Oppgaver for Kjemi og Miljø

Transkript

1 Avdeling for ingeniørutdanning Oppgaver for Kjemi og Miljø Høsten 2000 Kirsten Aarset Bente Hellum

2 2 Innhold Forord 3 Kap. 1 Atomenes oppbygning, periodesystemet 4 Kap. 2 Oversikt over grunnstoffene, kjemisk binding 4 Kap. 3 Reaksjonslikninger, støkiometri 4 Kap. 4 Oksidasjon og reduksjon 6 Kap. 5 Navnsetting 6 Kap. 6 Aggregattilstandene, gasslovene 6 Kap. 7 Løsninger 7 Kap. 8 Kjemisk likekvekt 8 Kap. 9 Syrer og baser 9 Kap. 10 Elektrokjemi 10 Kap. 11 Organisk kjemi 11 Kap. 12 Økologi, miljø og etikk 12 Kap. 13 Ytre og indre miljø (Arbeidsmiljø) 13 Kap. 14 Luftforurensninger 14 Kap. 15 Rensing av utslipp til luft 14 Kap. 16 Globale klimaendringer 16 Kap. 17 Vannforurensninger 16 Kap. 18 Rensing av vann 16 Kap. 19 Avfall og avfallsbehandling 19 Kap. 21 Energi og miljø 21

3 3 Forord Dette er en oppgavesamling for faget Kjemi og Miljø. Antall oppgaver for de ulike kapitlene varierer. For kapitalene med flest oppgaver er det ikke sikkert at du får tid til å gjøre alle. For oppgavene som er tatt fra boken Kjemi og miljøkunnskap av Rystad & Lauritzen finner du fasit bak i boken. Fasit for de andre kjemi oppgavene (kap. 1 11) står i dette heftet. Der finnes sikkert feil i denne fasiten, dersom ditt svar ikke stemmer med fasiten spør studentassistentene eller foreleser. Fasit for oppgavene i Miljø ligger på nettet ( Husk at du også må gjøre oppgaver i miljødelen. Eksamen er ca. 50 % kjemi og 50 % miljø oppgaver, så det lønner seg å jobbe med miljø oppgaver også. Der finnes også en samling av gamle eksamensoppgaver m/fasit ( Eksamensoppgaver i Kjemi og Miljø ). Dette heftet kan du få kjøpt hos Bente Hellum (Rom 614) eller Jan Stubergh (Rom 617). Lykke til

4 4 Kap. 1 Atomenes oppbygning, periodesystemet Fra Rystad & Lauritzen: 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 Kap. 2 Oversikt over grunnstoffene, kjemisk binding Fra Rystad & Lauritzen: 2.1, 2.2, 2.7 Oppgave 1 a) Vi har krefter mellom molekyler. Hva er sterkest binding, permanent dipol-dipol-, hydrogen- eller ikke-permanent dipol-dipol binding? Forklar hvorfor. b) Hvorfor er kokepunktet for vann mye høyere enn for H 2 S? Oppgave 2 a) Hvor mange protoner og elektroner inngår i magnesium ionet? Hvilke ladning har har ionet? b) Hvilken forbindelse danner magnesium med brom? Oppgave 3 Tegn Lewis struktur for atomene a) Ba og Cl b) K og O c) Al og F Når disse stoffene reagerer med hverandre parvis, blir det dannet forbindelser der det inngår ionebindinger. Vis hva som skjer med elektronene i det ytterste skallet og skriv formlene for forbindelsene. Fasit: Oppgave 3: Formler a) BaCl 2 b) K 2 O c) AlF 3 Kap. 3 Reaksjonslikninger, støkiometri Gjør oppgave 1, 2, 3, 4 og 5 på arket først Fra Rystad & Lauritzen: 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.8, 3.9 Oppgave 1 Definer mol begrepet (VIKTIG!)

5 5 Oppgave 2 Hvor mange mol er 2,0*10 24 molekyler metanol? Oppgave 3 Hva er molekylvekten til BeCl 2? Oppgave 4 Hvor mange mol er 2,03 g MgO? Oppgave 5 Hva er masseprosenten jern i FeO? Oppgave 6 Et ukjent oksid har formelen MO og inneholder 89,6 vektprosent M. Hvilket element skjuler seg bak M? Oppgave 7 Kalsiumkarbid, CaC 2 lages slik: CaO(s) +3C(s) CaC 2 (s) + CO(g) En reaksjonsblanding inneholdt 1150 g kalsiumoksid og 1150 g karbon. Hvor mange gram kalsiumkarbid kan vi maksimalt få? Oppgave 8 Hydrogengass, HCl(g), lages ved å la hydrogengass brenne i en atmosfære av klorgass. (i) Reaksjon: H 2 (g) + Cl 2 (g) HCl. Balansert reaksjonslikning (ii) Hvor stor masse av HCl-gass kan teoretisk bli produsert ut fra 1 tonn H 2? Oppgave 9 Hemogolbin er molekylet som sørger for oksygen transport i blodet. Molekylet består av en proteindel og en del som heter heme. Hver heme inneholder et atom jern. En prøve av heme på 35,20 mg inneholder 3,19 mg jern. Hvor stor er molekylvekten til heme? Oppgave 10 (eksamens oppgave 1999) a) Hvor mange mol er det i 5,99 g Cl 2? b) Metan brenner i luft og gir karbondioksid og vann. CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) Hvor mange gram vann blir produsert når 3,00 g CH 4 forbrenner? c) 7,16 g av et stoff som inneholder C, H og O forbrenner og gir 13,75 g CO 2 og 8,45 g H 2 O. Hva blir den empiriske formelen? Oppgave 12 Etanol brenner i luft og gir karbondioksid og vann. C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(l)

