a. Skriv opp massebalanselikningen for massen av X i denne boksen. Forklar hvilke prosesser som beskrives av de ulike leddene i likningen.

Like dokumenter
Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamen i: GEF2210 Eksamensdag: 14. oktober 2011 Tid for eksamen:

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave GEF2210 Høsten 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaven består av 4 oppgaver med 3 til 5 deloppgaver. Alle deloppgaver teller like mye.

2. Kjemisk likevekt Vi har kjemisk likevekt når reaksjonen mot høgre og venstre går like fort i en reversibel reaksjon.

DEL 1: Flervalgsoppgaver (Multiple Choice)

Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

Kapittel 17 Mer om likevekter

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

FYS1010-eksamen Løsningsforslag

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

Vi ønsker å bestemme konsentrasjonen av to forskjellige spesier som begge absorberer. Ni 510

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

1. UTTAKSPRØVE. til den 44. Internasjonale Kjemiolympiaden i Washington DC, USA. Oppgaveheftet skal leveres inn sammen med svararket

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Luft og luftforurensning

Kapittel 12. Brannkjemi Brannfirkanten

Støkiometri (mengdeforhold)

FLERVALGSOPPGAVER STØKIOMETRI

3. Balansering av redoksreaksjoner (halvreaksjons metoden)

Strålingsintensitet: Retningsbestemt Energifluks i form av stråling. Benevning: Wm -2 sr - 1 nm -1

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

Kap 4. Typer av kjemiske reaksjoner og løsningsstøkiometri

Rim på bakken På høsten kan man noen ganger oppleve at det er rim i gresset, på tak eller bilvinduer om morgenen. Dette kan skje selv om temperaturen

IPCC, From emissions to climate change

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

Den 35. internasjonale Kjemiolympiade i Aten, juli uttaksprøve. Fasit.

1. Oppgaver til atomteori.

Oppgave. føden)? i tråd med

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

TEMA: Konseptuelt Flytskjema for Benzen-produksjon fra Toluen. Løsningsforslag:

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

MENA1001 Deleksamen 2017 Forside

KORTFATTET løsningsforslag (Forventer mer utdypende

Syrer og baser. Et proton er et hydrogenatom som har mistet sitt eneste elektron. Det beskrives som H +, en positiv ladning.

Quiz fra kapittel 1. Characteristics of the atmosphere. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

Chapter 2. The global energy balance

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, HØST 2009

Oppgave 1 (35 poeng) 1. uttak til den 38. Kjemiolympiaden, Fasit og poengberegning. 1) D 2) B 3) A 4) A 5) D 6) C 7) D 8) C

2. Hva er formelen for den ioniske forbindelsen som dannes av kalsiumioner og nitrationer?

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

Kapittel 4 Ulike kjemiske reaksjoner og støkiometri i løsninger

Kjemiske tegn Finn alle grunnstoffer med kjemisk tegn som begynner på a) A b) S 1.2

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fasit til 1. runde. for uttakning til den. 40. internasjonale kjemiolympiaden i Budapest, Ungarn, juli 2008

a. Tegn en skisse over temperaturfordelingen med høyden i atmosfæren.

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

Forelesning 1 Joachim Thøgersen

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

KJ2050 Analytisk kjemi, GK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

NORSK BOKMÅL KJ1042 våren 2015 Oppgave 1. Reversibel ekspansjon av ideell gass (25%)

Eksamen. Emnekode: KJEMI1/FAD110. Emnenavn: Kjemi 1. Dato: Tid (fra-til): Tillatte hjelpemidler: Kalkulator, KjemiData.

1. UTTAKSPRØVE.

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

1. UTTAKSPRØVE. til den 2. Nordiske kjemiolympiaden 2017 i Stockholm og den 49. Internasjonale kjemiolympiaden 2017 i Nakhon Pathom, Thailand

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

Viktig informasjon. Taylorrekker

Prøve i R2. Innhold. Differensiallikninger. 29. november Oppgave Løsning a) b) c)...

