opgave 2Vocht in de vloer
Betonnen vloeren worden vaak afgewerkt met een laag zandcement.
Zandcement, een mengsel van zand, cement en water, wordt kort na het
mengen uitgegoten op de ruwe betonvloer en gladgestreken. Na verloop
van tijd wordt de zandcementlaag hard door reacties tussen het water en
de zouten waaruit cement bestaat. Eén van deze zouten kan worden
weergegeven met de formule Ca3SiO5. Als het zout Ca3SiO5 met water
reageert, ontstaat het zouthydraat Ca3Si2O7.3H2O.
62pLeg uit, aan de hand van de formules van de betrokken stoffen, of het
zouthydraat Ca3Si2O7.3H2O het enige reactieproduct is van de reactie
tussen Ca3SiO5 en water.
Door de reacties met de zouten uit het cement wordt een deel van het
water gebonden. De rest van het water is overtollig. Dit overtollige water
moet eerst verdampen voordat een houten vloer op het zandcement kan
worden gelegd.
Als de vloer minder dan 2,5 massaprocent water bevat, mag er een
houten vloer op worden gelegd. Het massapercentage water in een
zandcementlaag kan worden bepaald met behulp van de zogenoemde
calciumcarbide-methode (CCM).
Calciumcarbide heeft de formule CaC2 en is een zout waarin C22– ionen
voorkomen.
72pGeef het aantal protonen en elektronen in een C22– ion. Noteer je
antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal elektronen: …
Bij de CCM wordt een afgewogen hoeveelheid vloermateriaal gemengd
met een overmaat calciumcarbide. Calciumcarbide reageert met water uit
het vloermateriaal. Bij deze reactie ontstaan de vaste stof
calciumhydroxide en het gas acetyleen, C2H2.
82pGeef de vergelijking van de reactie tussen calciumcarbide en water.
92pGeef de structuurformule van acetyleen.
Het apparaat dat bij deze methode wordt gebruikt, is voorzien van een
drukmeter met verschillende schalen (zie figuren 1 en 2).
De buitenste schaal geeft de overdruk aan. Hoe meer acetyleen ontstaat,
des te hoger is de overdruk.
Op de andere schalen kan het massapercentage water van het
onderzochte materiaal worden afgelezen. Zo geeft de binnenste schaal
het massapercentage water weer wanneer 100 gram materiaal in het
apparaat is gedaan.
figuur 1: schematische tekening van het CCM-apparaat
figuur 2: drukmeter
Hieronder is een deel van de handleiding bij het CCM-apparaat
weergegeven.
handleiding
1 Hak met hamer en beitel de bovenkant van de zandcementlaag open. 2 Boren is uitgesloten, omdat de warmteontwikkeling het resultaat van de 3 vochtmeting beïnvloedt. 4 Doe uit het midden en de onderkant van de zandcementlaag stukjes 5 vloermateriaal in een stalen schotel. Sla het vloermateriaal met een 6 hamer tot gruis. Weeg het gruis af. Doe 4 stalen kogels, het gruis en een 7 glazen buisje met calciumcarbide in het CCM-drukvat. Sluit het vat af met 8 de drukmeter en schud krachtig zodat de stalen kogels het glazen buisje 9 breken. Zwenk het vat voortdurend gedurende 2 minuten zodat de kogels 10 het gruis nog verder kunnen verkleinen. Wacht 3 minuten en schud dan 11 weer 1 minuut. Wacht 4 minuten, zwenk eenmaal krachtig en lees de 12 drukmeter af. Open het CCM-drukvat voorzichtig met de opening van het 13 gezicht afgewend en laat het gas er langzaam uitlopen. Controleer of het 14 materiaal helemaal verpoederd is. Schud het CCM-apparaat leeg en 15 verwijder het resterende poeder voorzichtig met een borsteltje. naar: www.cpm-radtke.com
102pBeredeneer of het massapercentage water dat wordt gemeten hoger of
lager wordt wanneer de vloer wordt open geboord in plaats van open
gehakt (regels 1-3).
112pLeg uit waarom het belangrijk is dat het materiaal helemaal verpoederd is
(regel 14).
In een kamer is 50 gram materiaal van de zandcementlaag verzameld. Na
uitvoering van de vochtmeting volgens de handleiding geeft de wijzer op
de buitenste schaal een overdruk van 0,95 bar aan.
122pLeg uit of op deze zandcementlaag een houten vloer mag worden gelegd.
Vermeld in je uitleg het afgelezen massapercentage water.
