Tentamen i Miljökemi (TFKE47) Fredag 26 april 2013, kl. 08:00-12:00

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Tentamen i Miljökemi (TFKE47) Fredag 26 april 2013, kl. 08:00-12:00"

Åsa Jonasson
för 7 år sedan
Visningar:

1 Lnköngs unverstet Insttutnen för Fysk, Kem ch Blg (IFM) entamen Mlökem (FKE47) Fredag 26 arl 203, kl. 08:00-2:00 llåtna hälmedel: Mnräknare, ev. erdskt system (Perdskt system, tabell över fyskalska knstanter, frmelsamlng samt övrga tabeller ch fgurer återfnns å ssta sdrna tentan) entamen mfattar 6 ugfter m 0 äng 60 Säkert gdkänt 30 äng Ansvarga lärare: Per-Olv Käll, Stefan Svenssn, Ugft a) Atmsfärens znnnehåll anges Dbsnenheter (DU), där DU 0.0 mm ren sammanressad O 3 vd atm ch 0 C. Vd ett vsst mättllfälle ugck znhalten å en vss lats tll 0.58 m. Beräkna hur många DU detta mtsvarade. Luften kan arxmatvt anses bestå av 2% O % N 2. (3 ) b) Ange sammansättnngen av förenngarna CFC 2, CFC 4 resektve CFC 50 samt dskutera krtfattat deras eventuella mlökemska för- ch/eller nackdelar. (3 ) c) () Både Cl ch Br kan katalysera nedbrytnng av O 3 va y I-mekansm. Vsa hur detta går tll. ( ) () För radkalreaktner gäller allmänhet att hastghetsknstanten, k, är berende av reaktnsentaln, ΔH, enlgt k ex( ΔH R ) Vsa vlken av Cl eller Br sm snabbast katalyserar nedbrytnngen av zn. Bndnngsenerger återfnns abell 5-. (2 ) d) Vlken är den längsta våglängd, λ, en ftn får ha för att sönderdela O 2 tll atmärt syre? ( )

2 Ugft 2 a) Eftersm ammnak, NH 3, är vattenlöslg har den naturlgt en trsfärssänka. I trr luft kan ammnak även xderas tll NO. () Föreslå en mekansm för xdatn av NH 3 NO genm att utnytta de rncer sm anges Fg. 5-. (3 ) () Ange någn naturlg (cke-ndustrell) källa för ammnak. ( ) b) Fguren vsar den årlga öknngen av CO 2 atmsfären. () Mellan åren 995 ch 200 har öknngen strt sett vart lnär. Med vlken hastghet, uttryckt m/år, har alltså kldxdhalten ökat under senare år? ( ) () Den nuvarande CO 2 -halten atmsfären är ungefär 395 m. Hur många Gt (ggatn) CO 2 mtsvarar det? Luften kan arxmatvt anses bestå av 2% O % N 2, rdraden är m ch arean av en sfär ges av 4πr 2. (2 ) c) I en tllräcklgt du sö med reducerande mlö bttenslammet ch syrerkt ytvatten kan metan ch kldxd anses befnna sg ämvkt enlgt: CO 2 (g) + 8H + + 8e CH 4 (g) + 2H 2 O För denna ämvkt är E () Vsa att för denna ämvkt gäller att E 2.87 H + (/8)lg(P CO2 /P CH4 ) ( ) () Antag att söns H 5.5 samt att metantrycket vd btten av sön är 0 8 gånger större än kldxdtrycket. Beräkna E-värdet vd btten, (m v antar att ämvkten van är bestämmande för detta värde). ( ) () Beräkna E vd ytvattnet. Kldxd- ch metanhalten luft är 395 m resektve 0.97 m. ( ) 2