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

x 1 x 3 = 0 4x 1 2x 4 = 0 2x 2 2x 3 x 4 = 0

Eksamen REA3024 Matematikk R2

FLERVALGSOPPGAVER REAKSJONSFART, LIKEVEKT OG LØSELIGHET

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave. FYSIKK Bokmål. 2. juni 2017 kl

For hver kildestrøm CMR-modellen benyttes for skal dokumentasjonen minst inkludere følgende informasjon relatert til det aktuelle rapporteringsåret:

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

Viktig informasjon. Taylorrekker

Transkript:

Oppgave 1 Vi ser i denne oppgaven på en boksmodell for massen (m) av en komponent X et volum i atmosfæren skissert i figuren under. Vi antar at alle tapsprosessene er førsteordens, dvs. proporsjonale med mengden av X (m X i mol) i boksen. a. Skriv opp massebalanselikningen for massen av X i denne boksen. Forklar hvilke prosesser som beskrives av de ulike leddene i likningen. b. I tabellen på slutten av oppgaven er det oppgitt numeriske verdier for de ulike leddene. Hva blir levetiden for X i boksen? LF: Levetiden (τ) er definert ved c. Ved tiden t=0 er mengden av X i boksen gitt ved m 0 (Se tabell). Vil mengden av X i boksen øke eller avta etter t=0? Begrunn svaret. LF: Summen av kildene er: 1.1E+14 mol/år Summen av tapene er (m 0 (k out +k L +k D )): 6.24E+13 mol/år Kildene er større enn tapet, dvs. at mengden av X i boksen vil øke. d. I deloppgave d skal vi se på 2 ulike tilfeller der enten utslippet eller tapshastigheten endres i forhold til verdiene i tabellen. 1. Utslippet (E) øker til E=6 10 13 mol/år. Hvor lang tid vil det ta før mengden i boksen dobles i forhold til initialmengden (m 0 )? LF: løsningen av massebalanselikningen (som er en differensiallikning) er (1)

Der S er summen av kildeleddene (S=F in +E+P), k er summen av tapsratene (k=k out + k D +k L ) og τ er levetiden (τ=1/k). Likningen (1) over gir oss tidsutviklinegn for m. Dobling av m betyr, m(t) = 2*m 0. Dvs. likningen under løses mhp. t Setter inn verdier for S, k, m 0 og τ og finner t=496 sekunder 2. Utslippet settes tilbake til verdien i tabellen og tapshastigheten for kjemisk tap (k L ) øker til 2 10-2 (s -1 ) Hvor lang tid tar det nå før mengden er halvert i forhold til m 0. LF: Bruker igjen likning (1), men nå med m(t) =0.5*m 0 Løser mhp. t og finner Husk å ta hensyn til at S og k har andre verdier enn over. Setetr inn de passende verdiene og finner t= 55 sekunder. e. Vi gjør ofte antagelsen om at konsentrasjonen av en komponent er i likevekt (steady-state). Under hvilke forutsetninger er dette en OK antagelse? Hvorfor gjør vi denne antagelsen? LF: Fra Boka: We will make copious use of the steady-state assumption in this and subsequent chapters, as it allows considerable simplification by reducing differential equations to algebraic equations. As should

be apparent from the above analysis, one can assume steady state for a species as long as its production rate and its lifetime have both remained approximately constant for a time period much longer than. Teksten i gult forklarer under hvilke forutsetninger det er en god antagelse. Teksten i rødt forklarer hvorfor vi gør dette. F in 2 10 13 mol/år E 3 10 13 mol/år P 6 10 13 mol/år F out k out m x k out =8 10-4 (s -1 ) D k D m x k D =5 10-4 (s -1 ) L k L m x k L =2 10-3 (s -1 ) m 0 6 10 8 mol Oppgave 2. a. Vi antar at troposfæren tilføres X mol/år ozon (summen av alle kilder). Hvor stor er den maksimale årlige produksjonen av hydroksylradikalet (OH)? Begrunn svaret. LF: OH produseres ved: O 3 + hν O( 1 D) + O 2 λ<320 nm O( 1 D) + H 2 O 2 OH Dvs. at for hvert O 3 molekyl kan vi maksimalt produsere 2 OH radikaler maks OH prod er 2X mol/år. b. Ozon produseres i stratosfæren og det er en årlig netto transport fra stratosfæren til troposfæren på 2 10 13 mol/år. Vi antar i denne oppgaven (2b) at dette er den eneste kilden for ozon i troposfæren og at CO og metan tapes (oksideres til CO 2 ) ved reaksjon med OH uten at NOx er tilstede. Hvor store utslipp av av CO og metan kan vi tillate oss uten at oksidasjonskapasiteten til troposfæren brukes opp? LF: Nettoreaksjoner for hhv oksidasjon av CO og metan til CO2 i lav-nox tilfellet er: CO + O 3 CO 2 +O 2 CH 4 +2OH + O 3 + 2O 2 CO 2 +3H 2 O