6 6 Balanser ligningen. Hvor mange gram vann blir produsert når 6,00 g C 2 H 5 OH forbrenner? (dersom du ikke får til å balansere ligningen så gjør beregningene med den reaksjonen som er gitt) Fasit: Oppgave 2 3,32 mol, Oppgave 3 79,918 g/mol Oppgave 4 0,050 mol Oppgave 5 77,7 % Fe, Oppgave 6 M = Ba (137,85 g/mol) Oppgave g CaC 2 Oppgave 8 (i) H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g) (ii) 3,6 tonn HCl Oppgave 9 molvekt heme = 616,5 g/mol Oppgave 10 a) 0,084 mol Cl 2 b) 6,74 g H 2 O c) C 2 H 6 O Oppgave 12 C 2 H 5 OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O Gram H 2 O = 7,04. Kap. 4 Oksidasjon og reduksjon Fra Rystad & Lauritzen: 4.2, 4.4, 4.6, 4.7 Kap. 5 Navnsetting Fra Rystad & Lauritzen: 5.1, 5.3, 5.6 Kap. 6 Aggregattilstandene, gasslovene Fra Rystad & Lauritzen: 6.1, 6.2, 6.5a Oppgave 1 Gasser. Tilstandslikningen for en ideell gass ("gasslikningen") er det lurt å kunne skrive ned. Kan du det allerede? a) En ideell gass er en gass som følger likningen du har skrevet ned ovenfor ved alle temperaturer og trykk. Under hvilke forutsetninger er dette mulig? Sett ring rundt det du mener er riktig svar: b) A. gassmolekylene må være lette B. gassmolekylene må være atomer C. gassmolekylene må eksistere uten krefter seg imellom D. gassmolekylene må være uten volum E. en kombinasjon av C og D c) Hvilket volum har ett mol av en ideell gass ved trykk 0,500 atm og temperatur 43 o C? d) Til hvilken temperatur må vi varme opp 8,0 g O 2 dersom gassen skal få et volum på 20,5 L og trykk 1,0 atm?

7 7 Oppgave 2 En sylinder på ml inneholder 35,8 g O 2 ved 46 o C. Hva vil trykket av O 2 være (R = 0,08206 L*atm/mol*K )? Oppgave 3 En sylinder med O 2 inneholder 91,3 g O 2. Dersom volumet er 8,59 L og temperaturen er 21 o C hva vil trykket av O 2 være? Anta at du kan bruke den ideelle gass lov (R = 0,08206 L*atm/mol*K). Fasit: Oppgave 1 a) E, b) 51,9 L c) 999 K Oppgave 2 2,29 atm Oppgave 3 8,02 atm Kap. 7 Løsninger Fra Rystad & Lauritzen: 7.3, 7.4, 7.7 Oppgave 1 0,10 mol av saltene under (a) Al 2 (SO 4 ) 3, (b) CuCl 2 og (c) KOH er løst slik at vi har 100 ml løsning i hvert tilfelle. Finn konsentrasjonen av de forskjellige ionene. Oppgave 3 a) 0,5 L av en løsning av 0,2 M NaCl blandes med 0,5 L av en løsning av 0,2 M FeCl 3. Hva er konsentrasjonen i blandingen av Na + (aq), Fe 3+ (aq) og Cl - (aq)? b) Du skal lage 0,500 L av en løsning der konsentrasjonen av Cl - (aq) er 0,300 M ved å løse fast kalsiumklorid, CaCl 2, i vann. Hvor mange g kalsiumklorid må du bruke? c) Du har 0,250 L av en vandig 0,200 M NaOH-løsning. Du setter til vann slik at volumet øker til 0,350 L. Hva blir konsentrasjonen av hydroksidioner (OH - ) nå? Oppgave 4 Urea, (NH 4 ) 2 CO, er et godt gjødslingsmiddel til nitrogenfattig jord. a) Hvor mange gram ureamolekyler er det i 0,100 L 0,0145 M urealøsning? b) 3,00 g urea ble løst i 0,500 L løsning. Hva er konsentrasjonen i mol pr. liter. Oppgave 5 a) Hvor mange gram KCN må man løse til 100 ml for at den skal ha en konsentrasjon på 0,02 M men hensyn på CN - - ionene? b) Til løsningen ble det satt til 200 ml av en løsning som var 0,01 M men hensyn på CN - Hvor stor blir konsentrasjonen av CN - ioner i den nye løsningen? Oppgave 6 Hva blir molariteten av HCl i løsningen vi får når vi blander 250 ml 0,200 M HCl og 350 ml 0,100 M HCl?

8 8 Oppgave 7 20,0 g Ca(NO 3 ) 2 og 0,15 mol Al(NO 3 ) 3 blir løst i vann og fortynnet til 300 cm 3, Hva er molariteten av ionene, Ca 2+, Al 3+ og NO 3 -? Oppgave 8 Finn molariteten i den løsningen vi får dersom vi blander 200 cm 3 0,200 M HCl og 350 cm 3 0,100 M HCl? Fasit Oppgave 1 a) [ Al 3+ ] = 2,0 M, [SO 4 2- ] = 3,0 M b) [ Cu 2+ ] = 1,0 M, [Cl - ] = 2,0 c) [ K + ] = = [OH - ] = 1,0 M Oppgave 3 a) [ Na + ] = 0,1 M, [ Fe 3+ ] = 0,1 M, [Cl - ] = 0,4 M b) 8,32 g CaCl 2 d) [OH - ] = 0,143 M Oppgave 4 a) 0,0930 g urea b) [(NH 4 ) 2 CO] = 0,094 M Oppgave 5 a) 0,130 g KCN b) [ CN - ] = 0,01 M Oppgave 6 [HCl] = 0,140 M Oppgave 7 [Ca 2+ ] = 0,42 M [ Al 3+ ] = 0,50 M, [NO 3 - ] = 2,33 M Oppgave 8 [HCl] = 0,142 M Kap. 8 Kjemisk likekvekt Fra Rystad & Lauritzen: 8.1, 8.2, 8.5, 8.7, 8.8, 8.10 Oppgave 1 Skriv ned uttrykkene for likevektskonstanten K p for disse reaksjonene. i) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) ii) 4NH 3 (g) + 7O 2 (g) 4NO 2 (g) + 6H 2 O(g) iii) SnO 2 (s) + 2H 2 (g) Sn(s) + 2H 2 O(g) iv) 4MnO 2 (s) 2Mn 2 O 3 (s) + O 2 (g) v) H 2 O(l) H 2 O(g) Oppgave 2 a) For reaksjonen N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) er Kp ved 55 o C lik 0,66 atm. Hva er K c ved samme temperatur? b) Ved 500 o C er likevektskonstanten K for reaksjonen H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) lik 50, uten at vi behøver å si om det er Kc eller Kp. Hvorfor? Oppgave 3 Likevektskonstanten K og reaksjonskvotienten Q. Hvordan vil du for deg sjøl formulere hva som er forskjellen på disse to størrelsene? Vi har 1,0 mol NO 2 (g) i en 10,0 L beholder ved 50 o C. Noe av denne gassen reagerer og gir N 2 O 4 (g). Ved likevekt har en 0,36 mol N 2 O 4. Beregn Kc for reaksjonen 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) sette opp "før etter" skjema.

