Ademende flowbatterij

Opgave 6 (vraag 29 t/m 34) uit eindexamen Scheikunde HAVO 2024 tijdvak 1

Bij elke vraag: uitleg stap voor stap, het antwoordmodel en feedback van de AI-docent.

Vraag 29

[B] Kennis van stoffen en materialen [B1] Deeltjesmodellen[Chemie Overal] H2: Bouwstenen van stoffen[Nova] H1: Atoombouw

Ademende flowbatterij

Steeds meer elektrische energie wordt duurzaam opgewekt, bijvoorbeeld met behulp van zonnecellen. Hierdoor stijgt de vraag naar betaalbare opslag van energie. Een Amerikaans onderzoeksteam onder leiding van professor Chiang heeft daarom een 'flowbatterij' ontwikkeld op basis van goedkope stoffen zoals natriumpolysulfide ( $\text{Na}_2\text{S}_4$ ).

Geef het aantal protonen en elektronen in het $\text{S}_4^{2-}$ -ion. Noteer je antwoord als volgt:

aantal protonen:
aantal elektronen:

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 29

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 30

[C] Kennis van chemische processen en kringlopen [C2] Chemisch rekenen[Nova] H7: Zuren en basen[Chemie Overal] H8: Basen

In figuur 1 is de flowbatterij schematisch weergegeven.

[Afbeelding van figuur 1: schema flowbatterij met 2 halfcellen en membranen]

De twee halfcellen A en B zijn ieder verbonden met een voorraadvat en zijn van elkaar gescheiden door een membraan dat $\text{Na}^+$ -ionen doorlaat. Tijdens het gebruik van de flowbatterij worden de oplossingen uit de voorraadvaten langs de elektroden gepompt (de 'flow'). De elektroden reageren zelf niet mee. Wanneer de batterij nog niet is opgeladen, bevatten halfcel A en het daarop aangesloten voorraadvat A een oplossing van natriumsulfaat en zwavelzuur. Halfcel B en het daarop aangesloten voorraadvat B bevatten in niet opgeladen toestand een natriumpolysulfide-oplossing. Om nevenreacties te voorkomen, wordt de pH in halfcel B verhoogd. Hiervoor is 3,0 M natriumhydroxide-oplossing gebruikt.

Bereken de pH van de gebruikte natriumhydroxide-oplossing ( $T = 298\ \text{K}$ ).

Figuur 1 bij vraag 30 van opgave Ademende flowbatterij (Scheikunde HAVO 2024)

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 30

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 31

[C] Kennis van chemische processen en kringlopen [C1] Chemische processen[Nova] H8: Redoxreacties[Chemie Overal] H10: Redoxreacties

Tijdens het opladen treden de volgende halfreacties op: elektrode A: $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\ \text{H}^+ + 4\ \text{e}^-$ (halfreactie 1) elektrode B: $\text{S}_4^{2-} + 2\ \text{e}^- \rightarrow 2\ \text{S}_2^{2-}$ (halfreactie 2)

Geef de vergelijking van de totale reactie die optreedt tijdens het opladen van de flowbatterij.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 31

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 33

[C] Kennis van chemische processen en kringlopen[C8] Classificatie van reacties[Nova] H8: Redoxreacties[Chemie Overal] H10: Redoxreacties

Chiang stelt dat deze batterij als het ware zuurstof in- en uitademt.

Leg uit of de batterij tijdens het leveren van energie zuurstof inademt of juist uitademt. Doe dit aan de hand van een gegeven uit de halfreacties.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 33

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 34

[B] Kennis van stoffen en materialen[B4] Bindingen, structuren en eigenschappen[Nova] H9: Polymeren[Chemie Overal] H11: Kunststoffen

Een van de halfcellen van de flowbatterij bevat een membraan waardoor zuurstof kan passeren. Dit membraan bestaat onder andere uit een poreuze koolstoflaag die is gemaakt door het polymeer PAN te verkolen. In figuur 2 is de structuurformule van een gedeelte uit het midden van een PAN-molecuul weergegeven. De bindingsstreepjes tussen het C-atoom en het N-atoom zijn niet weergegeven.

