Løsningsforslag til eksamen i KJ1620, våren 2003

Transkript

1 Løsningsforslag til eksamen i KJ1620, våren 2003 Oppgave 1 (Vekt 25 %) a) Regn ut antall gram Al i 100 gram Al 2 (SO 4 ) 3 Formelmassen til Al 2 (SO 4 ) 3 : M = g/mol g/mol g/mol = g/mol Antall mol Al 2 (SO 4 ) 3 i 100 g: n = 100 g g/mol = 0.29 mol Ser at det er to Al-atomer i formelen, så antall mol Al er: n = mol = 0.58 mol Siden atommassen til Al er g/mol er antall gram Al: m = 0.58 mol g/mol = 15.8 g b) Når propan brenner dannes karbondioksid og vann etter reaksjonslikningen C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O Balanser denne reaksjonslikningenlikningen. Balanserer karbon: C 3 H 8 + O 2 3 CO 2 + H 2 O Balanserer hydrogen: C 3 H 8 + O 2 3 CO H 2 O Balanserer oksygen: C 3 H O 2 3 CO H 2 O Nå er likningen balansert.

2 c) Hva er elektronegativitet? Elektronegativitet er et uttrykk for hvor mye et atom trekker på et elektron i en binding. Atomer med høy elektronegativitet trekker mye på elektronene i en binding, atomer med lav elektronegativitet trekker lite på elektronene i en binding. d) Hva kjennetegner ioniske bindinger? Gi et eksempel på et stoff med slike bindinger. Hva kjennetegner kovalente bindinger? Gi et eksempel på et stoff med slike bindinger. Ioniske bindinger: atomene har fullstendig gitt fra seg eller tatt opp elektroner og blitt ioner ionene holdes sammen av elektrostatiske krefter stoffer med ionebindinger løses ofte i vann stor forskjell i elektronegativitet Eks.: NaCl (består av Na + og Cl Kovalente bindinger: atomene deler elektroner i bindinger liten forskjell i elektronegativitet Eks.: O 2, CO Bonus for kovalens: hvis to atomer i kovalent binding har forskjellig elektronegativitet, slik at det ene atomet drar mer på elektronene enn det andre (men ikke nok til at det blir ioniske bindinger), kaller vi bindingen polar kovalent Eks.: CO i upolare kovalente bindinger har begge atomene lik elektronegativitet Eks.: O 2

3 Oppgave 2 (Vekt 25 %) a) Regn ut ph når man blander sammen 1 liter 0.1 M saltsyre (HCl) og 2 liter 0.3 M salpetersyre (HNO 3 ). Saltsyre og salpetersyre er begge sterke syrer, så de løses fullstendig. Antall mol H 3 O + fra saltsyra: Antall mol H 3 O + fra salpetersyra: n = 0.1 mol/liter 1 liter = 0.1 mol n = 0.3 mol/liter 2 liter = 0.6 mol Vi har altså totalt 0.7 mol H 3 O +. Totalt volum er: Konsentrasjonen av H 3 O + : V = 1 liter + 2 liter = 3 liter Dermed er ph: [H 3 O + ] = 0.7 mol 3 liter = 0.23 M ph = log [H 3 O + ] = log 0.23 = 0.63 b) Regn ut ph i 0.1 M flussyre (HF). Syrekonstanten er K a = Flussyre er en svak syre. Reaksjonslikning: HF (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + F (aq) Likevektsuttrykket blir da: K = [H 3O + ] [F ] [HF] = Hvis vi starter med en liter har vi i utgangspunktet 0.1 mol. Molregnskapet blir da:

4 HF H 3 O + F Start: Likevekt: 0.1 x x x Hvis vi setter dette inn i uttrykket for likevektskonstanten, får vi: Løser ut x: K a = [H 3O + ][F ] [HF] = x 2 (0.1 x) x (0.1 x) = 0 = x x = 0 x = x = Siden vi ikke kan få dannet negativ mengde må konsentrajonen av H 3 O + være: Finner ph: [H 3 O + ] = ph = log [H 3 O + ] = log ( ) = 2.1 c) En galvanisk celle består av en sink-stav som står i en løsning av 1.0 M sink-ioner (Zn 2+ ), og en kobberstav som står i en løsning av 1.0 M kobberioner (Cu 2+ ). Skriv opp likningene for reaksjonene som kan skje, og tilhørende reduksjonspotensialer. Hva blir anode og hva blir katode? Reaksjonene som kan gå er: Zn 2+ (aq) + 2e Zn (s), Cu 2+ (aq) + 2e Cu (s), E = 0.76 V E = V Sink har det laveste reduksjonspotensialet, så sinkelektroden vil løses, dvs at sink oksideres. Sinkelektroden er anoden. Kobberelektroden blir da katoden.

