Vraag 15Zeewater-accu
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bekijk welke halfreacties bij deze vraag horen en wat je daaruit over Sb2S3 kunt afleiden.
- Met het aantal elektronen reken je uit hoeveel energie één mol Sb2S3 kan leveren.
- Gebruik de molaire massa om van mol naar kilogram te gaan.
- Controleer je eenheden en het aantal significante cijfers van je eindantwoord.
Hier verliezen leerlingen punten
- Bij een berekening in meerdere stappen gaan punten verloren als de tussenstappen ontbreken, dus schrijf ze op.
- Eenheden vergeten of verkeerd omrekenen kost punten, dus noteer de eenheid bij elke stap.
- Een antwoord met het verkeerde aantal significante cijfers levert ook punten op, dus kijk terug naar de gegevens in de vraag.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
De huidige lithium-ionbatterij is geschikt voor de duurzame opslag van energie, maar het benodigde lithium is schaars. Daarom wordt onderzoek gedaan naar een accu die natrium-ionen gebruikt. Na + -ionen zijn overvloedig aanwezig in zeewater. De molariteit van de Na + -ionen hierin is gemiddeld 470 mmol per liter zeewater.
Een accu die Na + -ionen uit zeewater gebruikt, wordt een zeewater-accu genoemd. Het opladen van een bepaald type zeewater-accu is in figuur 1 schematisch weergegeven. figuur 1 Oplossing A bevat het zout natriumtrifluormethaansulfonaat ( NaCF SO ). 3 3 Dit zout bevat twee soorten ionen: Na + -ionen en trifluormethaansulfonaat-ionen.
Bij het opladen vindt aan de natriumelektrode een halfreactie plaats waarbij Na + -ionen uit oplossing A worden omgezet tot natrium. Zeewater is licht basisch. Aan de koolstofelektrode reageren bij het opladen hydroxide-ionen tot zuurstof en water volgens halfreactie 1. opladen: 4 OH – → O + 2 H O + 4 e – ( halfreactie 1) 2 2
De accu kan uiteraard ook stroom leveren .
De natrium-elektrode is goed afgesloten voor water. Als toch een kleine hoeveelheid water in de elektroderuimte terechtkomt, kan water reageren met natrium. Hierbij wordt vast natriumhydroxide ( NaOH ) gevormd. Ook ontstaat een andere stof, hierop is gevarenzin H220 van toepassing.
Vanwege de risico’s van het gebruik van natriumelektroden is onderzoek gedaan naar het gebruik van andere elektroden in zeewater-accu’s. Een van de onderzochte elektroden is een elektrode van di-antimoontrisulfide ( Sb S ). Deze stof reageert bij opladen met Na + -ionen tot het metaal 2 3 antimoon ( Sb ) en een zout (halfreactie 2). Vervolgens worden Sb -atomen en Na + -ionen omgezet tot de legering Na Sb (halfreactie 3). 3 Sb S + 6 Na + + 6 e – → 2 Sb + 3 Na S (halfreactie 2) 2 3 2 2 Sb + 6 Na + + 6 e – → 2 Na Sb (halfreactie 3) 3 In halfreactie 3 neemt een van de deeltjes elektronen op.
Uit halfreacties 2 en 3 blijkt dat per mol Sb S veel elektronen worden 2 3 opgenomen. Dit is een belangrijk gegeven voor de energiedichtheid van een accu. De energiedichtheid van deze accu is de hoeveelheid energie die per kg elektrodemateriaal ( Sb S ) kan worden geleverd. 2 3 De energiedichtheid wordt uitgedrukt in Wh kg –1 (wattuur per kg). De maximale energie die deze accu per mol elektronen kan leveren, is 51 Wh .
Bereken de energiedichtheid van deze accu. Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers. Gebruik halfreacties 2 en 3 en het volgende gegeven: De molaire massa van Sb S is 340 g mol –1 . 2 3