spm1510-04_05; - Opdracht/Deeltoets I;
28 februari 2005, 10:45-12:45
Deze deeltoets bestaat uit 3 vraagstukken. De beschikbare tijd is 2 uur.
U mag uitsluitend gebruiken: een rekenmachine, schrijfmateriaal, het formuleblad en het periodiek systeem.
Lees alle vraagstukken eerst snel door, en deel dan uw tijd in per vraagstuk. Succes!
NB: u start met een saldo van 10 punten; totaal aantal punten te behalen is 100.
Gebruik systeemdenken om uw antwoorden te formuleren, te beargumenteren, en te motiveren! Succes!
Vraagstuk 1. Energie (10 punten)
De wereldwijde energievoorziening is al ruim een eeuw in hoofdzaak gebaseerd op fossiele energiebronnen.
a. Noem naast aardolie de twee belangrijkste typen fossiele energiebronnen die wereldwijd op grote schaal worden gebruikt
b. Van welke koolstofcyclus maken fossiele energiebronnen deel uit?
c. Leg uit met de 1e Hoofdwet van de Thermodynamica dat het onjuist is te spreken van energieconsumptie?
Vraagstuk 2. Voorraden (35 punten)
'Nog minder voorraden Shell'
Ach, beleg toch in Koninklijke Olie, daar kan je niets mee gebeuren. Maar zo langzamerhand lijkt investeren in de Groenlandse koelkastenindustrie nog minder risicovol dan een aandeeltje Shell kopen. The Observer, een Britse zondagskrant, brengt het nieuws dat Shell nog eens 500 miljoen minder vaten aan oliereserves heeft dan tot dusver werd gedacht. Zeker is dat overigens niet; The Observer baseert zich op anonieme bronnen. Toch zou het niet onmogelijk zijn. Het reservecijfer is al een paar keer fors bijgesteld.
En hoe minder reserves een oliebedrijf heeft, hoe minder het waard is.
Arjan Dasselaar maandag 24 januari 2005 9:32 uur, Bron: http://www.quotenet.nl/2005/01/24/093219.html
a) Geef een schatting hoeveel Shell aan waarde heeft verloren door deze afboeking van haar reserves.
Op de wereldoliemarkten worden ‘vaten olie’ verhandeld van elk 159 liter. Het wereldverbruik van aardolie bedraagt 77 miljoen vaten per dag (zie www.bp.com).
b) Aardolie heeft een gemiddelde verbrandingswaarde van 42 [MJ/kg] en een dichtheid van 0.85 [kg/l] (CBS). Volgens datzelfde CBS bedroeg het Nederlandse energie eindgebruik in 1999 in totaal 2830 PJ. Met hoeveel ‘equivalente’ vaten olie komt dat overeen?
c) Maak een eenvoudig systeemdiagram van de Nederlandse energievoorziening. Denk daarbij onder meer na over eventueel te kiezen subsystemen en de systeemgrens.
Beargumenteer kort je keuzes en aannames.
d) Maak/bereken een beargumenteerde schatting van het Nederlandse aandeel in het wereldaardolieverbruik.
e) Met welk kengetal wordt in wereldenergiestatistieken de voorraadpositie van ruwe aardolie (en andere) energiebronnen gekarakteriseerd? Geef aan welke dimensie dit kengetal heeft.
f) Leg kort uit hoe de waarde van dit kental voor ruwe aardolie zich de komende twintig jaar
zich volgens jou zal ontwikkelen en waarom.
Vraagstuk 3. Cruesli (45 punten)
Veel mensen beginnen de dag met een bakje Cruesli – een zgn.
‘cereal’ – die meestal wordt gegeten met melk of yoghurt. Een standaardbakje Cruesli bevat 100 g; de meegegeten yoghurt of melk nog eens 3.5 g eiwit, 5 g koolhydraten en 1.5 g vet.
Hiernaast is een deel van de verpakking aangegeven – dit bevat zoals verplicht door de Warenwet een overzicht van de ingredienten en de voedingswaarde. Zoals u ziet wordt de samenstelling zowel
uitgedrukt als totale energie-inhoud, alsmede als in de samenstelling.
Voedingsvezels hebben wel energiewaarde, maar geen voedingswaarde.
a. Cruesli is te beschouwen als een soort biomassa. Meestal bevat zelfs ‘droge’ biomassa een beperkte hoeveelheid water. B een bakje Cruesli van 100 g als een gesloten systeem en schat hoeveel water ze bevat.
eschouw
b. Bereken een schatting van het aantal gram koolstof (C) in 100 gram cruesli. Ga uit van de verhoudingsformules zoals gegeven in onderstaand tabel.
Bij verbranding (met zuurstof, O2) worden de in Cruesli aanwezige stikstofatomen omgezet tot N2. De verbrandingsenthalpie van N2 is gelijk aan 0.
c. Schrijf de betreffende reactie uit, en beredeneer met de Wet van Hess de verbrandingswaarde van Eiwit.
d. Verifieer de vermelde Voedingswaarde met de in de tabel opgenomen gemiddelde verbrandingswaarden. Beargumenteer (als u c. Niet heeft kunnen oplossen, stel dan Eiwit = 16 MJ/kg).
Aanvullende gegevens over een aantal stoffen aanwezig in Cruesli.
Stof Verhoudingsformule Verbrandingsenthalpie
Eiwit CH2ON
Koolhydraten* C6H12O6 18.21 [kJ/g]
Vet** C10H22O2 37.53 [MJ/kg]
Vezel C6H12O6 18.21 [kJ/g]
*dat zijn onder meer suiker, zetmeel enz.
** gemiddeld: verzadigd en onverzadigde vetten
Het verorberen van een bakje Cruesli kan worden weergegeven met behulp van de systeembenadering.
e. Maak een systeemdiagram van een persoon die bij zijn ontbijt een ‘standaard’ bakje Cruesli verorbert. Tot de lunch is dit het enige wat de persoon tot zich neemt.
Stel het diagram zo op dat u daarmee uw antwoord op onderstaande deelvragen kunt onderbouwen.
f. Voor de persoon fungeert het ‘standaard’ bakje Cruesli als energiebron. Noem minstens drie verschillende energietransformaties en twee sinks van energie die na het eten van het ‘standaard’
bakje cruesli op zullen treden.
g. Vergelijk deze sinks met die van een elektriciteitscentrale. Geef overeenkomsten en verschillen. Ga in ieder geval in op hoe nuttig de energiestromen worden gebruikt.
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)
