Zwavelproductie

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

Vraag A
[C] Chemische processen en behoudswetten[C1] Chemische processen[Polaris] H6: Reactiekinetiek
2p

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 H2SH_{2}S, een product dat vrijkomt bij de verwerking van aardolie. De omzetting van H2SH_{2}S tot zwavel vindt plaats via het claus-proces. In het claus-proces verlopen twee reacties.

2 H2S (g)+3 O2 (g)→2 SO2 (g)+2 H2O (g)2\ H_{2}S\ (g) + 3\ O_{2}\ (g) \rightarrow 2\ SO_{2}\ (g) + 2\ H_{2}O\ (g) (reactie 1)

2 H2S (g)+SO2 (g)⇌3xSx (g)+2 H2O (g)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 H2SH_{2}S onvolledig omgezet volgens reactie 1. In R1 verloopt ook al deels reactie 2. Om het H2SH_{2}S verder om te zetten tot SxS_{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 H2SH_{2}S naar zwavel te verkrijgen, wordt de zuurstoftoevoer in R1 zodanig geregeld dat de molverhouding H2S:O2H_{2}S : O_{2} bij de invoer in R1 2:12 : 1 is.

Leid de totaalvergelijking voor het claus-proces af, waarbij alle H2SH_{2}S wordt omgezet. Gebruik hierbij reactie 1 en reactie 2.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag B
[C] Chemische processen en behoudswetten[C2] Chemisch rekenen[Polaris] H2: Rekenen en meten
4p

Een betrekkelijk kleine claus-installatie verwerkt per dag 20 ton H2SH_{2}S. Lucht bevat 20,9 volume-% zuurstof.

Bereken het volume in m3m^{3} lucht dat per dag minimaal in deze installatie moet worden ingevoerd. Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag C
[C] Chemische processen en behoudswetten[C6] Energieberekeningen[Polaris] H13: Energie en elektrochemie
3p

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 S2S_{2} en S8S_{8} niet gelijk zijn. De vormingswarmte van S8S_{8} is gelijkgesteld aan nul. De vormingswarmte van S2S_{2} is +1,28⋅105 J mol−1+1,28 \cdot 10^{5}\ \text{J mol}^{-1}.

Bereken de reactiewarmte van reactie 2 in joule per mol H2SH_{2}S wanneer uitsluitend S2S_{2} wordt gevormd. Gebruik de waardes van de vormingswarmtes uit je informatieboek.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag D
[C] Chemische processen en behoudswetten[C5] Chemisch evenwicht[Polaris] H6: Reactiekinetiek
3p

Het verband tussen de omzettingsgraad en de temperatuur in R2 van een claus-installatie is onderzocht bij temperaturen boven 100∘C100^{\circ}\text{C}. In de figuur zijn de resultaten van de metingen weergegeven. De omzettingsgraad is in deze opgave gedefinieerd als het percentage H2SH_{2}S dat wordt omgezet tot SxS_{x}. Behalve de omzettingsgraad is in de figuur ook de gemiddelde waarde van x in SxS_{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>6x > 6.

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

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

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag E
[G] Maatschappij, chemie en technologie[G2] Milieueffectrapportage[Polaris] H11: Industriële chemie
1p

De normen voor de maximale uitstoot van H2SH_{2}S en SO2SO_{2} zijn bijzonder streng. Men streeft met het claus-proces dan ook naar de maximale omzettingsgraad.

Geef een reden dat de norm vereist dat de maximale uitstoot van SO2SO_{2} laag is.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag F
[F] Industriële en (chemische) processen[F1] Industriële processen[Polaris] H11: Industriële chemie
3p

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 H2SH_{2}S en SO2SO_{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 SxS_{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

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Antwoordmodel

Volgende opgave: Veiligheidsglas →