaar rijden.
a) maak een ‘eerste-orde’ schatting van de hoeveelheid bio-ethanol die voor de Nederlandse benzinemarkt moet worden geproduceerd in 2005 respectievelijk 2010 volgens de Brusselse richtlijnen.
In Nederland zijn de laatste jaren een aantal bio-ethanol fabrieken gebouwd om aan de verwachte vraag te kunnen voldoen door Zoals bekend kunnen in water opgeloste suikers en zetmeel met behulp van micro-organismen gefermenteerd worden tot alcoholhoudende dranken zoals wijn en bier. Bij een alcohol-percentage > 15 vol.% sterven de micro-organismen die de fermentatie
uitvoeren echter af. In een bio-ethanol fabriek wordt de fermentatie op industriële schaal uitgevoerd met dezelfde micro-organismen. Zo’n fabriek bevat dan ook altijd een grote destillatie eenheid om uiteindelijk 99% zuivere bio-ethanol te verkrijgen. Druivesuiker en zetmeel, met de verhoudings formule C6H12O6 reageren tijdensde fermentatie tot slechts (bio)-ethanol en CO2.
b) Schrijf de (kloppende) reactievergelijking uit voor de fermentatie van druivesuiker.
c) Bereken de reactie-enthalpie onder meer met behulp van de gegevens uit de onderstaande tabel
d) teken een principeschema voor een industriële alcoholfabriek die 100.000 ton industriële alcohol (99 vol%) per jaar produceert uit suiker/zetmeel (melasse) dat voor 50gew.% uit biomassa bestaat, voor 50% uit water.
e) Stel dat de melasse per binnenvaart tankers met een laadvermogen van 1500 ton wordt aangevoerd. Hoeveel tankers zijn dan jaarlijks nodig?
f) Komt bij het proces netto warmte vrij denkt u? Leg uit waarom (niet)?
Gegevens van een aantal stoffen
Stof Verhoudingsformule Verbrandingsenthalpie Dichtheid (20oC) Methanol CH4O (CH3OH) 21 [MJ/kg]
Ethanol* C2H6O (C2H5OH) 27 [MJ/kg] 0.794 Koolhydraten* C6H12O6 37.5 [MJ/kg]
Benzine C8H18 42 [MJ/kg] 0.75
*dat zijn onder meer suiker, zetmeel enz.
Formuleblad en Periodiek systeem
Energie: Ekin = 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: λpiek
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)