9 9 Oppgave 4 Beregn løseligheten av stoffene nedenfor ut fra de oppgitte løselighets-produkter, K sp - verdier. Angi løseligheten i mol pr. liter, dvs. den molare løselighet (S). a) BaCrO 4 : K sp = 3, b) Ag 2 SO 4 : K sp = 1, Oppgave 5 a) I en mettet løsning av blyklorid viser det seg at [Cl - ] = 2*[Pb 2+ ] = 3, M. Regn ut K sp for PbCl 2. b) K sp for PbSO 4 er 1, M 2. Regn ut løseligheten for PbSO 4 i rent vann og i 0,01 M Pb(NO 3 ) 2. Oppgave 6 (eksamens oppgave) a) Hva er løseligheten av Ni(OH) 2 i rent vann (K sp (Ni(OH) 2 ) = 6,5*10-18 )? Oppgi svaret i molaritet. b) Hva er løsligheten av Ni(OH) 2 i 0,010 M NaOH? Oppgi svaret i molaritet. Fasit Oppgave 2 a) K c = 0,025 M Oppgave 3 K c = 45,9 Oppgave 4 a) [BaCrO 4 ] = 1,7*10-5 M b) [Ag 2 SO 4 ] = 0,016 M Oppgave 5 a) K sp = 1,6*10-5 b) 1,7*10-6 M i rent vann og 1,3*10-4 M i 0,01 M Pb(NO 3 ) 2 Oppgave 6, a) [Ni(OH) 2 ] = 1,2*10-6 M b) [Ni(OH) 2 ] = 6,5*10-14 M Kap. 9 Syrer og baser Fra Rystad & Lauritzen: 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.8, 9.9 Oppgave 1 Regn ut ph i disse løsninger: i) 0,50 M HNO 3 ii) 0,050 M NaOH iii) En blanding av 10 ml 0,50 M HNO 3 og 45 ml 0,050 M NaOH Oppgave 2 Kb for NH 3 (aq) er 1.8 *10-5 a) Regn ut ph i 0,100 M NH 3. Hva er ph i 0,100 M NH 4 Cl? b) 50,0 ml 0,100 M NH 3 tilsettes 20,0 ml 0,100 M HCl. Regn ut ph. Oppgave 3 Hva mener vi med bufferkapasitet? Hva skjer dersom vi tilsetter mer syre (eller base) enn det bufferkapasiteten sier at vi kan?

10 10 Oppgave 4. (eksamens oppgave høsten 1999) a) Beregn ph i 0,16 M HCOOH, K a (HCOOH) = 1,76*10-4 b) Beregn ph i en blanding av 0,20 mol NaHCOO og 0,30 mol HCOOH i 1,00 L vann. c) Beregn ph i 1,00 L av løsningen i b) etter tilsetting av 0,10 mol fast NaOH (se bort fra volumforandring). Fasit: Oppgave 1 (i) ph = 0,3 (ii) ph = 12,7 (iii) ph = 1,3 Oppgave 2 a) ph = 11,1 i 0,100 M NH 3 og ph = 5,13 i 0,100 M NH 4 Cl b) ph = 9,4 Oppgave 4 a) ph = 2,3 b) ph = 3,6 c) ph = 3,9 Kap. 10 Elektrokjemi Fra Rystad & Lauritzen: 10.1, 10.4, 10.5, 10.6 Oppgave 1 En galvanisk celle er gitt ved oppsettet: Ni Ni 2+ (1,0 M) Cu 2+ (1,0 M) Cu a) Tegn en skisse av cellen. Hvilke elektrode er anode. b) Beregn cellepotensialet for celle. Oppgave 2 En annen galvanisk celle er gitt ved: Pt H 2 (1 atm) H + (1,00 M) Ag + (1,00 M) Ag a) Tegn en skisse av denne cellen. Hvilke reaksjoner skjer ved de to elektrodene og hvilke elektrode blir negativt ladet? b) Beregn cellepotensialet for denne cellen. Oppgave 3 Gitt den samme cellen som i oppgave 1, men nå skal konsentrasjonen av Cu 2+ ion være 0,030 M og Ni 2+ 0,060 M. Bruk Nernsts ligning til å finne cellepotensialet ved 25 o C. Oppgave 4 Skriv celle reaksjonene, halvreaksjonene og beregn E celle og E o celle for følgende celle ved 25 o C Zn Zn 2+ (aq) (0,11 M) Ag + (aq) (0,20 M) Ag Fasit: Oppgave 1a) Ni er anode b) E o celle = 0,59 V Oppgave 2 a) Hydrogen elektroden er anode, reaksjon: H 2 2H + + 2e -, Sølvelektroden er katode, reaksjon: Ag + + e - Ag; Anoden er negativ b) E o celle = 0,80 V Oppgave 3 E celle = 0,58 V Oppgave 4 Halvreaksjoner: Ag + + e - Ag, Zn e - Zn, Cellereaksjon: Ag + + Zn Zn 2+ + Ag, E o celle = 1,56 V E celle = 1,55 V

