Skrifað út ; 18:59 gk. 6. kafli, dæmi og svör með útreikningum

Transcript

1 6. kafli, dæmi og svör með útreikningum Skrifað út ; 18: Brennsluspritt hefur eðlismassann 0,8/cm 3. Hversu langa pípu þyrfti að nota í loftvog til að samsvara loftþrýstingi miðað við 76 cm háa kvikasilfurssúlu? Við finnum eðlismassa kvikasilfurs, 13,6 g/cm 3 og getum því sett þetta upp í jöfnu. Margfeldi eðlismassa og hæð súlu er ávallt hið sama: 76 13, ,6 = x 0,8 x = = 1292cm 13m 0,8 6.2 Margar bifreiðar hafa loftvog sem eru kvarðaðar þannig að þær sýna hæð yfir sjávarmáli. a) Hvernig er hægt að nota loftvog sem hæðarmæli? b) Hvers þarf að gæta áður en lagt er að stað í ferð upp á hálendið ef hæðarmælirinn í bifreiðinni á að koma að réttum notum? a) Eftir því sem hærra er farið í landslagi lækkar loftþrýstingurinn. b) Stilla þarf mælinn þar sem hæð er þekkt og kanna upplýsingar veðurstofu um loftþrýsting fyrir viðkomandi svæði og taka tillit til breytinga á þessum upplýsinga eftir því sem ferðinni vindur fram. 6.3 Hvaða áhrif hefði það á hæð kvikasilfurssúlu í loftvog ef: a) farið væri með loftvogina upp á Snæfellsjökul? b) pípan væri tvöfölduð að þvermáli? c) pípan væri tvöfalt minni að grunnflatarmáli? a) Súlan myndi lækka. b) Þvermálið hefur ekki áhrif. c) Sama og í b-lið. 6.4 Skýrðu hvers vegna ekki er hægt að sjóða kartöflur í mikilli hæð yfir sjávarmáli nema í þrýstipotti. Við þrýsting andrúmsloftsins í mikilli hæð sýður vatn langt fyrir neðan það hitastig sem kartöflur þurfa til að sjóða. Þessu má breyta með potti sem myndar eigin þrýsting. 6.5 Á heimili brotnar flaska með asetoni þegar hún fellur á baðherbergisgólfið. Baðherbergið er 2,0 m breitt, 3,0 m á lengd og 2,5 m á hæð. Hversu margir ml af asetoni mega gufa upp áður en náð er viðmiðunargildinu 120 ppm? Aseton hfur formúluna CH 3 COCH 3 og eðlismassann 0,79 g/ml? x M Hér er best að nota formúluna (sjá efnafræði glósur [ppm]) 24 sem x stendur fyrir hluta í ppm og M er mólmassi efnisins. = 3 mg / m þar 1

2 = 290mg / m. Nú er herbergið 3 m 2,5 m 2 m = 15 m 3 og því mega mg/m 3 15 m 3 = mg eða 4,35 g gufa upp. Eðlismassinn er 0,79 g/ml. 4,35g Það gefur: = 5,5 ml 0,79g / ml 6.6 Þú brennir pentangasi. a) Sýndu með jöfnu efnahvarf brunans. b) Hve mörg mól myndast af koldíoxíði fyrir hvert mól af O 2. C 5 H O 2 5 CO H 2 O x 5 1 Fyrir hvert mól af súrenfi myndast x = = 0, 63 mól af koldíoxíði Kalk er víða sett í fiskivötn í Svíþjóð. a) Skýrðu á hvern hátt kalkið getur eytt sýruáhrifum? b) Hvernig breytist sýrustigið við ísetningu kalksins? c) Sýndu hvernig kalk klofnar niður í jónir og taktu fram hvor jónin er virk við eyðingu sýruáhrifa. a) Ef við gerum ráð fyrir því að sýrustig vatnanna hafi lækkað vegan brennisteinssýru eru jónirnar H + og til staðar. H 2 + 2H + + Brennisteinssýran er klofin en það þýðir að vetnisjónirnar eru fleiri en OH jónirnar og sýrustigið er því lægra en 7pH. Ca +2 + CO 3 + 2H + + SO 2 Ca H 2 O (s) + CO 2(g) Kalsínjónin og súlfatjónin falla út sem vatnað gifs og CO 2(g) ríkur burt. b) Sýrustigið hækkar vegna þess að H + -jónunum fækkar. c) CaCO 3(s) Ca +2 + CO Ca +2 + CO 3 + 2H + + SO 2 Ca H 2 O (s) + CO 2(g) 2H + er sú virka. 6.8 Hvernig getur hitastig á jörðinni aukist af völdum gróðurhúsalofttegunda? Gróðurhúsalofttegundir hindra varmageislun (innrauða geislun) frá jörðinni. 6.9 Nefndu heiti og hlutverk eftirtalinna efnasambanda sem mengunarvalds í andrúmslofti okkar: a) CO 2 c) CO e) SO 3 g) CF 2 Cl 2 b) N 2 O d) CH 4 f) NO 2 h) H 2 2

