EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: KJE-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 24. mai 2012 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Åsgårdveien 9

Like dokumenter
EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

EKSAMENSOPPGAVE. Adm. bygget B154. Enkel lommeregner. Rute. Dr. Maarten Beerepoot

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl. 10:00 og kl. 12:30

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 8 sider inklusive forside. Kontaktperson under eksamen: Prof. Richard Engh Telefon:

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

EKSAMENSOPPGAVE. Enkel lommeregner. Rute. Prof. Richard Engh. NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

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

EKSAMENSOPPGAVE. Enkel lommeregner. Rute. Prof. Richard A. Engh

HØGSKOLEN I STAVANGER

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: KJE-6001 Generell kjemi for lærere Dato: Mandag 14. desember 2015 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

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

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2015 Tid:

Sammendrag, forelesning onsdag 17/ Likevektsbetingelser og massevirkningsloven

De viktigste formlene i KJ1042

b) Beregn varmemengden som blir frigitt hvis metangassen fra a) forbrennes. Anta at reakjonen går isotermt og isobart ved 1 atm og 298K: (5p) Figur 1

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

EKSAMEN I TMT4105 KJEMI

EKSAMENSOPPGAVE. - Ett A4 ark med selvskrevne notater (begge sider) - Kalkulator. - Molekylbyggesett. Rute

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

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

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

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

1 J = cal = energi som trengs for å løfte 1 kg 1m mot en 1N kraft, eller 100 g 1meter mot tyngdekraften (10N) (ett eple en meter)

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

Innhold. Forord... 11

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

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Eksempler og oppgaver 9. Termodynamikkens betydning 17

gass Side 1 av 5 NORGES TEKNISK NATUR- VITENSKAPELIGE UNIVERSITETET INSTITUTT FOR KJEMISK PROSESSTEKNOLOGI

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

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

1. UTTAKSPRØVE.

Fasit til norsk finale for uttak til den. 41. internasjonale kjemiolympiaden i Cambridge, England, juli 2009

Løsningsforslag til øving 10

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2017 Tid:

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

4 Viktige termodynamiske definisjoner ΔG = ΔH - T ΔS

FLERVALGSOPPGAVER REAKSJONSFART, LIKEVEKT OG LØSELIGHET

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

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

Retningen til Spontane Prosesser. Prosessers Retning

UNIVERSITETET I OSLO

Spørretime TEP Høsten 2012

Chapter 2. The global energy balance

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

BOKMÅL EKSAMENSOPPGAVE I KJE Eksamen i : KJE Eksamensdato : Mandag 22.februar. Tid : 09:00-15:00. Sted : Administrasjonsbygget, B.154.

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

UNIVERSITETET I OSLO

1. UTTAKSPRØVE. Oppgavene besvares på svararket på side 2 og hele oppgaveheftet skal leveres inn.

UNIVERSITETET I OSLO

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Retningen til Spontane Prosesser

LØYSINGSFORSLAG, eksamen 20. mai 2015 i fag TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 v. Ivar S. Ertesvåg, mai 2015/sist revidert 9.juni 2015.

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

1. UTTAKSPRØVE. til den 1. Nordiske kjemiolympiaden. i København

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

SIO 1027 Termodynamikk I Noen formler og uttrykk som er viktige, samt noen stikkord fra de forskjellige kapitler,, Versjon 25/

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Folkevandringstelling

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fasit til norsk finale

EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI. BOKMÅL (Nynorsk s. 5 7) Lørdag 12. juni 2010 Tid: 9:00 13:00

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

Transkript:

EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: KJE-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 24. mai 2012 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Åsgårdveien 9 Tillatte hjelpemidler: Enkel lommeregner Millimeterpapir utleveres Oppgavesettet er på 8 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Prof. Richard Engh Telefon: 77644073/93667003

Nyttig informasjon: 1 Pa = 1 N m -2 = 1 J m -3 = 1 Kg m -1 s -2 1 J = 1 kg m 2 s -2 760 Torr = 101325 Pa = 1,00000 atm = 1,01325 bar 1 L = 1 dm 3 = 1000 cm 3 = 10-3 m 3 R = 8,31451 J K -1 mol -1 = 0,0831451 dm 3 bar K -1 mol -1 = 0,0820578 dm 3 atm K -1 mol -1 0 C = 273.15K van der Waals gass ligning: (p + an 2 /V 2 ) (V - nb) = nrt eller (p + a/v m2 ) (V m - b) = RT Arrhenius' ligning: k = A exp (-E a /RT) = A e -Ea/RT Kritiske konstanter T c (K) Parametre van der Waals konstanter p c (atm) a (dm 6 atm mol -2 ) b (dm 3 /mol) Ebullioskopisk (kokepunkt) konstant K b ( C kg/mol) H 2 O 647 220 5.5 0.030 0.512 CH 4 190 45 2.3 0.043 CO 2 304 73 3.6 0.042 CH 3 CH 2 OH 514 61 12.2 0.084 1,19 CCl 4 556 44 19.7 0.128 4,95

