Oefenbundel scheikunde VWO (Nieuw 2023)
Redoxreacties en brandstofcellen
Halogenen als oxidator
Oplossingen van natriumthiosulfaat (Na2S2O3) kunnen reageren met een halogeen.
Daarbij reageert S2O32 op een manier die afhangt van het gebruikte halogeen. Bij de
reactie met jood (I2) wordt thiosulfaat omgezet in tetrathionaat:
2 S2O32 S4O62 + 2e (halfreactie 1)
Bij de reactie met chloor (Cl2) wordt thiosulfaat omgezet in sulfaat:
S2O32 + 5 H2O 2SO42 + 10 H+ + 8 e (halfreactie 2)
Bij een proef voegt met een overmaat chloor in oplossing toe aan een
natriumthiosulfaat-oplossing. Er wordt een troebeling waargenomen. Men schrijft die
troebeling toe aan het ontstaan van zwavel als gevolg van het optreden van de
volgende reactie:
S2O32 (aq) + 2 H+(aq) SO2 (aq) + S(s) + H2O (l) (reactie 3)
Deze reactie treedt niet op als de proef wordt herhaald met jood in plaats van chloor.
1. Geef de oorzaak van het feit dat deze reactie niet optreedt bij samenvoegen
van oplossingen van jood en natriumthiosulfaat.
Bij de proef waarbij een overmaat chloor in oplossing wordt toegevoegd aan een
natriumthiosulfaatoplossing wordt onder andere SO 42 gevormd. Aangenomen mag
worden dat geen HSO4 gevormd wordt. Als men veronderstelt dat bij deze proef de
verhouding waarin S2O32 ionen volgens halfreactie 2 en volgens reactie 3 reageren,
9 : 1 is, mag men verwachten dat uit 10 mmol S2O32 19 mmol SO42 zal ontstaan:
behalve de 18 mmol SO42 die in dat geval (volgens halfreactie 2) uit 9 mmol S 2O32
zal ontstaan, zal namelijk nog 1 mmol extra gevormd worden. De vorming van 1
mmol SO42 extra is het gevolg van een andere reactie die heeft plaatsgevonden: van
deze reactie zijn gegevens in Binas te vinden.
2. Leg uit hoe de vorming van 1 mmol SO42 extra verklaar moet worden.
, Solid oxide fuel cell, SOFC
Een modern type brandstofcel is de SOFC, solid oxide fuel cell. Die bestaat uit twee
elektrodes van poreus keramisch materiaal die bedekt zijn met onder andere nikkel.
De elektrodes zijn van elkaar gescheiden door een elektrolyt. Het elektrolyt is
zirkonium(IV)oxide met 8,0 mol-% yttrium(III)oxide. Deze brandstofcel werkt bij hoge
temperatuur (600 °C) op elke brandstof. Bij deze temperatuur is het elektrolyt vast,
maar kunnen de oxide-ionen wel vrij in het kristalrooster van het elektrolyt bewegen.
3. Bereken hoeveel milligram yttrium(III)oxide gemengd moet worden met 65 mg
zirkonium(IV)oxide om een geschikt elektrolyt voor de SOFC te maken.
De meest effectieve brandstof voor deze cel is een mengsel van methaan en
waterdamp. Dit wordt in de zogeheten reform reactie omgezet in waterstof en
koolstofmono-oxide. Dit is een endotherme reactie waarbij als katalysator nikkel
gebruikt kan worden.
4. Geef de vergelijking van de reform reactie.
5. Geef een reden waarom de SOFC de ideale brandstofcel is voor het
verkrijgen van energie uit methaan en waterdamp.
Elk van de producten van de reform reactie wordt vervolgens in dezelfde elektrode
omgezet waardoor er een elektrische stroom gaat lopen. Er vinden dus in één
elektrode twee halfreacties plaats. In de andere elektrode wordt daarbij maar één
stof omgezet.
6. Geef de vergelijkingen van de drie halfreacties die in de elektrodes van de
SOFC plaats vinden. In geen van deze halfreacties komen H+ ionen voor. In
alle halfreacties komen oxide-ionen voor.
Kloppend maken
Hieronder staan drie verschillende vergelijkingen waarbij soms de elektronen en de
coëfficiënten zijn weggelaten:
I. MnO4- + H2O + e- → MnO2 + 4 OH-
II. Cr2O72- + H+ + e- → Cr3+ + H2O
III. N2 + H2O + H+ NH4OH
7. Neem de onvolledige vergelijkingen over, zet de elektronen aan de juiste kant
van de pijl en maak de vergelijkingen kloppend.
Redoxreactie
8. Geef de vergelijking van de halfreacties en van de totaalreactie van een
aangezuurde kaliumdichromaat oplossing met butaan-1,3-diol (C 4H10O2) tot 3-
oxobutaanzuur (C4H6O3).