3 Ugft 3 a) Etanl, CH 3 CH 2 OH, kan sm bekant framställas genm äsnng av scker (gluks), C 6 H 2 O 6, varvd även CO 2 bldas. () Förklara varför denna rcess är ett exemel å fermentatn mtsats tll resratn. ( ) () eckna den balanserade reaktnsfrmeln för fermentatnen van. (2 ) b) Redan å 200-talet försökte man England utan större framgång genm kmmunala regelverk kmma tllrätta med luftförrenngsrblemen samband med kleldnng. På senare td nfördes begreet smg ( smke + fg ). Smg kan dck ha lka kemsk karaktär. Beskrv krtfattat å vlket sätt den klassska engelska smgen skler sg från den man möter mderna strstäder sm Ls Angeles eller Pars slga dagar? (3 ) c) En naturlg källa för SO 2 atmsfären är vulkaner. () Ange två betydande ndustrella SO 2 -källr. ( ) () Beskrv krtfattat någn rcess sm används för avsvavlng av fsslt bränsle (la, kl, naturgas). Endast en rcess för ett av de tre bränslena behöver beskrvas. ( ) d) Under vlket H kan frsättnng av alumnum tänkas bl ett rblem? För Al(OH) 3 (s) är löslghetsrdukten K s (2 ) Ugft 4 a) Bly ch kadmum är båda tyska muka syrr (sft acds). Ange några lkheter ch gärna ckså någn skllnad när det gäller txcteten hs dessa metaller. (2 ) b) Antag att avlsvattnet från en metallurgskt nrktad ndustr nnehåller kadmum ch bly. Ge förslag å två lka tänkbara metder för att avlägsna dessa metaller ur vattnet. (2 ) c) Ännu så länge är kvckslver veterlgt det enda grundämne för vlket ett ttalförbud övervägs. Vad skulle rsaken tll det kunna vara? ( ) d) Hur defneras ett K OW värde ch vlken nfrmatn kan erhållas ur detta värde? Ange även vlka värden sm är secfkt vktga med avseende å att en förenng kmmer att ackumuleras kren. (3 ) e) I metablsmen av ämnen kren sker s.k. Fas II-reaktner. Förklara vad sm menas med detta? Gärna med ett exemel. (2 ) 3

4 Ugft 5 a) Under 70-talet förböds herbcderna 2,4-D ch 2,4,5- ch ersattes av en annan fenxsyra MCPA. Rta u strukturerna för 2,4-D, 2,4,5- ch MCPA. (3 ) b) Fenxsyran 2,4,5- är förbuden sedan 977, medan MCPA används stra mängder ch är femma å lstan över mest använda bekämnngsmedel Sverge. Ange utförlgt rsaken tll 2,4,5- förböds ch att MCPA används stället. Gärna med reaktnsfrmler skrvas sm förklarar skllnaden. (3 ) c) Av vlket skäl kan man anta att rdukten 2,4,5- är gftgare än 2,4-D? (2 ) d) En annan herbcd används ännu högre mfattnng än MCPA Sverge. Vlken är denna herbcd ch vlka fördelar har medlet ämfört med fenxsyrr. (2 ) Ugft 6 a) Beskrv schematskt med reaktnsfrmler vad sm sker när en försurad rdartkel återfår sn buffertförmåga vd kalknng med kalcumkarbnat. Ange även vlken srts rd sm har sämst buffertförmåga ch varför? (3 ) b) Knsumentavfall kan tex förbrännas eller läggas å den. Hur str del crka förbränns resektve deneras Sverge. Hur skler sg dessa sffrr ämförelse med världen övrgt? (2 ) c) Vd blgsk nedbrytnng en den sker efterhand metangenes. Denna rcess är lknande den sm sker vd bgasframställnng. Beskrv den vktgaste reaktnen metangenesen med en balanserad reaktnsfrmel. Ange under vlka betngelser denna rcess sker. (2 ) d) För en framtda hållbar utvecklng bör man tänka termer av grön kem. Nämn tre vktga arametrar sm kan ngå detta resnemang angående resursanvändnng. (3 ) 4

5 Perdska systemet** IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA s-blck d-blck -blck H L 6.94 Na K Rb Cs Fr * (223) 4 Be Mg Ca Sr Ba Ra * (226) 2 Sc Y La Ac * (227) Zr Hf Rf * (26) 23 V Nb a Db * (262) 24 Cr M W Sg * (263) 25 Mn c * (98) 75 Re Bh * (264) 26 Fe Ru Os Hs * (265) 27 C Rh Ir Mt * (268) 28 N Pd Pt Ds * (27) 29 Cu Ag Au 97.0 Rg * (272) 30 Zn Cd Hg Uub 5 B Al Ga In l Uut 6 C S Ge Sn Pb Uuq 7 N P As Sb B Uu 8 O S Se e P * (209) 9 F Cl Br I At * (20) 2 He Ne Ar Kr Xe Rn * (222) 58 Ce h Pr Pa Nd U Pm * (45) 93 N * (237) 62 Sm Pu * (244) 63 Eu Am * (243) 64 Gd Cm * (247) f-blck 65 b Bk * (247) 66 Dy Cf * (25) 67 H Es * (252) 68 Er Fm * (257) 69 m Md * (258) 70 Yb N * (259) 7 Lu Lr * (262) Avgadrs knstant N A ml Elektrnens laddnng e C Faradays knstant F C ml ( N A e) Lushastgheten vakuum c m s Plancks knstant h J s Bltzmanns knstant k J K Gasknstanten R J K ml ( N A k) bar dm 3 K ml atm dm 3 K ml rr dm 3 K ml cal 4.84 J Å 0 0 m u /N A g kg bar 0 5 Pa atm atm Pa rr /760 atm bar ev J ( V e) 0 C K *Radaktvt grundämne med krt halverngstd **Internatnal Unn f Pure and Aled Chemstry (IUPAC), 22 June