Oppgave 1 (15 poeng) 1. Finn den passende ligningen eller definisjonen fra tabell B for hvert begrep og hver beskrivelse fra tabell 1! (Skriv tallet og bokstaven sammen for hvert par.) Hvert element fra tabellene skal brukes bare én gang. TABELL 1 1. Varmekapasitet 2. Clausius-Clapeyrons ligning 3. Entropi (reversibel prosess) 4. Termodynamikkens første lov 5. Proporsjon av varme som overføres til arbeid i en ideell Carnotmaskin 6. aktivitet 7. Joule-Thomson inversjonstemperatur 8. Kritisk punkt 9. Hess Lov 10. Boyles Lov 11. Partiell molar volum 12. Raoults lov 13. Kompresjonsfaktoren 14. frysepunktsnedsettelse 15. Gibbs Energi TABELL B a. 1-T C /T H b. du=δq + δw c. U+pV-TS d. dq/dt e. e [(Gm-Gm0)/RT] f. log e (P 2 /P 1 )= - H/R(1/T 2-1/T 1 ) g. ( V/ n)t,p h. P= x 1 P 1 * + (1-x 1 )P 2 * i. PV m /RT j. Q rev /T k. Kfm2=ΔfusT l. ( T/ P)H=0 m. H TOTAL = Σ i H delreaksjon i n. PV = konstant o. ( P/ V)T=( 2 P/ V 2 )T=0

Oppgave 2 (25 poeng) 2a. Fra definisjonen av Gibbs energien G og termodynamikkens første lov, utled fundamentalligningen: dg = -S dt + V dp 2b. Bruk fundamentalligningen (fra 2a) for å vise at: G= RT ln( P 2 / P 1 ) + (b a/rt)(p 2 -P 1 ) for 1 mol av en van der Waals gass når gassen ekspanderer isotermt fra P 1 til P 2. (van der Waals gassligning kan omskrives som omtrent: V m =RT/P + (b-a/rt) 2c. Beregn G for en isotermt ekspansjon (T = 373 K) fra 300 kpa til 200kPa for: i) CCl 4 som en van der Waals gass og for ii) en ideell gass. 2d. Bruk resultatene i oppgave 2c for å forklare hvorfor i en ekspansjon van der Waals parameteren a fører til økt G, mens parameteren b forminsker G. 2e. Er ekspansjonene fra 2c spontan eller ikke-spontan? Forklar svaret!

Oppgave 3 (20 poeng) 3. 7. mai 2012 ble senteret «European CO 2 Technology Centre Mongstad (TCM)» offisielt inviet. Senteret skal prøve ut to ulike teknologier til CO 2 - fangst (grafikken til høyre). Formålet med senteret er å gjøre CO 2 - fangstteknologien billigere og mer effektiv. Et problem nå er at for mye energi må brukes for gjenvinning av løsningsmiddel (og CO 2, helt til høyre i grafikken). En av teknologiene som utprøves er bruk av aminløsningmiddel for CO 2 fangst. Prosessen kan modelleres som: 3a. Skriv hastighetslovene for d[co 2 ]/dt og d[rn + H 2 CO 2- ]/dt. 3b. Bruk tilnærmingen til stasjonær tilstand og vis at [RN + H 2 CO 2- ] k 1 [CO 2 ][RNH 2 ]/(k 2 +k 3 [RNH 2 ]) Sammenlign uttrykket med tilnærmingen at ligning 1 alltid er i likevekt. Nye blandinger og nye aminløsningsmiddel testes for å optimalisere CO 2 fangst. Primære aminer, som f. eks. MEA (monoetanolamin), fanger CO 2 rask, men fordamper lett og riskerer å bli tapt ved oppvarming (ved 160 C er damptrykket P 100%MEA = 0.8atm). Tertiære aminer, som f. eks.tea (trietanolamin) er ikke så rask, men oppløser mye mer CO 2 og kan gjenvinnes med mindre varme og mindre tap gjennom fordampning (ved 160 C er P 100%TEA = 0.001atm). I en blanding kan fordelene kombineres synergistisk. 3c. Anslå damptrykket av en 1:1 (50%:50%) blanding av MEA og TEA ved hjelp av Raoults lov. Hvordan forandres damptrykket hvis blandingsentalpien for MEA og TEA er negativ ( H mix < 0) ved 160 C? 3d. Lagring av CO 2 foregår enten i dype geologiske formasjoner, dyphav, eller i form av mineralkarbonater. Ved Sleipnerfeltet i Nordsjøen ble CO 2 injisert i en salin (salt) formasjon ved en temperatur av omtrent 40 C og et trykk av 9MPa. Er CO 2 en væske, en gass, en blanding av gass og væske, eller en superkritisk væske ved disse betingelsene?