11 11 Kap. 11 Organisk kjemi Oppgave 1 Sett navn på følgende organiske forbindelser: (i) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (ii) CH 3 -CH 3 -CH 2 Cl (iii) CH 2 =CH-CH 3 (iv) CH 2 =CH 2 Oppgave 2 Tegn den funksjonelle gruppen for følgende klasser: (i) (ii) (iii) (iv) (v) Karboksylsyre Aldehyd Keton Amin Alkoholer Fasit: Oppgave 1 (i) butan (ii) klorpropan (iii) propen (iv) eten PS! Flere oppgaver i organisk kjemi vil bli delt ut

12 12 Kap. 12 Økologi, miljø og etikk 1. Kontroller at du har fått med deg betydningen av ordene: art, individ, populasjon, samfunn, biotiske faktorer og abiotiske faktorer. 2. Avgjør hvilke av følgende organismer som er produsent, primærkonsument, sekundærkonsument og nedbryter: Ugle, spurv, meitemark og grønne planter. 3. Forklar begrepene næringskjede, næringspyramide og trofisk nivå. Plasser organismene fra spørsmål 2 i en næringskjede. 4. Forklar hvordan synet på rensing, gjenvinning og resirkulering har endret seg gjennom de siste tiårene. 5. Hvilken strategi er typisk for 90-åra i forbindelse med forurensing? 6. Forklar hva vi mener med renere produksjon, hvilke virkemidler tas i bruk for å oppnå dette? 7. Finn frem til eksempler hvor det med hell er gjennomført renere produksjon. 8. Figuren nedenunder skal illustrere intern resirkulering av fluor i et aluminiumsverk. Vi bare fokuserer på fluorforurensningen. Forklar hva det er som skjer ved intern resirkulering i dette tilfellet. Råstoffer (Al 2O 3, Na 3AlF 6) PROSESS (elekrolyse) Produkt (Al) Forurensning (fluorforbindelser) Al 2 O 3 9. Tidligere ble fluorforbindelsene i avgassene sluppet direkte ut i lufta. Hvilke fordeler gir i dette tilfellet intern resirkulering? 10. Statoil har utført en forenklet livsløpsvurdering av MTBE-bensin sammenliknet med vanlig bensin. (MTBE er et tilsetningsstoff til bensin som øker oktantallet og derved kan erstatte tilsats av blyforbindelser.) Hovedresultatet av undersøkelsen fremgår av tabellen under. Den angir miljøpåvirkningene ved framstilling av de to brennstoffene. ved forbrenning av de to brennstoffene i en bestemt bil. Usikkerheten i resultatene er tatt med i tabellen. 1.1 Hva har Statoil brukt som funksjonell enhet? 1.2 Hvilken av de to brennstoffene gir mest forurensing?

13 13 Begrunn svaret. Hvilken forurensningskomponent er tydeligvis utelatt i tabellen? (Tips: Svaret fremgår av teksten til oppgaven) 1.3 Hvordan er forholdet mellom forurensningen fra produksjonen og forbrenningen? (Vi ser at fotokjemisk oksidasjon skiller seg ut i denne sammenheng.) Hvordan er det tilsvarende forholdet mellom energiforbruket? MTBE Vanlig Global klimaendring CO 2 -ekv/1000 l produksjon 200±20 253±19 forbrenning 2375± ±47 Fotokjemisk oksidajon POCP/1000 l produksjon 2,60±0,27 2,89±0,28 forbrenning 3,11±0,34 2,93±0,32 Forsuring mol H + /1000 l produksjon 18,6±1,1 21,0±1,3 forbrenning 101±10 101±10 Overgjødsling (eutrofiering) kg KOF 1000 l produksjon 1,61±0,10 1,98±0,11 forbrenning 13,9±1,39 13,9±1,39 Avfall kg/1000 l produksjon 6,31±0,48 6,53±0,47 Fossilt brensel MJ/1000 l produksjon 3032± ±285 forbrenning 33496± ±325 Bidrag til ulike miljøpåvirkninger gjennom livsløpet for 1000 l drivstoff Kap. 13 Ytre og indre miljø (Arbeidsmiljø) 1. Når fikk vi i Norge den gjeldende arbeidsmiljøloven, og hva er lovens hovedmålsetning? 2. Hva er et verneombud? Hva vet du om sammensetningen av arbeidsmiljøutvalget? Hvilke oppgaver har dette utvalget? 3. Hvilke arbeidsoppgaver har arbeidstilsynet? 4. Hvilke forhold går under gruppebetegnelsen «Fysiske miljøfaktorer»? 5. Hvilke forhold er bestemmende for inneklimaet? 6. Hva menes med toksikologi?

14 14 7. Hva er forskjellen på et lydabsorberende og et lydisolerende materiale? Hva kjennetegner de to materialtypene? 8. Definer begrepet lydintensitet, hva er enheten? Definer begrepet lydtrykk, hva er enheten her? Hva menes med høreterskel og smertegrense? Regn ut lydtrykket ved et lydnivå på 116 db 9. Hvilke skadelige effekter gir støy? Hva er det høyest tillatte støynivå (målt i db(a)) på en arbeidsplass hvor arbeidet krever stor og vedvarende konsentrasjon over hele arbeidstiden? 10. Hva er administrative normer for forurensning i arbeidsatmosfære? Hvilke grupper inndeler vi helsefarlige stoffer i? 11. Hva forstår vi med YL-merking? Hva er farligst å komme i kontakt med, et stoff i YL gruppe 1 eller et stoff i YL-gruppe 5? 12. Hva er flammepunkt for en brennbar væske, og hvordan blir brennbare væsker klassifisert på grunnlag av flammepunktet? 13. Hva er et produktdatablad? og Kap. 14 Luftforurensninger Kap. 15 Rensing av utslipp til luft 1. Hvilke luftforurensninger får vi fra en større industriovn når vi benytter et brensel som inneholder C, H, O, S, og Cl og vanlig luft brukes til forbrenningen (med et rimelig oksygenoverskudd i forbrenningsgassene)? 2. Hvilken type luftforurensning kan oppstå pga. større utslipp av flyktige organiske stoffer (VOC) og NO x, og hvilke skader på mennesker og vegetasjon kan bli konsekvensen? 3. Hvilke tre hovedkomponenter (vannløselige gasser) er viktigst når det gjelder å gjøre nedbøren surere enn nøytralpunktet (ph=7,0)? Når det gjelder virkning av sur nedbør, er det ikke utelukkende surheten i innsjøer og elver/bekker som utrydder fisk. Hvilket stoff tenker vi på? 4. Store dieselmotorer på skip slipper ut mye NO x. En av metodene for å rense avgassene er å benytte katalysator. For å eliminere NO x må vi imidlertid dosere inn et stoff i eksosgassen

