Practicum: Industriële processen – Haber-Bosch en groene chemie – Scheikunde Klas 4 VWO

In dit practicum voor klas 4 vwo analyseer je het Haber-Bosch-proces voor ammoniaaksynthese via evenwichts- en energieberekeningen. Je onderzoekt de compromiskeuze voor temperatuur en druk, berekent de atom economy en vergelijkt met duurzame alternatieven.

Leerdoel

Na dit practicum kun je het Haber-Bosch-proces beschrijven en verklaren met Le Chatelier, de evenwichtsopbrengst berekenen bij variabele omstandigheden, de atom economy berekenen, en groene chemie-principes (E-factor, atom economy) toepassen.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 4 | Vak: Scheikunde | Domein: F1 Industriële processen, F2 Groene chemie, C5 Chemisch evenwicht | Haber-Bosch, ammoniak, evenwichtsverschuiving, druk, temperatuur, atom economy, E-factor

Benodigdheden

• Simulatiedata (gegeven evenwichtsopbrengst NH₃ als functie van T en P)
• Grafiekpapier, rekenmachine
• Optioneel: ammoniak-demo met pH-papier (NH₃ geeft basisch milieu)

Achtergrondinformatie

Haber-Bosch: N₂(g) + 3H₂(g) ↛ 2NH₃(g)   ΔH = −92 kJ/mol. K_p-uitdrukking: K_p = p(NH₃)² / (p(N₂) × p(H₂)³). Le Chatelier: lage T → hoge opbrengst maar lage snelheid; hoge P → hoge opbrengst (minder mol gas). Compromis in industrie: T = 400–500°C, P = 150–300 atm, ijzerkatalysator. Atom economy = (M_{gewenst product} / M_{alle producten}) × 100%.

Simulatiedata: NH₃-opbrengst (%)

Verwerkingsvragen

1. Verklaar via Le Chatelier waarom hoge druk de opbrengst verhoogt bij de Haber-Bosch-reactie.
2. Bereken de atom economy van Haber-Bosch (alleen NH₃ is gewenst product).
3. In de industrie wordt T = 450°C gekozen in plaats van 200°C. Verklaar dit compromis.

Uitwerking

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

V2: Haber-Bosch: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Alleen NH₃ is gewenst product. Atom economy = M(2 NH₃) / [M(N₂) + M(3H₂)] × 100% = (2 × 17,0) / (28,0 + 3 × 2,02) × 100% = 34,0 / 34,06 × 100% = 99,8% (bijna 100% — efficient gebruik van atomen).

V3: Bij 200°C is de opbrengst hoog maar de reactie te langzaam (lage reactiesnelheid ook met katalysator). Bij 450°C is de snelheid acceptabel voor industrieel gebruik, ook al is de evenwichtsopbrengst lager. Dit compromis maakt continue productie met voldoende doorput economisch rendabel. De ijzerkatalysator verlaagt de activeringsenergie zonder het evenwicht te beïnvloeden.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert demonstratiematerialen en chemicaliënsets voor industriële scheikundeprocessen in het voortgezet onderwijs. Neem contact op voor advies over geschikte demosets.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

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