Practicum: Industriële processen en groene chemie – Scheikunde Klas 4 HAVO

In dit practicum voor klas 4 HAVO analyseer je het Haber-Bosch-proces voor ammoniaaksynthese via simulatiedata. Je onderzoekt de invloed van temperatuur en druk op de evenwichtsopbrengst, berekent de atom economy en vergelijkt met principes van groene chemie.

Leerdoel

Na dit practicum kun je het Haber-Bosch-proces beschrijven en verklaren met Le Chatelier, de atom economy berekenen, de compromiskeuze voor temperatuur/druk uitleggen, en groene chemie-concepten (duurzaamheid, afvalvermindering) toepassen.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: HAVO klas 4 | Vak: Scheikunde | Domein: F1 Industriële processen | Haber-Bosch, ammoniak, evenwicht, druk, temperatuur, atom economy, groene chemie, katalysator

Benodigdheden

• Simulatiedata: NH₃-opbrengst (%) als functie van T en P (gegeven)
• Grafiekpapier, rekenmachine
• Optioneel: ammoniak-demo (pH-papier bij NH₃-gas)

Achtergrondinformatie

Haber-Bosch: N₂ + 3 H₂ ↛ 2 NH₃   ΔH = −92 kJ/mol. Le Chatelier: links 4 mol gas; rechts 2 mol gas → hogere druk geeft meer NH₃. Exotherm → lagere temperatuur geeft meer NH₃, maar minder snel. Compromis: T = 400–500°C, P = 150–300 atm, ijzerkatalysator. Atom economy = M(gewenst product) / M(alle reactanten) × 100%.

Simulatiedata: NH₃-opbrengst (%)

Verwerkingsvragen

1. Verklaar via Le Chatelier waarom hogere druk de NH₃-opbrengst vergroot.
2. Bereken de atom economy van Haber-Bosch (alleen NH₃ is gewenst; M(N₂) = 28 g/mol; M(H₂) = 2 g/mol; M(NH₃) = 17 g/mol).
3. Waarom wordt in de industrie T = 450°C gekozen ondanks de lage evenwichtsopbrengst?

Uitwerking

V1: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃: links 4 mol gas, rechts 2 mol gas. Hogere druk verschuift het evenwicht naar de kant met minder mol gas (Le Chatelier). Meer NH₃ gevormd → hogere opbrengst. Dit bevestigen de simulatiedata: bij 400°C stijgt de opbrengst van 15,3% (50 atm) naar 55,4% (400 atm).

V2: Atom economy = M(2 NH₃) / [M(N₂) + M(3 H₂)] × 100% = (2 × 17) / (28 + 3 × 2) × 100% = 34 / 34 × 100% = 100%. (Alle atomen van N₂ en H₂ eindigen in NH₃; geen bijproducten. Haber-Bosch heeft uitzonderlijk hoge atom economy.)

V3: Bij lage temperaturen (200°C) is de evenwichtsopbrengst hoog, maar de reactiesnelheid te laag voor rendabele industriële productie — zelfs met een katalysator. Bij 450°C is de snelheid acceptabel (katalysator verlaagt de activeringsenergie). De lagere evenwichtsopbrengst wordt gecompenseerd door de niet-omgezette gassen te hergebruiken (recyclen).

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert demonstratiematerialen voor industriële chemieprocessen in het voortgezet scheikundeonderwijs. Neem contact op voor geschikte demosets en simulatiematerialen.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.