15 15 før katalysatoren. Hvilket stoff er dette, og hva er det som skjer rent reaksjonsmessig? Hva kan vi i neste omgang gjøre med avgassene for å fjerne det meste av svoveldioksiden pga. bunkersoljens S-innhold. (Tips: les kap. om fjerning av gasser) 5. Svovelnedfallet over et større område på Sørlandet er kalkulert å være ca ett tonn S pr. km 2 per år. Dette kan regnes å foreligge som svovelsyre i avregningsvannet i et vassdrag. Undersøkelser viser at nitrogenets surhetsvirkning (pga salpetersyre) utgjør 50 % av svovelsyrens. I et vassdrag besluttes å dosere inn finpulverisert kalkstein (100 % kalsiumkarbonat) for å nøytralisere surheten. Sett opp reaksjonslikninger og beregn kalksteinforbruk pr år for et område på 2000 km 2. Regn med 90 % virkningsgrad -dvs at 10 % av kalksteinene ikke reagerer med syra. 6. Til hvilke formål brukes et elektrofilter? Gi også en kort redegjørelse for el-filterets virkemåte. Forklar i tilknytning til en figur. 7. Tegn en skisse av anlegg for gassvasking. Hvilke komponenter i avgassen kan bli fjernet i et slikt anlegg? Kan vann fra anlegget bli direkte ledet til en vannresipient? Blir det også nyttet andre væsker enn rent vann i vasketårnet? 8. I utlandet blir elektrisk kraft vanligvis fremstilt ved å brenne kull eller olje. Varmen som dannes driver turbiner som via generatorer produserer strøm. Hva skjer med svovelet i kullet eller oljen etter forbrenning? Hvordan kan den sure gassen som oppstår blir fjernet i våt prosessen? Et kraftverk forbrenner 52 tonn med kull med 2,5% svovel pr døgn. Hvor stort blir det teoretiske forbruket av CaCO 3 per døgn i renseanlegget? Hvor mye gips, regnet som CaSO 4 *2H 2 O blir dannet? 9. Bilen er en alvorlig kilde til luftforurensning. Hvilke forurensninger blir dannet? Hvilke forurensningskomponenter kan bli fjernet i en treveis katalysator? Kan vi vente en drastisk reduksjon i utslippene fra bilene i årene som kommer etter som en stadig større andel av bilparken vil ha installert en katalysator? Vil bruk av motorvarmer ha betydning for forbruket av bensin og utslippene av forurensning? 10. En brenselolje inneholder 2 % svovel. Hva blir utslippet av svoveldioksid fra et fyrhus som brenner kg olje per døgn? Hvor mye kaustisk soda, vil det gå med i et planlagt gassvaskeanlegg der 90 % av svoveldioksiden blir fjernet ved å reagere til natriumsulfitt i vaskevannet? 11. Et gasskraftverk brenner 100 tonn naturgass (metan) pr time og slipper (før rensing)ut 200 mg NO x (regnet som NO 2 ) pr. MJ brensel. Dette skal bringes ned i maksimum 15 mg NO x /MJ ved bruk av katalysator etter injisering av ammoniakk. Dersom vi regner med fullstendig reaksjon, hvor mye ammoniakk (NH 3 ) vil det gå med pr time i det katalytiske renseanlegget? 12. (NB! Denne oppgaven er litt vanskeligere enn en typisk eksamensoppgave) Et avfallsbrensel inneholder 80 % karbon,c, og 5 % klor, Cl, og nok hydrogen til at alt klor blir til saltsyre. I forbrenningen brukes så mye luft at halvparten av luftas oksygen brukes opp. Regn at karbondioksid veier like mye som luft = 1,3 kg/nm 3.Statens forurensningstilsyn har krevd at konsentrasjonen i utslippet (ut av skorsteinen) skal være

16 16 lavere enn 100 mg saltsyre per normalkubikkmeter (Nm 3 ). Hvor stor renseeffekt må gassvaskeanlegg for saltsyre ha? Kap. 16 Globale klimaendringer 1. Strålingen fra solen og varmestrålingen fra jorden har forskjellige bølgelengder. Forklar på denne bakgrunn hvordan drivhuseffekten oppstår. Nevn de viktigste drivhusgassene. 2. Ingen betviler at drivhuseffekten eksisterer. Men det blir diskutert hvordan våre utslipp påvirker drivhuseffekten og hva den økende drivhuseffekt vil føre til. Hvilke mulige effekter er det forskerne i første rekke har fokusert på? 3. Hvordan blir ozon dannet og spaltet igjen i stratosfæren? Forklar ved hjelp av reaksjonslikninger. 4. Hvordan kan stoffer som KFK nå helt opp i stratosfæren uten å bli ødelagt eller fjernet fra atmosfæren? I global sammenheng anses nedbrytning av ozonlaget pga. utslipp av KFK-er og Haloner å være svært alvorlig. Hvilket kjemisk element i KFK-er henholdsvis Haloner er det som forårsaker ozonnedbrytningen. I forhold til de vanlige KFK 11, 12 og 113, hvilken virkning har nyutviklede HKFK-er, FK-er og HFK-er i ozon - sammenheng? (FK står for fluorkarboner, dvs. forbindelser som bare inneholder fluor og karbon) og Kap. 17 Vannforurensninger Kap. 18 Rensing av vann 1. Hva menes med vannets alkalitet? Hva er vanligvis bestemmende for alkaliteten i norske vann? 2. Hva forstår vi med begrepet eutrofiering av vann? Hvor i landet finner vi de minst/mest eutrofe innsjøene? Det er vanligvis to stoffer som er begrensende for algeveksten. Hvilket

17 17 av disse stoffene har størst betydning i ferskvann (i innsjøer) og hvilket har størst betydning i sjøvann (ute i Skagerrak, Nordsjøen, osv). 3. Bunnområdene i terskelfjorder kan i perioder av året være uten oksygen. Det skyldes utslipp som fører til et primært oksygenforbruk eller det kan skyldes såkalt sekundært oksygenforbruk. Hva er det som fører til oksygenforbruket og hva menes med de to begrepene. Ved oksygenfri forhold i bunnen blir det dannet to giftige stoffer (sekundær forurensing). Hvilke stoffer er dette? 4. En vakker liten innsjø som er svært eutrof, med til tider oppblomstring av blågrønnalger, ønskes ført tilbake til en mer naturlig tilstand. Alle utslipp, både fra kloakk og fra industri og landbruk, blir så godt som stoppet. Likevel skjer det liten forbedring av vannkvaliteten. Hva kan grunnen være til dette? Hva kan bli gjort for å redde denne innsjøen? Vil tiltakene bli kostbare? 5. Hva kjennetegner en miljøgift? Nevn noen viktige miljøgifter! 6. Sur nedbør vasker næringsstoffene ut av jorda. Hvordan kan dette skje? Ta utgangspunkt i hvordan kolloidene virker i jordsmonnet. Er alle typer jordsmonn like sårbart for sur nedbør? Hvor finner vi de mest/minst sårbare områdene? Et av de mest vanlig forekommende metallene i jordsmonnet blir løst i jordvannet når vannet er tilstrekkelig surt. Når det sure vannet når vassdrag kan det medvirke til at fisk dør. Hvilke metall tenker vi på? Er dette metallet farlig for mennesker? Også giftige tungmetaller kan bli løst ut av jorda. Nevn et eksempel. Kjenner du til om dette metallet kan ha skadelige virkninger på dyrelivet? 7. Kalk kan bli tilsatt vassdrag for å redusere skadevirkningene av sur nedbør. Hvordan bør kalken bli tilført innsjøer og vassdrag? Hva er det som gjør at brent kalk (CaO) kan nøytralisere vann? Hvorfor blir ikke dette mottiltaket tatt i bruk i større utstrekning? 8. Nevn kort og punktvis de viktigste bidrag fra jordbruket til forurensning av vassdrag. Hva karakteriserer økologisk jordbruk? Etterspørselen etter økologiske jordbruksprodukter er i flere land større enn tilbudet. Hva tror du er årsaken til dette? 9. Norske drikkevannskilder har ofte lav alkalitet. Hvorfor er det ønskelig at vannet er svakt alkalisk (basisk)? Hvilke stoffer blir i vannverkene brukt til å heve ph til ønsket verdi? Hvilken metode er etter din mening den beste? Begrunn svaret. 10. Oslos drikkevann skal bringes opp til minimumskravene til alkalitet i henhold til EU kravene. Det kan skje ved å tilsette vannet Ca(OH) 2 og CO 2 som reagerer til kalsiumhydrogenkarbonat, Ca(HCO 3 ) 2. (Foreløpig blir 10 % av vannet behandlet på denne måten). Hydrogenkarbonat - konsentrasjonen (alkaliteten) skal være 1 mmol/1 (millimol per liter). Det blir produsert ca 115 millioner m 3 drikkevann per år. Hva blir det teoretiske forbruket av kalsiumhydroksid og karbondioksid? 11. Hvilke tre metoder blir vanligvis brukt til behandling /rensing av drikkevann? Hva er hensikten med disse tre metodene? 12. En drikkevannskilde i et heiområde på Vestlandet blir i noen grad utsatt for forurensning fra landbruk (hovedsakelig sauebeite) og samferdsel. Råvannet er surt (og dermed

18 18 korrosivt), bakterie- og humusholdig. Hvilke former for behandling bør vannet gjennomgå før det sendes ut på ledningsnettet til konsumentene? 13. Forklar hva som menes med forkortelsene BOF; KOF og TOC. Hva er grunnen til at BOF-verdien ikke er lik KOF-verdien ved måling av f.eks. en kloakkforurenset vannprøve? 14. Hvilke stoffer blir fjernet i et mekanisk renseanlegg? Hvilke egenskaper ved forurensningen blir i et slikt anlegg utnyttet for å få stoffene fjernet? 15. Et stort anlegg på Nord-Jæren renser kloakken mekanisk og kjemisk. a) Hvilke stoffer blir fjernet fra kloakken ved denne behandlingen? b) Avløp fra renseanlegget slippes ut i havet i et område med gode strømforhold. Hvilke stoffer inneholder utslippet? Ser du noen betenkeligheter i at dette /disse stoffene blir sluppet ut i havet? 18. Beskriv i tilknytning til en skisse aktivslamprosessen. Blir de organiske stoffene i kloakken nedbrutt til CO 2 og H 2 O, eller hva er det som skjer med dem? 19. Hvilke stoffer blir fjernet ved kjemisk rensing? Hvilke fellingskjemikalier blir benyttet? 20. Et kloakkrenseanlegg renser avløpvannet fra innbyggere ved kjemisk felling for bl.a å fjerne fosfor, P. Det regnes med et utslipp på 2 g P per person og døgn og vi regner med at 80 % av kloakken kommer frem til renseanlegget. Regn med at alt fosforet blir felt ut som AlPO 4. Regn videre med at det går med 2,5 ganger så mye Al 2 (SO 4 ) 3 som det støkiometriske behov skulle tilsi, regnet ut i fra fosformengden. Overskuddet reagerer med såpe, proteiner osv. Hva blir forbruket av aluminiumsulfat (Al 2 (SO 4 ) 3 *18H 2 O per år i renseanlegget? 21. I områder hvor Nordsjøavtalen er gjeldende, skal kloakkrenseanleggene som er over en viss størrelse (tilsvarende innbyggere) fjerne nitrogen. Hvordan kan det gjøres i anlegg for nitrifisering og denitrifisering? 22. Renset kloakkvann, som er å betrakte som ferskvann med lav tetthet i forhold til salt og kaldt sjøvann, vil få en oppdrift ved utslipp til sjø. Forklar hvordan det går an å slippe ut kloakk på dypt vann i sjøen, f.eks. i en fjord, uten at selv godt fortynnet kloakk vil trenge lenger opp enn til m under overflaten. 23. De store og økende mengdene slam som blir dannet i kloakkrenseanleggene utgjør et problem. Hvilke muligheter er det for å bli kvitt slammet i dag? Mye slam er blitt kjørt til deponi. Men kostnadene knyttet til deponering øker stadig grunnet økende krav til fyllplassene. Dessuten er det tydelige signaler, spesielt fra Tyskland, som går ut på at det skal bli forbudt å levere så godt som alle typer organisk stoff på fyllplassene. Hva bør slammet etter din mening brukes til? Begrunn svaret. Hvordan kan vi unngå at for store mengder tungmetaller og andre miljøgifter ender opp i slammet?