6 Insttutnen för Fysk, Kem ch Blg (IFM) Lnköngs unverstet Frmelsamlng för Mlökem Grundläggande fyskalska samband F mg (Newtns 2:a lag) hc E hv (Plancks ekvatn) λ emtterad effekt bektets ytarea λ max 4 σ ; σ W m 2 K 4 (Stefan-Bltzmanns lag) K m (Wens lag) ermdynamk ermdynamkens :a huvudsats: Δ E w + q (slutet system, E systemets nre energ ) H E + PV ; defntn av ental Δ H ΔE + RΔ ΔH m ΔH n gas f, (rdukt) q n ΔH f, (reaktant) Verknngsgrad för en värmemaskn (heat engne): η ermdynamkens 2:a huvudsats: Δ S S k lnw ; Bltzmanns entrtlknng S B m S (rdukt) q n S 2 C ( ) d (reaktant) G H S ; defntn av Gbbs fra energ Δ G ΔH ΔS ; ΔG ΔH ΔS ΔG m ΔG f, (rdukt) q n ΔG f, max (reaktant) max För reaktnen aa + bb + ee + ff + defneras reaktnskvten max mn e f { E} { F}... Q, där { } a b { A} { B}... aktvteten för res. ämne Δ G ΔG + R lnq Δ G R ln K ; K termdynamsk ämvktsknstant ΔS ΔH ΔS ΔH ln K K ex ex R R R R ) Vd utsädd lösnng res. vd måttlga gastryck kan man ansätta {A(aq)} [A(aq)] (mlar el. mlal) ch {A(g)} P A (atm). För rent ämne A gäller att {A}. Exemel å rena ämnen är H 2 O(l), Fe(s) sv; för dessa ämnen gäller alltså nrmalt att {H 2 O(l)} {H 2 O(s)} {Fe(s)} {SO 2 (s)}. Observera att aktvteten, { }, lksm den termdynamska ämvktsknstanten, K, saknar enhet. 6

7 Kemsk ämvkt Ideala (allmänna) gaslagen: PV nr e f... E F... För lösnngsämvkten aa + bb + ee + ff är K c ; massverkans lag a b A B För gasämvkten aa(g) + ee(g) + är K K K c Δn ( R ) gas P e E P a A För gas-vätskeämvkten A(g) A(dsslved) gäller Henrys lag:... ; massverkans lag Syraämvkt HA + H 2 O H 3 [ H O ] [ A ] O + + A (aq), 3 K a, där P A är artella gastrycket av A(g). [ HA] K w [H 3 O + ][ OH ] (25 ºC); vattnets nrdukt K w H + OH 4 (25 ºC) - + Basämvkt B + H 2 [ OH ] [ HB ] O BH + + OH, K b ; K b basknstant [ B] K w K a K b ; K w K a + K b - H A K lg ; a [ HA] + Hendersn-Hasselbalchs buffertekvatn Löslghetsämvkt A B q (s) A m+ (aq) + qb n+ m+ n+ (aq), q K s Knetk d[ A] 0:e rdnngen d t d A :a rdnngen dt ln2 Halverngstd (:a rdnngen) t / 2 k d[ A] 2:a rdnngen [ A] 2 k ; ntegrerad frm dt A k A ex( Ea / R ) (Arrhenusekvatnen) För radkalreaktner gäller fta k ex( ΔH / R ) A B ; K a syraknstant (dsscatnsknstant) k ; ntegrerad frm [ A ] [ A] 0 kt kt k[ A] ; ntegrerad frm [ A ] [ A] e ln [ A] ln[ A] kt 0 A 0 + kt 0 7

Relevanta dokument

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköings Universitet Datum för tentamen 203-05-30 Sal TER3 Tid 4-8 Kurskd TFKE52 Prvkd TEN Kursnamn/benämning Prvnamn/benämning Grundläggande kemi Skriftlig tentamen