5 d) Tegn en skisse av cellen i oppgave c) Regn ut cellespenningen. saltbro Zn (s) Ni (s) (katode) (anode) Zn 2+ (1.0 M) Cu 2+ (1.0 M) Cellespenningen kan man finne ved: E = E kat E an = V ( 0.76 V) = 1.1 V

6 Oppgave 3 (Vekt 12.5%) Punktene omfatter momenter som må være med: a) Hva er de viktigste formene for lokal luftforurensning? Med lokal luftforurensning tenker en her spesielt på luftforurensning i de større byene og i områder med industriforurensing. Soveldioksid (SO 2 ) Nitrogenoksider (NO x ) Flyktige organiske stoffer (VOC) Bakkenært ozon (O 3 ) Karbonmonooksid (CO) Partikler (Svevestøv) Smog b) Hva er årsaker / kilder til slik forurensning? Soveldioksid (SO 2 ) dannes ved forbrenning av svovelholdig kull og olje. Er mye redusert de seinere år. Oljefyring. Dieselkjøretøy. Nitrogenoksider (NO x ) dannes ved høye temperaturer i forbrenningsmotorene og ved annen fyring. Kommer av at lufta har N 2. Flyktige organiske stoffer (VOC) kommer hovedsakelig fra fordampning av olje og oljeprodukter, biltrafikk ved eksosutslipp og bensinfylling, fordampning fra bensintank. Utslipp fra olje brukt til forbrenning/oppvarming og løsemidler. Bakkenært ozon dannes ved at NO 2 fanger solenergi og danner NO og O 3. Dersom VOC er tilstede hindres O 3 i å bli nedbrutt igjen og bakkenært ozon økes. Karbonmonooksid (CO) skyldes dårlig forbrenning i motorer og fyrkjeler.

7 Partikler (Svevestøv) kommer fra forbrenning og industriprosesser. Sot - uforbrent karbon. Flyveaske ved forbrenning. Vedfyring og bråtebrenning kan gi mye partikler. Veidekkslitasje på grunn av piggdekk kan gi mye svevestøv. Smog. ( røyk og tåke). Lite aktuelt i Norge. Men kan noen tilfeller med spesielle værforhold og topografi få slik dannelse. Sollys, kalde dager (varmluftskikt over) og stor forurensning med partikler og røyk. Det dannes fotokjemiske oksidanter. c) Hvilke tiltak kan forbedre situasjonen? Avgasskontroll av oljefyrte anlegg. Bruke svovelfattige brensler, miljødiesel. Rense avgassen fra fabrikker, fyringsanlegg. Økt kollektivtrafikk, sjalte ut gammel bilpark, bare biler med katalysator. Biler som går på gass, eller helst hydrogen. El-biler. Piggdekkforbud. Forbud mot bråtebrenning. Skifte ut gamle vedovner med nye. Oppgave 4 (Vekt 12.5%) a) Hvorfor må kommunalt avløpsvann renses? Organiske stoffer nedbryting krever oksygen døde sjøer Næringssalter gjengroing (oligotrofe, mesotrofe og eutrofe sjøer). Karakteristikker på forurensing: Oksygensvikt Giftige gasser i dyplagene Blågrønnalger som kan produsere toksiner Gjengroing av vassdrag

8 b) Hvilke stoffer ønsker vi å rense/ta bort? Partikler Organiske stoffer Næringsstoffene N og P Bakterier c) Nevn og forklar kort de ulike rensemetoder for kommunalt avløpsvann. Mekanisk: siling, sedimentering Biologisk: luftinnblåsing og sedimentering Kjemisk: Felling med Fe eller Al. Tar bort fosfor. Nitrogenfjerning: Amoniakk (som blir ammonium i vann) og urea nitrobakter til nitrat og videre ved nitrosomonas til N 2 Renseparker fangdammer Infiltrasjonsanlegg Oppgave 5 (Vekt 25%) Er det aktuelt å bygge gasskraftverk i Norge? Det forventes at studentene kan drøfte dette spørsmålet selvstendig, på en måte som trekker inn de emner som er behandlet i forelesningene (se nedenfor), og som er lagt ut på Fronter. Det vil være positivt om studentene kan trekke inn relevante dagsaktuelle spørsmål som viser at de følger med i nyhetene. Temaene som er tatt opp i forelesningene er: 1. Norges spesielle energisituasjon: Tilnærmet 100% vannkraftbasert stasjonær energiforsyning og tilnærmet stopp i videre utbygging

9 En kraftkrevende industri opprinnelig basert på en billig elektrisitet, og som i dag tar ca. 30 % av energiforbruket Energiloven av 1990 som åpnet for markedsbasert omsetning av elektrisitet. Deltakelsen i den nordiske kraftbørsen 2. Energi- og miljøforvaltningen i Norge: NVEs rolle som forvalter av kraftutbygging og -forsyning og SFTs rolle som forvalter av Forurensningsloven 3. Europas energisituasjon: Enn kort gjennomgang av de enkelte landene som er relevante for problematikken, og deres særpreg. Det er lagt vekt på at argumentasjon både for og imot gasskraftverk legger betydelig vekt på forholdene utenfor Norge. 4. Kyotoprotokollen: Historikk, hovedpunkter i protokollen og utviklingen fram til i dag. 5. Norsk klimapolitikk: Regjeringens uttalte politikk for gjennomføring av Kyotoavatlen og politikken på gasskraftverk. (Store forskningsmidler til forskning på CO2- håndtering, for å kjøpe seg ut av dilemmaet for Kr.f. ved først å være i en regjering som går av p.g.a. gasskraftverk og deretter være i en regjering som er positiv til gasskraftverk). 6. Økonomien i gasskraftproduksjon: Hvordan ulike parametere påvirker lønnsomheten (gasspris, virkningsgrad, rente, strømpris). 7. Scenarier: De fire scenariene for kraftbalansen fram til 2020 som er presentert i NOU 1998:11