19 19 Kap. 19 Avfall og avfallsbehandling 1. I stedet for å kaste brukt stål (f.eks senke gamle fiskebåter eller understell på stålplattformer kan det bli kuttet opp og smeltet - f.eks i små elektriske stålverk og brukt om igjen. Hvilke fordeler medfører dette? (Trekk også inn transportarbeidet i vurderingen.) 2. Nevn punktvis og i prioritert rekkefølge hvilke mål vi bør ha når det gjelder avfall og avfallsbehandling. Er ditt oppsett i overensstemmelse med våre styresmakters prioritering? 3. Hva inneholder det kommunale avfallet, forbruksavfallet, produksjonsavfallet og spesialavfallet? 4. I noen deponier blir avfallet plassert 1) uten komprimering 2) med komprimering Hvilke fordeler har metode 2) fremfor metode 1)? Hva slags teknisk innretning blir benyttet for å oppnå god komprimering? 5. Hvilke komponenter i en kommunal fylling nedbrytes til gasser? Hva er det for gasser som blir dannet? Hvilke av gassene er brennbare? Hvilke problemer kan de sist nevnte gassene medføre? Gassene kan bli sugd ut etter at det blitt lagt rør i fyllingen. Hvilke fordeler medfører dette? 6. Hvilke komponenter bidrar til forurenset sigevann? Kan sigevannet føres direkte til en resipient eller kommunalt avløpsystem? Hvilke stoffer bør vi fjerne i et renseanlegg for sigevann? 7. I et renseanlegg for sigevann blir Fe 2+ oksidert av H 2 O 2 i surt miljø til Fe 3+. Ta utgangspunkt i følgende reaksjonslikninger: Fe 3+ + e - Fe 2+ H 2 O 2 + 2H + + 2e - 2H 2 O Start med å finne reduksjonspotensialene i en tabell. Skriv deretter reaksjonslikningen for reaksjonen mellom Fe 2+ og H 2 O 2 og fin det tilhørende potensialet. Vil reaksjonen gå spontant ( dvs. av seg selv) mot høyre? Hvilket stoff blir i dette tilfellet anvendt som oksidasjonsmiddel? 8. ph øker når CO 2 drives ut ved lufting av sigevannet. I vannet kan vi for enkelhetens skyld anta at likevekten CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 er innstilt. Hvordan kan vi ut i fra Le Chateliers-prinsipp forklare ovenstående påstand om ph-endring. Det blir videre påstått at økt ph fører til utfelling av metallhydroksider:

20 20 Me n+ + noh - Me(OH) n Begrunn påstanden. Bruk løselighetstabell- Hvordan kan dette forklares? Ta utgangspunkt i løselighetstabeller (som viser at alle de vanlige tungmetallene har tungeløselige hydroksider). 9. Kunne du tenke deg å anbefale bygging av forbrenningsanlegg for avfall? Lag en oversikt over fordeler og ulemper ved slik avfallsdestruksjon, og forsøk på dette grunnlag å foreta en avveining. 10. Hvor mye hydrogenklorid kan bli dannet fra PVC i et forbrenningsanlegg som brenner tonn avfall pr. år? Det forutsettes at avfallet inneholder 8 vektprosent plast og at PVC utgjør 10 % av plastfraksjonen, (Bruk formelen for PVC, (-C 2 H 3 Cl-) n til å finne % klor i forbindelsen). Hvor mye hydrogenklorid kan maksimalt bli dannet dersom en forutsetter at alt klor blir til HCl. En liten del av kloren reagerer til andre stoffer enn HCl. Hvilke andre stoffer dannes og hvilke egenskaper har disse? 11. I flere kommuner er det plassert ut egne beholdere for mat og hageavfall. Dette avfallet blir kompostert. Hva skjer med avfallet ved kompostering? Hvordan ser produktet ut og hva kan det brukes til? Hvilke fordeler har kompostering sett i forhold til deponering i et moderne avfallsdeponi? Er kompostering den ideelle anvendelse av matavfall? Begrunn svaret. 12. I nye EU-direktiver i forbindelse med deponier blir det stilt svært strenge krav til tetting av bunnen for å unngå lekkasje fra fyllingen - minst tre meter leire med spesifisert liten gjennomtrengelighet for vann - eller tilsvarende tetning. Deponier som tar imot mer enn tonn biologisk avfall pr. år må samle inn og behandle, og helst utnytte, deponigassen. Vil slike krav få noen betydning for graden av resirkulering? Begrunn svaret. 13. Dersom vi vil gjenvinne komponenter fra husholdningsavfallet må det først sorteres. Det kan skje: - i store maskinelle anlegg -ved manuell sortering etter grovsortering i hjemmet (av tørr fraksjon) - ved kildesortering i mange fraksjoner i hjemmet Si litt om fordeler og ulemper ved de forskjellige formene for sortering. Hva bør vi etter din mening satse på for fremtiden? 14. Fisk og slakteriavfall er verdifulle ressurser. Bare ca 56 % av fiskeavfallet fra havfiske og oppdrettsfisk blir utnyttet. Store mengder fiskeavfall blir kastet på sjøen. Hva kan dette avfallet bli nyttet til? 15. Hva bør vi gjøre med rivningsavfallet? 16. Det blir hevdet at resirkulering gir arbeidsplasser lokalt. Hvilket grunnlag er det for en slik påstand.

