Vraag 17Zuurstofproductie op Mars
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 eerst welke deeltjes in halfreactie 1 elektronen opnemen en welke deeltjes O2– vormen.
- Denk daarna na over wat een elektron nodig heeft om van de ene plek naar de andere te komen.
- Beschrijf per deeltje wat het doet, en waarom een CO2-molecuul daarvoor op dat deeltje moet landen.
Hier verliezen leerlingen punten
- Schrijf bij beide redenen ook op welk deeltje het over gaat, want een losse zin zonder Ni of YSZ levert geen punten op.
- Leg bij het contact met Ni uit waar de elektronen vandaan komen, niet alleen dat er elektronen nodig zijn.
- Geef bij het contact met YSZ aan wat er met de O2–-ionen gebeurt, zodat duidelijk is waarom het deeltje nodig is.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Om in de verre toekomst op de planeet Mars te kunnen wonen, is het belangrijk dat daar zuurstof kan worden geproduceerd. De atmosfeer van Mars bevat namelijk nauwelijks zuurstof, maar wel koolstofdioxide. Op 20 april 2021 is er door de Marsrobot Perseverance (figuur 1a) voor het eerst zuurstof geproduceerd uit koolstofdioxide dat aanwezig is in de atmosfeer van Mars. De Perseverance bevat een ‛ s olid ox ide e lectrolyzer’ (SOXE). In de SOXE wordt met behulp van elektrische energie koolstofdioxide omgezet tot onder andere zuurstof (figuur 1b). figuur 1 1a 1b Aan elektrode A wordt CO omgezet tot CO volgens: 2 CO + 2 e – → CO + O 2– (halfreactie 1) 2 Aan elektrode B ontstaat zuurstof volgens: O 2– → O (halfreactie 2) 2 Halfreactie 2 is onvolledig. In halfreactie 2 ontbreken elektronen en coëfficiënten. Op de uitwerkbijlage is halfreactie 1 weergegeven.
Het elektrolyt is YSZ: een afkorting van y ttrium ge s tabiliseerd z irkoniumoxide. Yttrium en zirkonium zijn elementen met de symbolen Y en Zr . YSZ is op te vatten als een mengsel van de zouten Y O en ZrO . 2 3 2 YSZ is een vaste stof die oxide-ionen ( O 2– ) doorgeeft. De O 2– - ionen worden het best doorgegeven bij de massaverhouding Y O : ZrO = 1,0 : 6,3. 2 3 2
Het elektrolyt YSZ is ook onderdeel van elektrode A. Elektrode A is poreus en is opgebouwd uit poederdeeltjes nikkel ( Ni ) die zijn versmolten met poederdeeltjes YSZ (figuur 2). Deze opbouw van elektrode A zorgt ervoor dat de snelheid waarmee zuurstof geproduceerd wordt, optimaal is. figuur 2 Maud en Bryn bediscussiëren of de weergave van elektrode A in figuur 2 een weergave op microniveau is. Bryn stelt dat de donker gekleurde bolletjes nikkel-atomen kunnen voorstellen. Maud stelt dat de witte bolletjes nooit een weergave van YSZ op microniveau kunnen zijn.
Het is belangrijk dat de Ni -deeltjes en YSZ-deeltjes goed gemengd zijn. Om halfreactie 1 te laten verlopen, moet een molecuul CO namelijk 2 zowel de Ni -deeltjes als de YSZ-deeltjes raken. CO + 2 e – → CO + O 2– (halfreactie 1) 2
Leg uit op microniveau waarom halfreactie 1 alleen kan verlopen als een molecuul CO zowel Ni -deeltjes als YSZ-deeltjes raakt. Noteer je 2 antwoord als volgt: − Contact met Ni -deeltjes is nodig, omdat … − Contact met YSZ-deeltjes is nodig, omdat …