[Afbeelding van figuur 2: PAN structuurformule]

Geef de structuurformule van het monomeer waaruit PAN is gevormd. Zorg dat ook de ontbrekende bindingsstreepjes tussen het C-atoom en het N-atoom zijn weergegeven.

Figuur 1 bij vraag 34 van opgave Ademende flowbatterij (Scheikunde HAVO 2024)

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 34

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Uitleg en antwoorden

Vraag 29

2 punten

maximumscore 2

aantal protonen: 64 [1]
aantal elektronen: 66 (het berekende aantal protonen plus 2) [1]

Uitleg bij vraag 29

Vraag 30

2 punten

maximumscore 2

Voorbeelden van een juiste berekening zijn: $\text{pH} = 14,00 - (-\log 3,0) = 14,48$ of (3,0 M natronloog betekent $[\text{OH}^-] = 3,0\ \text{M}$ ) $\text{pOH} = -\log(3,0) = -0,477$ $\text{pH} = 14,00 - (-0,477) = 14,48$

berekening van de pOH [1]
omrekening naar de pH [1]
indien slechts het volgende antwoord is gegeven: $(\text{pH} =)\ -\log(3,0) = -0,477$ [1]

Uitleg bij vraag 30

Vraag 31

1 punt

maximumscore 1

Voorbeelden van een juist antwoord zijn: $2\ \text{H}_2\text{O} + 2\ \text{S}_4^{2-} \rightarrow \text{O}_2 + 4\ \text{H}^+ + 4\ \text{S}_2^{2-}$ [1] of $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\ \text{H}^+ + 4\ \text{e}^- \quad \times 1$ $\text{S}_4^{2-} + 2\ \text{e}^- \rightarrow 2\ \text{S}_2^{2-} \quad \times 2 +$ $2\ \text{H}_2\text{O} + 2\ \text{S}_4^{2-} \rightarrow \text{O}_2 + 4\ \text{H}^+ + 4\ \text{S}_2^{2-}$

Opmerking Als een evenwichtsteken is gebruikt in plaats van een reactiepijl, dit goed rekenen.

Uitleg bij vraag 31

Vraag 32

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: Tijdens het opladen ontstaan $\text{H}^+$ -ionen in halfcel A. Hierdoor neemt $[\text{H}^+]$ toe en daalt de pH.

Er ontstaan $\text{H}^+$ -ionen (tijdens het opladen). [1]
consequente conclusie [1]

Uitleg bij vraag 32

Vraag 33

2 punten

maximumscore 2

Voorbeelden van een juist antwoord zijn:

Tijdens het leveren van energie vinden de omgekeerde halfreacties plaats. De flowbatterij ademt dus zuurstof in tijdens het leveren van energie.
Als de batterij zuurstof inademt, vindt halfreactie 1 omgekeerd plaats. Dit gebeurt tijdens het ontladen (energie leveren) van de batterij. Dus de batterij ademt zuurstof in tijdens het leveren van energie.
Als de batterij zuurstof uitademt, vindt halfreactie 1 plaats. Dit gebeurt tijdens het opladen van de batterij. Dus de batterij ademt zuurstof in tijdens het leveren van energie.
inzicht dat tijdens het leveren van energie de halfreacties omgekeerd verlopen [1]
juiste koppeling tussen het reageren van zuurstof en het inademen / juiste koppeling tussen het vrijkomen van zuurstof en het uitademen [1]

Uitleg bij vraag 33

Vraag 34

3 punten

maximumscore 3

Een voorbeeld van een juist antwoord is: (Zie afbeelding in correctievoorschrift voor $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{C}\equiv\text{N}$ )

de $\text{C}\equiv\text{N}$ -groep juist weergegeven [1]
De gegeven formule bevat een $\text{C}=\text{C}$ -groep. [1]
rest van de structuurformule in een structuurformule die voldoet aan de covalentieregels [1]
indien de volgende structuur is gegeven (de C≡N-groep juist, maar met de ketenvorm met twee golflijntjes, zie afbeelding in correctievoorschrift) [2]
indien de volgende structuur is gegeven (de ketenvorm met twee golflijntjes en CN zonder driedubbele binding, zie afbeelding in correctievoorschrift) [1]

Antwoordmodel vraag 34 Ademende flowbatterij, figuur 1

Antwoordmodel vraag 34 Ademende flowbatterij, figuur 2