21 Nevn noen typer spesialavfall. Hva inneholder spesialavfallet som kommer fra husholdningene? Nevn noen spesielle ordninger for innsamling av spesialavfall fra husholdningene. 18. Hvordan bør et deponi for spesialavfall utformes og sikres? Kap. 21 Energi og miljø 1. Vi skiller ofte mellom to typer energi: eksergi og anergi. Hva består forskjellen i? 2. Hvilke måleenheter blir brukt for energi? 3. I et stort bygg er årebehovet for energi, som skal dekkes ved oljefyring, 5 GWh. Oljefyren har 80 % virkningsgrad (dvs at 20 % av totalt tilført energi går tapt). Oljens brennverdi er 35,8 MJ/liter. Hvor mye olje medgår per år (i m 3 ). Hva koster oppvarmingen dersom oljeprisen er 2,80 kr/l? 4. Hvilke energikilder er de viktigste i dag? 5. Hva forstår vi med fossile brensler? Nevn de tre viktigste fossile brennstoffene. Hvor lang tid vil disse råstoffene kunne vare med dagens forbruk? Knytt noen kommentarer til ditt svar. 6. Hvor finner vi de størst forekomstene av olje? Hvor er det største forbruket? Manglende sammenfall når det gjelder hvor de største oljeforekomstene fins og hvor det er størst avhengighet av oljen, har ført til konflikter og alvorlige stridigheter. Kan du nevne noen eksempler på dette? 7. Hvorfor blir oljen vanligvis regnet som verdens viktigste energiråstoff? 8. I dag er el. produksjonen (elektrisitetsproduksjonen) i de fleste land basert på brenning av olje og kull. En tid ut i neste århundre vil den forhåpentligvis i hovedsak være basert på fornybare energikilder. I en overgangsperiode må el. forsyningen baseres på naturgass. Hvorfor er naturgass å foretrekke framfor kull og olje? 9. Et kjernekraftverk er å betrakte som et dampkraftverk der varmen kommer fra en atomreaktor. Hvilket stoff er "brennstoffet " i en vanlig reaktor? Hva er det som fører til at dette stoffet blir spaltet og hvilke produkter blir dannet? På hvilken måte er produktene farlige? Lag en kort oversikt over miljøproblemene som knytter seg til kjerneenergi. 10. Solenergi kan bli utnyttet til passiv soloppvarming eller gi aktiv solvarme. Hva mener vi med uttrykkene? Kan disse formen for solenergi bli utnyttet i Norge? Er det mest aktuelt å utnytte solenergi i Nord-Norge eller Sør-Norge? Begrunn svaret. 11. Hva menes med energiskog? Hvilke fordeler/ulemper har denne formen for biomasseproduksjon sammenlignet med vanlig skog?

22 Vil i fremtiden en større andel av den elektriske energien bli fremstilt fra vindkraft? Hva er din mening? Hvilke ulemper er knyttet til bruk av vindkraft? 13. Norge er et foregangsland innen bølgekraft. Etter hvilke prinsipper er de to forsøkanleggene bygget? 14. Hva er det for slags reaksjoner som søkes utnyttet i fusjonsreaktorene? Hvordan er fremtidsutsiktene for denne forskningen? 15. Lag et lite leserinnlegg beregnet på en avis hvor emnet er "Hydrogen som fremtidens energibærer". 16. Hva menes med ENØK? 17. Nevn noen eksempler på ENØK-tiltak i bygninger. 18. Hvilke muligheter har industrien til å redusere energiforbruket ved ENØK-tiltak? 19. Kina kan bli verdens største bilmarked Kina kan med sine 1,2 milliarder innbyggere bli verdens største bilmarked. I dag har bare ca kinesere bil, men etterspørselen ventes snart å nå i året. VW har for øyeblikket en markedsandel på 50 prosent i landet. Kilde: Berlinske Tidende Brundtlandkommisjonens anbefaling gikk ut på at industrilandene burde senke sitt forbruk per innbygger med 50 %, mens utviklingslandene skulle kunne heve sitt forbruk med 30 %. Kina med rundt ¼ av klodens befolkning er inne i en uvanlig sterk økonomisk vekst som fører til en sterk økning i energiforbruket. Hvordan ser du på mulighetene til å takle ressurs- og miljøproblemene dersom kineserne og gjerne også inderne, innen noen tiår oppnår tilnærmet samme energiforbruk per person som vi har i dag? Er det mulig å oppnå Brundtlandskommisjonens anbefaling? 20. Uttrykk kort hva som er hovedprinsippet for hvordan en varmepumpe virker. En varmepumpe tar energi fra en lavtemperaturkilde som holder en temperatur på ca 12 o C. Den leverer varme til fjernvarmenettet ved ca 60 o C. Hvor stor er virkningsgraden? En bolig bruker kwh el. Energi til oppvarming per år. Hvor mye energi må tilføres ovennevnte varmepumpe for å gi denne varmemengden? Hvor mye vil i så fall forbruket av elektrisk energi til oppvarming bli redusert (i %)? 21. En 75 W glødelampe med forventet levetid 2500 t gir tilsvarende lysstyrke som en 15 W sparelyspære med levetid timer. Sparelyslampen koster imidlertid 145,00 kr, mens glødelampen koster kr 8,00. Hvor mye vil du tjene/tape i løpet av på bytte ut en 75W glødelampe med en energisparelampe? Strømpris: 0,45 øre /KWh. (som var gjennomsnittlig strømpris i Norge i 1994).