Oppgave 4 (10 poeng) En aktuell teknologi for deponering av CO 2 er produksjon av kull (biokull) fra biomasse. Biokull dannes ved å varme opp biomassen i et oksygenfattig miljø (pyrolyse). Karbonet i biomassen blir dermed omdannet til biokull, bioolje, og gasser. Pyrolyse ved høye temperaturer produserer mest gasser, og lavere temperaturer kan brukes for å produserer mer biokull, som kan lagres stabilt i flere hundre år. 4a. Prosessene er komplekse, men kan modelleres som to prosesser: Aktivert cellulose kan omdannes til gasser eller til biokull. Reaksjonshastighetene som funksjon av temperatur viser aktiveringsenergiene og frekvensfaktorene for prosessene: Prosess Frekvensfaktor (s -1 ) Aktiveringsenergi (E a, kj/mol) Cellulose -> gasser 3.2x10 14 198 Cellulose -> biokull 1.3x10 10 153 Hvilken prosess går raskest ved 200 C? Ved 500 C? 4b. Biokullproduksjon har mye til felles med krakking, som brukes i petrokjemi for å omforme store molekyler til mindre molekyler. Et eksempel er krakking av butan, som omdannes (bl. a.) til metan og propylen: Standard Energier ved 25 C, 1 atm CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 --> CH 4 + CH 2 =CH-CH 3 Entalpi f H 0 (kj/mol) Gibbs energi f G 0 (kj/mol) Entropi S 0 (J/mol/K) Metan CH 4-74,85-50,79 186,16 Propylen CH 2 =CH-CH 3 20,41 62,72 266,94 n-butan CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3-126,15-15,71 310,12 Går reaksjonen spontant ved 25 C? Er reaksjonen eksoterm eller endoterm? Kan reaksjonen bli spontan hvis temperaturen økes? Forklar svaret!

Oppgave 5 (20 poeng) Global oppvarming er knyttet til økningen av den gjennomsnittlige havtemperaturen. Grafikken til høyre viser et estimat av varmemengden som er blitt tilført havet siden 1980 (omtrent 12x10 22 J). 5a. Beregn temperaturøkningen av havets overflate hvis hele oppvarmingen bare skjer i de øverste 100m av havet. Overflaten er 3.6x10 8 km 2, og tettheten kan antas som 1023 kg m -3, og varmekapasiteten er omtrent 3985 J kg 1 K 1 5b. Hvorfor er varmekapasiteten av rent vann (4200 J kg 1 K 1 ) høyere enn både sjøvann og etanol (2500 J kg 1 K 1 )? Bruk begrepene kinetisk energi, potensiell energi, Le Chateliers prinsipp, vekselvirkning, vannstruktur og ekvipartisjon i svaret. 5c. Beregn havets kokepunkt, med antakelsen av ideelle kolligative egenskaper. Havet har omtrent 1.1 mol/kg oppløste ioner. 5d. Det blir antatt at en yngre Venus hadde jordlignende hav, men disse fordampet etter hvert som temperaturen steg. På Venus førte økt vanndampskonsentrasjon til en økt drivhuseffekt (vanndamp er en drivhusgass), som igjen førte til enda mer vanndamp i atmosfæren. Denne «runaway greenhouse» syklusen sluttet først da havet kokte. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) bekrefter at utslipp av CO 2 ikke kan utløse en slik «runaway greenhouse» effekt på jorden. Jordens hav har et volum på 1.3x10 9 km 3. Ved bruk av en varmekapasitet og tetthet som i oppgave 5a, kokepunktet fra 5c, en gjennomsnittlig havtemperatur på 4 C, og en fordampingsentalpi på 2170kJ/kg, hvor mye varme må brukes for å fordampe havet? Sammenlign mengden med varmemengden som er blitt tilført til havet siden 1980 (omtrent 12x10 22 J).

a b FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI Oppgave 6 (10 poeng) 6. velg større, mindre, eller identisk for: Dette er? sammenlignet med Virkningsgrad for en Carnotmaskin som opererer mellom reservoarer med 100ºC og 10ºC Virkningsgrad for en Carnotmaskin som opererer mellom reservoarer med 100ºC og 10ºC > < = Virkningsgrad for en Carnotmaskin som opererer mellom reservoarer med 100ºK og 10ºK Virkningsgrad for en reversibel Stirling-maskin som opererer mellom reservoarer med 100ºC og 10ºC c Varmekapasitet C V av en ideell gass Varmekapasitet C P av en ideell gass d Frysepunkt av en vannløsning med 1mol/kg NaCl (sterk elektrolytt) Frysepunkt av en vannløsning med 1mol/kg CaCl 2 (sterk elektrolytt) e Konduktivitet 0,1 mm HCl Konduktivitet 0,1mM KCl