Uit de laatste zin van de handleiding kan worden afgeleid dat men
voorzichtig moet zijn bij het verwijderen van het poeder. Er moet
bijvoorbeeld worden vermeden dat stofdeeltjes van calciumhydroxide in
de ogen terechtkomen. Er ontstaat dan namelijk een basische oplossing
en die is schadelijk voor de ogen.
132pGeef de formule van de deeltjes die ervoor zorgen dat een basische
oplossing ontstaat wanneer calciumhydroxide in aanraking komt met
oogvocht. Motiveer je antwoord aan de hand van Binas-tabel 45A.
opgave 4Rijden op mierenzuur
Waterstof staat sterk in de belangstelling als duurzame energiedrager.
Waterstofauto’s zijn mogelijk de groene auto’s van de toekomst.
Belangrijke aandachtspunten bij het gebruik van waterstof als
autobrandstof zijn het vervoer en de opslag.
In tekstfragment 1 wordt een proces beschreven waarbij waterstof in de
vorm van mierenzuur (= methaanzuur) wordt vastgelegd en daaruit naar
behoefte weer kan worden vrijgemaakt. Dit proces bevindt zich nog in de
onderzoeksfase.
In figuur 1 wordt weergegeven hoe het onderzochte proces mogelijk kan
worden toegepast bij auto’s die op waterstof rijden.
tekstfragment 1
Waterstof en koolstofdioxide worden met behulp van een katalysator bij hoge pH omgezet tot een mierenzuuroplossing (reactie 1). Met dezelfde katalysator kan mierenzuur bij lage pH weer worden afgebroken tot waterstof en koolstofdioxide (reactie 2). Beide reacties vinden plaats bij normale druk en bij een temperatuur tussen 25 en 80 °C. Waterstof kan worden gebruikt in een brandstofcel en koolstofdioxide wordt uitgestoten.
figuur 1
202pGeef de vergelijking van de reactie waarbij mierenzuur wordt afgebroken
tot koolstofdioxide en waterstof. Geef alle stoffen weer in
structuurformules.
De 'lage pH' waarbij reactie 2 wordt uitgevoerd bedraagt 3,5.
212pBereken de [H+] in mol L–1 van de oplossing met pH 3,5.
De halfreacties die plaatsvinden in de brandstofcel, zijn hieronder
weergegeven.
halfreactie 1: H2 → 2 H+ + 2 e–
halfreactie 2: O2 + 4 H+ + 4 e– → 2 H2O
222pVindt halfreactie 1 plaats aan de positieve of aan de negatieve elektrode?
Motiveer je antwoord.
232pLeid met behulp van de halfreacties 1 en 2 de vergelijking af van de totale
reactie die plaatsvindt in de brandstofcel.
De duurzaamheid van de methode ‘rijden op mierenzuur’ die in deze
opgave is beschreven, hangt onder andere af van de invloed op het
(versterkte) broeikaseffect.
Hierbij spelen de volgende factoren een rol:
− De reacties in de fabriek en in de auto (zie figuur 1);
− de manier waarop waterstof wordt geproduceerd.
Wanneer alléén wordt gekeken naar de reactievergelijkingen van de
reacties in de fabriek en in de auto, zou de conclusie kunnen worden
getrokken dat ‘rijden op mierenzuur’ geen invloed heeft op het (versterkte)
broeikaseffect.
242pLeg dit uit. Laat hierbij de manier waarop waterstof wordt geproduceerd
buiten beschouwing.
Stel je de volgende opzet voor:
− De waterstof die de fabriek nodig heeft, wordt geproduceerd door
de elektrolyse van water.
− De elektriciteit die daarvoor nodig is, wordt opgewekt in een
gasgestookte elektriciteitscentrale.
− Als gas kan daarbij worden gekozen voor aardgas of voor biogas
afkomstig uit plantaardig afval uit de landbouw.
253pBeredeneer, gelet op de hoeveelheid koolstofdioxide die netto wordt
geproduceerd bij de waterstofproductie, welk soort gas (aardgas of
biogas) de voorkeur verdient. Ga er hierbij vanuit dat zowel aardgas als
biogas volledig uit methaan bestaan.
De maximale molariteit van de mierenzuuroplossing die in het onderzoek
is bereikt, bedraagt 1,7 M. De afstand die met een tank
mierenzuuroplossing zou kunnen worden gereden, is niet groot.
263pBereken hoeveel km een auto kan rijden op 50 L
1,7 M mierenzuuroplossing. Ga ervan uit dat alle mierenzuur wordt
omgezet tot waterstof en dat 115 km kan worden gereden per kg
waterstof.