Redoxreacties en brandstofcellen
Halogenen als oxidator
Oplossingen van natriumthiosulfaat (Na2S2O3) kunnen reageren met een halogeen.
Daarbij reageert S2O32 op een manier die afhangt van het gebruikte halogeen. Bij de
reactie met jood (I2) wordt thiosulfaat omgezet in tetrathionaat:
2 S2O32 S4O62 + 2e (halfreactie 1)
Bij de reactie met chloor (Cl2) wordt thiosulfaat omgezet in sulfaat:
S2O32 + 5 H2O 2SO42 + 10 H+ + 8 e (halfreactie 2)
Bij een proef voegt met een overmaat chloor in oplossing toe aan een
natriumthiosulfaat-oplossing. Er wordt een troebeling waargenomen. Men schrijft die
troebeling toe aan het ontstaan van zwavel als gevolg van het optreden van de
volgende reactie:
S2O32 (aq) + 2 H+(aq) SO2 (aq) + S(s) + H2O (l) (reactie 3)
Deze reactie treedt niet op als de proef wordt herhaald met jood in plaats van chloor.
1. Geef de oorzaak van het feit dat deze reactie niet optreedt bij samenvoegen
van oplossingen van jood en natriumthiosulfaat.
Bij de proef waarbij een overmaat chloor in oplossing wordt toegevoegd aan een
natriumthiosulfaatoplossing wordt onder andere SO 42 gevormd. Aangenomen mag
worden dat geen HSO4 gevormd wordt. Als men veronderstelt dat bij deze proef de
verhouding waarin S2O32 ionen volgens halfreactie 2 en volgens reactie 3 reageren,
9 : 1 is, mag men verwachten dat uit 10 mmol S2O32 19 mmol SO42 zal ontstaan:
behalve de 18 mmol SO42 die in dat geval (volgens halfreactie 2) uit 9 mmol S 2O32
zal ontstaan, zal namelijk nog 1 mmol extra gevormd worden. De vorming van 1
mmol SO42 extra is het gevolg van een andere reactie die heeft plaatsgevonden: van
deze reactie zijn gegevens in Binas te vinden.
2. Leg uit hoe de vorming van 1 mmol SO42 extra verklaar moet worden.
, Solid oxide fuel cell, SOFC
Een modern type brandstofcel is de SOFC, solid oxide fuel cell. Die bestaat uit twee
elektrodes van poreus keramisch materiaal die bedekt zijn met onder andere nikkel.
De elektrodes zijn van elkaar gescheiden door een elektrolyt. Het elektrolyt is
zirkonium(IV)oxide met 8,0 mol-% yttrium(III)oxide. Deze brandstofcel werkt bij hoge
temperatuur (600 °C) op elke brandstof. Bij deze temperatuur is het elektrolyt vast,
maar kunnen de oxide-ionen wel vrij in het kristalrooster van het elektrolyt bewegen.
3. Bereken hoeveel milligram yttrium(III)oxide gemengd moet worden met 65 mg
zirkonium(IV)oxide om een geschikt elektrolyt voor de SOFC te maken.
De meest effectieve brandstof voor deze cel is een mengsel van methaan en
waterdamp. Dit wordt in de zogeheten reform reactie omgezet in waterstof en
koolstofmono-oxide. Dit is een endotherme reactie waarbij als katalysator nikkel
gebruikt kan worden.
4. Geef de vergelijking van de reform reactie.
5. Geef een reden waarom de SOFC de ideale brandstofcel is voor het
verkrijgen van energie uit methaan en waterdamp.
Elk van de producten van de reform reactie wordt vervolgens in dezelfde elektrode
omgezet waardoor er een elektrische stroom gaat lopen. Er vinden dus in één
elektrode twee halfreacties plaats. In de andere elektrode wordt daarbij maar één
stof omgezet.
6. Geef de vergelijkingen van de drie halfreacties die in de elektrodes van de
SOFC plaats vinden. In geen van deze halfreacties komen H+ ionen voor. In
alle halfreacties komen oxide-ionen voor.
Kloppend maken
Hieronder staan drie verschillende vergelijkingen waarbij soms de elektronen en de
coëfficiënten zijn weggelaten:
I. MnO4- + H2O + e- → MnO2 + 4 OH-
II. Cr2O72- + H+ + e- → Cr3+ + H2O
III. N2 + H2O + H+ NH4OH
7. Neem de onvolledige vergelijkingen over, zet de elektronen aan de juiste kant
van de pijl en maak de vergelijkingen kloppend.
Redoxreactie
8. Geef de vergelijking van de halfreacties en van de totaalreactie van een
aangezuurde kaliumdichromaat oplossing met butaan-1,3-diol (C 4H10O2) tot 3-
oxobutaanzuur (C4H6O3).
