Vraag 12Stroom uit hout
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?
- Bereken eerst hoeveel mol rPOM³⁻ er met de biomassa heeft gereageerd, uit het volume en de molariteit van de oplossing en het omgezette percentage.
- Reken daarna uit hoeveel elektronen één rPOM³⁻ deeltje oplevert, en wat dat in coulomb betekent.
- Bepaal met de stroomsterkte en de tijd hoeveel coulomb de brandstofcel heeft afgegeven.
- Deel de afgegeven lading door de opgenomen lading en zet het om in een percentage.
Hier verliezen leerlingen punten
- Reken de tijd van 30 minuten om naar seconden, want de stroomsterkte is per seconde gegeven.
- Vergeet niet dat het omgezette deel van rPOM³⁻ 80% is, niet de volledige hoeveelheid uit de oplossing.
- Laat de tussenstappen zien met eenheden, zodat je punten voor elke deelberekening kunt krijgen.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
In brandstofcellen die glucose of zetmeel gebruiken als energiebron worden enzymen gebruikt. Zo kan amylose in zetmeel met behulp van enzymen door hydrolyse worden omgezet tot glucose. Andere enzymen zetten vervolgens de glucose om. Op de uitwerkbijlage is de onvolledige reactievergelijking weergegeven van de gedeeltelijke hydrolyse van amylose.
Wetenschappers hebben een brandstofcel voor biomassa ontwikkeld waarin geen enzymen worden gebruikt. Met deze brandstofcel kan energie worden opgewekt uit biomassa waarvoor geen geschikte enzymen bestaan. In het onderzoek naar een geschikte brandstofcel is gebruikgemaakt van ammonium-12-molybdofosfaat. De verhoudingsformule van deze stof is (NH ) PO (MoO ) . 4 3 4 3 12 Ammonium-12-molybdofosfaat wordt gemaakt door ammonium-orthomolybdaat ((NH ) MoO ) te verhitten in aanwezigheid van 4 2 4 fosforzuur en salpeterzuur. Als bijproducten ontstaan waterdamp en ammoniumnitraat.
In oplossingen van ammonium-12-molybdofosfaat komen ionen 3– 3– PO (MoO ) voor. Een ion PO (MoO ) wordt in de rest van deze 4 3 12 4 3 12 3– opgave voorgesteld als POM . 3– Het deeltje POM kan worden beschouwd als een fosfaat-ion dat wordt omringd door twaalf eenheden molybdeen(VI)oxide ( MoO ). Elke eenheid 3 MoO bestaat uit drie oxide-ionen en een Mo (VI)-ion. 3 3– Onder invloed van licht wordt een deeltje POM omgezet tot het zeer 3– reactieve deeltje rPOM , dat snel reageert met allerlei organische 3– 3– stoffen. De structuur van POM en rPOM is gelijk, de deeltjes verschillen alleen in de verdeling van de elektronen binnen het deeltje. 3– 3– Bij de omzetting van POM tot rPOM wordt binnen een eenheid MoO 3 één elektron van één oxide-ion overgedragen naar de N-schil van één Mo (VI)-ion.
In hout is onder andere het biopolymeer lignine aanwezig. Lignine is een netwerkpolymeer dat in brandstofcellen niet kan worden omgezet met enzymen. Met het gebruikte ammonium-12-molybdofosfaat kan lignine wel worden omgezet, zodat zelfs houtafval kan worden gebruikt in een brandstofcel. Op de uitwerkbijlage is een van de optredende omzettingen weergegeven. In stap 1 treedt oxidatie van lignine op. In stap 2 wordt het + omcirkelde H atoom als een H ion afgesplitst. Tevens wordt dan een + + C–C binding verbroken en een H ion opgenomen. Dit H ion is weergegeven in het kader.
In onderstaande figuur is de gebruikte opstelling schematisch weergegeven. In een lichtdoorlatende reactor heeft men biomassa gemengd met ammonium-12-molybdofosfaat. De reactor is vervolgens in 3– zonlicht geplaatst, zodat POM onder invloed van licht wordt omgezet 3– 3– tot rPOM . Het rPOM reageert met de biomassa, waarbij onder 3– andere H POM en CO worden gevormd. 3 2 figuur reactor zonlicht brandstofcel _ _ POM 3 rPOM 3 3 _ POM H 2 O _ biomassa rPOM 3 _ H POM 3 O 3 2 _ CO 2 H 3 POM 3 H + Na verloop van tijd wordt het mengsel door de brandstofcel gepompt. 3– Het in de reactor ontstane H POM wordt in de brandstofcel weer 3 3– omgezet tot POM .
In het onderzoek is een hoeveelheid verdunde biomassa gemengd met 20 mL van een 0,25 M oplossing ammonium-12-molybdofosfaat. Nadat dit mengsel enige tijd in het zonlicht had gestaan, bleek dat 80% 3– 3– van alle r POM was omgezet tot H POM . Het mengsel werd door de 3 3– brandstofcel gepompt tot alle ontstane H POM weer was omgezet tot 3 3– POM . De brandstofcel leverde gedurende 30 minuten een gemiddelde stroomsterkte van 0,530 A. 3–
Bereken hoeveel procent van de elektronen die rPOM van de biomassa 3– heeft opgenomen, door H POM is afgestaan in de brandstofcel. Maak 3 onder andere gebruik van de volgende gegevens: − 1 A = 1 C s –1 − een mol elektronen heeft een lading van 9,65·10 4 C.