Vraag 10Battolyser
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?
- Begin met de massa waterstof en bedenk hoeveel mol dat is.
- Gebruik de reactievergelijking om te bepalen hoeveel methaanzuur je nodig hebt voor die hoeveelheid waterstof.
- Houd rekening met het rendement van reactie 1, want niet alle methaanzuur wordt omgezet.
- Reken daarna van mol naar massa en met de dichtheid naar een volume in liter.
Hier verliezen leerlingen punten
- Rond tussenuitkomsten niet af, want dat kan het eindantwoord een beetje verschuiven.
- Let bij het eindantwoord op het aantal significante cijfers van de gegevens in de opgave.
- Schrijf de berekening stap voor stap uit en vergeet de eenheid liter niet bij het eindantwoord.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Onderzoekers van de TU Delft hebben de battolyser ontwikkeld. De battolyser ontleent zijn naam aan twee functies: het is een oplaadbare batterij die kan worden gebruikt voor energieopslag en voor de elektrolyse van water. De vrijgekomen waterstof kan worden gebruikt als brandstof of als grondstof voor de productie van andere (brand)stoffen. In figuur 1 is de battolyser schematisch weergegeven voorafgaand aan het opladen. figuur 1 Als de batterij wordt opgeladen, wordt aan de linker elektrode ijzer(II)hydroxide omgezet tot onder andere ijzer. Aan de rechter elektrode wordt nikkel(II)hydroxide omgezet tot onder andere de vaste stof nikkel(III)oxidehydroxide, NiO(OH ). De elektrolyt-oplossing is natronloog. Tijdens de elektrolyse bewegen alleen hydroxide-ionen door het membraan.
In een volledig opgeladen prototype van de battolyser werd 1,4 kg water gedurende 18 maanden geëlektrolyseerd. Per molecuul water dat wordt omgezet, worden twee elektronen getransporteerd. Neem aan dat tijdens dit proces alle toegevoerde lading is gebruikt voor de elektrolyse van water.
De reactiesnelheid van deze elektrolyse van water bleek vooral te worden bepaald door de halfreactie die aan de rechter elektrode verloopt. Het bleek dat de reactiesnelheid veranderde als in het NiO(OH)- laagje op de rechter elektrode ook FeO(OH) aanwezig was. In het onderzoek is de activeringsenergie van de reactie bepaald, afhankelijk van het massapercentage FeO(OH) in het laagje. In figuur 2 zijn de resultaten te zien van enkele experimenten. figuur 2
Er zijn momenteel auto’s verkrijgbaar die waterstof gebruiken als energiebron. Een van deze auto’s heeft een tank met daarin maximaal 6,33 kg waterstof onder hoge druk. Onderzocht wordt of het mogelijk is om de risico’s van het gebruik van waterstof te verminderen door de waterstof eerst om te zetten tot methaanzuur. Methaanzuur is een vloeistof die eenvoudig kan worden getankt en vervoerd. In een auto wordt het methaanzuur dan in een reactor omgezet tot waterstof volgens reactie 1. CH O → CO + H (reactie 1) 2 2 2 2 De ontstane waterstof wordt vervolgens in een brandstofcel geleid om elektrische energie op te wekken. Reactie 1 heeft een rendement van 90,0% . De dichtheid van methaanzuur is 1,22 · 10 3 kg m –3 .
Bereken het volume in liter methaanzuur dat nodig is om 6,33 kg waterstof te produceren. Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers.