Zwavelproductie

Opgave 2 (vraag 6 t/m 11) uit eindexamen Scheikunde VWO 2025 tijdvak 1

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

Vraag 6

[C] Chemische processen en behoudswetten [C1] Chemische processen [Polaris] H6: Reactiekinetiek

Zwavel is een belangrijke grondstof voor onder andere de productie van zwavelzuur. Vroeger werd zwavel gedolven uit sulfaat-ertsen, maar tegenwoordig wordt vrijwel alle zwavel geproduceerd uit $H_{2}S$ , een product dat vrijkomt bij de verwerking van aardolie. De omzetting van $H_{2}S$ tot zwavel vindt plaats via het claus-proces. In het claus-proces verlopen twee reacties.

$2\ H_{2}S\ (g) + 3\ O_{2}\ (g) \rightarrow 2\ SO_{2}\ (g) + 2\ H_{2}O\ (g)$ (reactie 1)

$2\ H_{2}S\ (g) + SO_{2}\ (g) \rightleftharpoons \frac{3}{x}S_{x}\ (g) + 2\ H_{2}O\ (g)$ (reactie 2)

De waarde van x is hierin alleen afhankelijk van de temperatuur.

Op de uitwerkbijlage bij vraag 11 is een deel van een claus-installatie weergegeven. In reactor 1 (R1) wordt $H_{2}S$ onvolledig omgezet volgens reactie 1. In R1 verloopt ook al deels reactie 2. Om het $H_{2}S$ verder om te zetten tot $S_{x}$ volgens reactie 2 is een volgende reactor (R2) nodig. In R2 verloopt alleen reactie 2. Door het gebruik van een katalysator in R2 kan het evenwicht van reactie 2 zich snel instellen.

Om in het totale proces uiteindelijk een hoge omzettingsgraad van $H_{2}S$ naar zwavel te verkrijgen, wordt de zuurstoftoevoer in R1 zodanig geregeld dat de molverhouding $H_{2}S : O_{2}$ bij de invoer in R1 $2 : 1$ is.

Leid de totaalvergelijking voor het claus-proces af, waarbij alle $H_{2}S$ wordt omgezet. Gebruik hierbij reactie 1 en reactie 2.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 6

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

Vraag 7

[C] Chemische processen en behoudswetten [C2] Chemisch rekenen [Polaris] H2: Rekenen en meten

Een betrekkelijk kleine claus-installatie verwerkt per dag 20 ton $H_{2}S$ . Lucht bevat 20,9 volume-% zuurstof.

Bereken het volume in $m^{3}$ lucht dat per dag minimaal in deze installatie moet worden ingevoerd. Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 7

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

Vraag 8

[C] Chemische processen en behoudswetten [C6] Energieberekeningen [Polaris] H13: Energie en elektrochemie

Reactie 2 blijkt een bijzondere reactie te zijn. Omdat de waarde van x afhangt van de temperatuur, heeft de reactiewarmte van reactie 2 geen constante waarde. Dit wordt veroorzaakt doordat de vormingswarmtes van $S_{2}$ en $S_{8}$ niet gelijk zijn. De vormingswarmte van $S_{8}$ is gelijkgesteld aan nul. De vormingswarmte van $S_{2}$ is $+1,28 \cdot 10^{5}\ \text{J mol}^{-1}$ .

Bereken de reactiewarmte van reactie 2 in joule per mol $H_{2}S$ wanneer uitsluitend $S_{2}$ wordt gevormd. Gebruik de waardes van de vormingswarmtes uit je informatieboek.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 8

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

Vraag 9

[C] Chemische processen en behoudswetten [C5] Chemisch evenwicht [Polaris] H6: Reactiekinetiek

Het verband tussen de omzettingsgraad en de temperatuur in R2 van een claus-installatie is onderzocht bij temperaturen boven $100^{\circ}\text{C}$ . In de figuur zijn de resultaten van de metingen weergegeven. De omzettingsgraad is in deze opgave gedefinieerd als het percentage $H_{2}S$ dat wordt omgezet tot $S_{x}$ . Behalve de omzettingsgraad is in de figuur ook de gemiddelde waarde van x in $S_{x}$ weergegeven.

[Afbeelding: opgave-2-fig-1.png]

Uit de figuur kan worden afgeleid of de reactie naar rechts van reactie 2 endotherm of exotherm is in het temperatuurgebied waar $x > 6$ .

Leg uit of de reactie naar rechts van reactie 2 endotherm of exotherm is in het temperatuurgebied waar $x > 6$ . Gebruik gegevens uit de figuur en reactie 2.

Figuur 1 bij vraag 9 van opgave Zwavelproductie (Scheikunde VWO 2025)

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 9

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

Vraag 11

[F] Industriële en (chemische) processen [F1] Industriële processen [Polaris] H11: Industriële chemie

De energie die in R1 vrijkomt, wordt door het gebruik van warmtewisselaars voor een groot deel elders in het proces gebruikt als bron van energie. In de warmtewisselaars wordt gebruikgemaakt van water om energie op te nemen of af te staan. Na R2 is er geen zuurstof meer aanwezig in het gasmengsel. In scheidingsruimte 1 (S1) wordt een deel van de gevormde zwavel gescheiden van de rest van de stoffen. Om de omzettingsgraad van $H_{2}S$ en $SO_{2}$ nog verder te vergroten, wordt het mengsel in een warmtewisselaar weer verwarmd en in een volgende reactor (R3) geleid. In R3 verloopt dezelfde reactie als in R2. Na R3 zijn alle zwavelhoudende stoffen nog steeds niet volledig omgezet.

Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet.

Teken R3, S1 en de tweede warmtewisselaar.
Teken ontbrekende pijlen en de ontbrekende stoffen bij deze pijlen. Gebruik hierbij $S_{x}$ als notatie voor zwavel.
Geef bij elke warmtewisselaar aan welke waterstroom warm is en welke koud.

⚠️ Uitwerkbijlage vereist

Uitwerkbijlage bij vraag 11 van opgave Zwavelproductie

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 11

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

Uitleg en antwoorden

Vraag 6

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: $2\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow 2\ SO_{2} + 2\ H_{2}O$ $2\ H_{2}S + SO_{2} \rightarrow \frac{3}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O$ (x2)

$6\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow \frac{6}{x}S_{x} + 6\ H_{2}O$

dus $2\ H_{2}S + O_{2} \rightarrow \frac{2}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O$

de vergelijkingen in de juiste verhouding opgeteld [1]
$SO_{2}$ voor en na de pijl tegen elkaar weggestreept en de coëfficiënten vereenvoudigd [1]

Uitleg bij vraag 6

Vraag 7

4 punten

maximumscore 4

Een voorbeeld van een juiste berekening is: De installatie verwerkt per dag $\frac{20 \cdot 10^{6}}{34,1} = 5,87 \cdot 10^{5}$ (mol) $H_{2}S$ . Hiervoor is $\frac{5,87 \cdot 10^{5}}{2} \times 2,45 \cdot 10^{-2} = 7,18 \cdot 10^{3}\ \text{(m}^{3}\text{)}$ $O_{2}$ nodig. Dit bevindt zich in $7,18 \cdot 10^{3} \times \frac{10^{2}}{20,9} = 3,4 \cdot 10^{4}\ \text{(m}^{3}\text{)}$ lucht.

omrekening van de gegeven massa $H_{2}S$ naar de chemische hoeveelheid [1]
omrekening naar het benodigde volume $O_{2}$ [1]
omrekening naar het volume in $m^{3}$ lucht [1]
significantie [1]

Opmerking: Als een onjuist antwoord op vraag 7 het consequente gevolg is van een onjuist antwoord op vraag 6, dit niet aanrekenen.

Uitleg bij vraag 7

Vraag 8

3 punten

maximumscore 3

uitkomst: $+0,23 \cdot 10^{5}\ \text{(J mol}^{-1}\text{)}$

Voorbeelden van een juiste berekening zijn: $(0,206 + \frac{1}{2} \times 2,97 + \frac{3}{4} \times 1,28 - 2,42) \cdot 10^{5} = +0,23 \cdot 10^{5}\ \text{(J mol}^{-1}\text{)}$

Of $-E_{\text{begin}} + E_{\text{eind}} = -[(-0,206 \cdot 10^{5}) + \frac{1}{2} \times (-2,97 \cdot 10^{5})] + [\frac{3}{4} \times (1,28 \cdot 10^{5}) + (-2,42 \cdot 10^{5})] = +0,23 \cdot 10^{5}\ \text{(J mol}^{-1}\text{)}$

absolute waardes van de vormingswarmtes van alle stoffen [1]
verwerking van de coëfficiënten [1]
rest van de berekening [1]

Uitleg bij vraag 8

Vraag 9

3 punten

maximumscore 3

Voorbeelden van een juist antwoord zijn:

( $x > 6$ $x > 6$ in het temperatuurgebied $100^{\circ}\text{C}$ $10 0^{\circ} C$ tot $500^{\circ}\text{C}$ $50 0^{\circ} C$ .) Als in dat temperatuurgebied de temperatuur wordt verhoogd, daalt de omzettingsgraad. Het evenwicht (van reactie 2) verschuift dan dus naar links. Bij verhoging van de temperatuur verschuift een evenwicht naar de endotherme kant. De reactie naar rechts is dus exotherm.
- inzicht dat de omzettingsgraad dan daalt bij verhoging van de temperatuur [1]
- inzicht dat het evenwicht dan naar links verschuift [1]
- bij verhoging van de temperatuur verschuift een evenwicht naar de endotherme kant en consequente conclusie [1]

( $x > 6$ $x > 6$ in het temperatuurgebied $100^{\circ}\text{C}$ $10 0^{\circ} C$ tot $500^{\circ}\text{C}$ $50 0^{\circ} C$ .) Als in dat temperatuurgebied de temperatuur wordt verhoogd, wordt er minder $S_{x}$ $S_{x}$ gevormd. Bij verhoging van de temperatuur verschuift een evenwicht naar de endotherme kant. Er wordt minder $S_{x}$ $S_{x}$ gevormd, dus moet de reactie waarbij $S_{x}$ $S_{x}$ wordt gevormd exotherm zijn.
- inzicht dat de omzettingsgraad dan daalt bij verhoging van de temperatuur [1]
- bij verhoging van de temperatuur verschuift een evenwicht naar de endotherme kant [1]
- inzicht dat er minder $S_{x}$ wordt gevormd en consequente conclusie [1]

Uitleg bij vraag 9

Vraag 10

1 punt

maximumscore 1

Voorbeelden van een juist antwoord zijn:

$SO_{2}$ is schadelijk voor de mens: (zeer) giftig bij inademen / gevaarlijk voor huid en ogen.
$SO_{2}$ veroorzaakt zure regen.

Uitleg bij vraag 10

Vraag 11

3 punten

maximumscore 3

Een voorbeeld van een juist antwoord is:

S1 getekend met uitstroom van uitsluitend $S_{x}$ naar buiten [1]
de tweede warmtewisselaar getekend met de waterinvoer aangesloten op de wateruitvoer van de eerste warmtewisselaar en de aanduidingen warm (water) en koud (water) juist [1]
R3 getekend en de doorgaande stofstromen vanuit R2, S1 en R3 [1]

Antwoordmodel vraag 11 Zwavelproductie, figuur 1

Uitleg bij vraag 11

Volgende opgave: Veiligheidsglas →

Vraag 6

Uitleg bij vraag 6

Een voorbeeld van een juist antwoord is: 2 H2S+3 O2→2 SO2+2 H2O2\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow 2\ SO_{2} + 2\ H_{2}O2 H2​S+3 O2​→2 SO2​+2 H2​O 2 H2S+SO2→3xSx+2 H2O2\ H_{2}S + SO_{2} \rightarrow \frac{3}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O2 H2​S+SO2​→x3​Sx​+2 H2​O (x2)

Vraag 7

Uitleg bij vraag 7

Vraag 8

Uitleg bij vraag 8

Vraag 9

Uitleg bij vraag 9

Vraag 10

Uitleg bij vraag 10

Vraag 11

Uitleg bij vraag 11

Uitleg en antwoorden

Vraag 6

Een voorbeeld van een juist antwoord is: 2 H2S+3 O2→2 SO2+2 H2O2\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow 2\ SO_{2} + 2\ H_{2}O2 H2​S+3 O2​→2 SO2​+2 H2​O 2 H2S+SO2→3xSx+2 H2O2\ H_{2}S + SO_{2} \rightarrow \frac{3}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O2 H2​S+SO2​→x3​Sx​+2 H2​O (x2)

Uitleg bij vraag 6

Vraag 7

Uitleg bij vraag 7

Vraag 8

Uitleg bij vraag 8

Vraag 9

Uitleg bij vraag 9

Vraag 10

Uitleg bij vraag 10

Vraag 11

Uitleg bij vraag 11

Een voorbeeld van een juist antwoord is: $2\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow 2\ SO_{2} + 2\ H_{2}O$ $2\ H_{2}S + SO_{2} \rightarrow \frac{3}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O$ (x2)

Een voorbeeld van een juist antwoord is: $2\ H_{2}S + 3\ O_{2} \rightarrow 2\ SO_{2} + 2\ H_{2}O$ $2\ H_{2}S + SO_{2} \rightarrow \frac{3}{x}S_{x} + 2\ H_{2}O$ (x2)