(se nettolikningen øverst på side 212 I Jacobs og legg til O 3 +HO 2 OH + 2O 2 ) Ut fra denne støkiometrien ser vi at ett ozonmolekyl er nødvendig for CO oksidasjonen, mens 2 ozonmolekyler brukes I metan oksidasjonen. Dvs. at vi kan tillate oss kombinerte utslipp av CO (E CO ) og metan (E CH4 ) så lenge E CO + 2 E CH4 < 2 10 13 mol/år c. Ozon kan produseres i troposfæren ved reaksjonene NO 2 + hν NO + O O + O 2 + M O 3 + M Hva skal til for at dette kan bli en effektiv produksjon (dvs. som kan gi et betydelig bidrag til oksidasjonskapasiteten)? LF: Fro at vi skal ha en effektiv ozonproduskjon må vi ha peroksiradikaler (HO 2 eller RO 2 ) tilstede slik at NO oksideres til NO 2 uten at ozon tapes (NO + O 3 NO 2 + O 2 gir en null-sykel). RO 2 + NO NO 2 + RO Peroksiradikaler dannes ved at for eksempel et hydrokarbon RH reagerer med OH RH + OH R + H 2 O R + O 2 + M RO 2 + M Dette krever sollys får å danne OH. d. Forklar hvordan CO oksideres til CO 2 i høy-nox tilfellet. Hva er det som bestemmer om vi har et såkalt høy eller lav NOx-regime? LF: CO oksidasjonene i høy-nox: CO + OH (+O 2 ) CO 2 +HO 2 HO 2 + NO NO 2 + OH NO 2 + hν NO + O O + O 2 + M O 3 + M Netto: CO +2O 2 CO 2 + O 3

Høy/lav NOx bestemems av konkurransen mellom reaksjonene HO 2 + NO NO 2 + OH HO 2 + O 3 2O 2 + OH (R1) (R2) Vi har såkalte høy-nox forhold dersom k 1 [HO 2 ] [NO] > k 2 [HO 2 ] [O 3 ] Dvs. e. Metan oksideres til CO 2 gjennom følgende reaksjoner (vi antar nå at vi hele tiden er i høy NOx regimet) R1 CH 4 +OH CH 3 +H 2 O R2 CH 3 +O 2 +M CH 3 O 2 +M R3 CH 3 O 2 +NO CH 3 O + NO 2 R4 CH 3 O+O 2 HCHO + HO 2 Formaldehyd (HCHO) kan tapes ved reaksjon med OH eller ved fotodissosiasjon med 2 ulike produkter gjennom følgende reaksjoner: R5: HCHO + OH CHO + H 2 O k 5 =5.4 10-12 e (135/T) (cm 3 molekyl -1 s -1 ) R6: HCHO + hν CHO + H k 6 = 1.4 10-5 (s -1 ) R7: HCHO + hν H 2 + CO k 7 = 2.3 10-5 (s -1 ) Videre vil CHO reagere slik: R8 CHO + O 2 CO + HO 2 CO oksideres videre til CO 2. Gitt reaksjonene over (med ratekonstanter), hvor mange ozonmolekyler vil i gjennomsnitt bli produsert/tapt gjennom disse reaksjonssekvensene for hvert metanmolekyl som oksideres? Begrunn svaret. LF: Vi har 3 mulige oksidasjonsveier fra metan til CO2 avhengig av hva som skjer med HCHO. Må først sette opp nettolikninger for de 3 mulighetene Med R5: CH 4 +8O 2 CO 2 +4O 3 +2H 2 O

R6: CH 4 +10O 2 CO 2 +5O 3 +H 2 O + 2OH R7: CH 4 +6O 2 CO 2 +3O 3 +H 2 O + H 2 Tapsratene for HCHO gjennom R5, R6 og R7 er gitt ved K 5 *[OH]*[HCHO], K 6 *[HCHO], K 7 *[HCHO] Dvs at andelen av HCHO-tapet gjennom R5 er f 5 =K 5 *[OH]*[HCHO]/( K 5 *[OH]*[HCHO]+ K 6 *[HCHO]+ K 7 *[HCHO]) = K 5 *[OH]/( K 5 *[OH]+ K 6 + K 7 ) Med T=287K og [OH]= 2.5 10 6 molekyler/cm 3 finner vi f 5 = 0.37 Tilsvarende finner vi f 6 =0.24 og f 7 =0.39 Netto antall ozonmolekyler som produksjon pr metanmolekyl som oksideres blir da 4*f 5 +5*f 6 +3*f 7 =3.85 molekyler ozon Bruk: T=287K og [OH]=2.5 10 6 molekyler/cm 3