3 a) koldíoxíð myndast við bruna kolvetna og veldur gróðurhúsaáhrifum. b) díniturmónoxíð (hláturgas, ánægjugas) myndast í náttúrunni og einnig af mannavöldum, einkum við bruna í orkuverum, við bruna undir miklum þrýstingi í sprengihólfi bílvéla og vegna aukinnar notkunar tilbúins áburðar. Gasið má mynda með því að hita upp NH 4 NO 3. Litlaust, án eituráhrifa, þægileg lykt og sætt bragð. Gasið er notað til deyfinga við minniháttar aðgerðir og tannviðgerðir. N 2 O stuðlar að eyðingu ósonlagsins sem verndar okkur fyrir skaðlegum áhrifum útfjólublárra geisla frá sólinni. c) CO, kolmónoxíð myndast við ófullkominn bruna (við skort á súrefni) kolvetna. d) CH 4, metangas, myndast í mýrum, við urðun lífrænna efna og húsdýrahald. e) SO 3 myndast við bruna jarðefna vegna brennisteins sem er að finna í eldsneytinu. Efnið hvarfast við súrefni í loftinu: 2 SO 2(g) + O2 (g) 2 SO 3(g) Efnahvarfið heldur svo áfram og brennisteinssýra myndast sem veldur súru regni: SO 3(g) + H 2 O (l) H 2 (aq) f) NO 2 myndast við bruna og veldur ásamt SO 2(g) súru regni með myndun saltpéturssýru sem veldur súru regni: 4 NO 2(g) + 2 H 2 O (l) + O 2(g) 4 HNO 3(aq) g) CF 2 Cl 2, díflúordíklór-meþan (freon-12) veldur ósoneyðingu. h) H 2 (brennisteinssýra) myndast í náttúrunni sbr. hvörfin í e)-lið Ritaðu efnajöfnur sem sýna hvernig ósonhringurinn hefst og endar. Ósonsameindin myndast í ósonlaginu við árekstur hvarfgjarnra súrefnisatóma og súrefnissameinda: O 2(g) + O (g) O 3(g) + varmaorka Ósonsameindir gleypa útfjólublátt ljós (UV) og brotna þá aftur í súrefni og varmaorku og ósonhringnum lýkur: O 3(g) + UV-ljós O 2 (g) + O Þetta ferli myndar hringrás sem endurtekur sig í sífellu og myndar losar varmaorku: UV-ljós varmaorka 6.11 Á hvern hátt geta CFC-gastegundir minnkað óson í lofthjúpnum? Ýmis klórflúorkolefnissambönd geta komist óáreitt upp í heiðhvolfið án þess að hvarfast við önnur efni. Þar brotna þau niður við UV-geislun (CFC). Klórflúorkolefnin brotna niður við UV-geislun og mynda stök klóratóm. Frjálst Cl-atóm losnar við UV-geislun og CCl 3 F + UV-orka CCl 2 F + Cl og CCl 2 F + UV-orka CClF + Cl Stöku (frjálsu) Cl-atómin sundra síðan O 3 -sameindunu og mynda staka súrefnisfrumeind sem hverfast við O3 og auk þess myndast O 2 -sameindir. 3

4 Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O Lokahvarf: O 3 + O 2 O Hvert er hlutverk útfjólublárra geisla í ósonhringnum? Þeir sundra ósonsameindinni og eyðast við það en súrefnið og súrefnisfrumeindin sameinast svo aftur og mynda varmaorku. O 3(g) + UV-ljós O 2(g) + O O 2(g) + O (g) O 3(g) + varmaorka 6.13 Lýstu á hvern hátt sýnilegt ljós getur komið fram við orkuflutning í atóminu. Þegar efni er hitað örvast rafeindir þess og hoppa upp á eftir orkuþrep. Þegar þær falla niður breytist orka þeirra í ljóseind Hver er minnsta og mesta bylgjulengd sem augað getur skynjað? Sýnilegt ljós er frá 700 nm til 400 nm. Sjá Efnafræðiglósur GK /=> Index /=> R /=> rafsegulrófið Hvers vegna eru geislar með langa bylgjulengd ekki hættulegir á sama hátt og útfjólubláir geislar? Samband orku E og bylgjulengdar er: E = h v og v = c / λ E = h c / λ þar sem h = Planks fasti, ν = tíðni, λ = bylgjulengd og c = hraði ljóssins. Á líkingu E = h c / λ sést að orkan minnkar með aukinni bylgjulengd. Orkuminni geislar eru hættuminni en þeir orkumeiri Eftirfarandi efnahvarf gerist: Na (s) + O 2(g) Na 2 O (s) a) Hvað sýnir efnahvarfið? b) Stilltu efnahvarfið. c) Hvað myndast mörg mól af myndefni úr 8 mólum af Na? d) Er efnahvarfið útvermið eða innvermið a) Efnahvarfið sýnir bruna natríns. b) 2 Na (s) + ½ O 2(g) Na 2 O (s) c) 2 mól Na mynda 1 mól Na 2 O (s). 8 mól Na mynda því 4 mól Na 2 O (s).. d) Hvarf sem lýsir bruna er ávallt útvermið. Natrín er í raun svo hvarfgjarnt við súrefni að það þarf að gera ráðstafanir til að hindra hvarfið og geyma Na í olíu svo að natrín komist ekki í snertingu við súrefni og hvarfist Magnínmálmur (Mg) brennur með ákaflega skærum loga og var m.a. notaður blossaperur ljósmyndavéla áður fyrr. Sýndu þetta efnahvarf með því að rita efnajöfnu fyrir brunann, Mg (s) + ½ O 2(g) MgO 4

5 6.18 Súrefni gengur oft á tíðum í efnasamband við efni án þess að fram komi sýnilegt ljós. Brennisteinn fellur t.d. út þegar súrefni kemst í snertingu við vetnissúlfíð. Þá myndast jafnframt vatn. Sýndu þetta efnahvarf með efnajöfnu. H 2 S (g) + ½ O 2(g) S H 2 O 6.19 Hvað er: a) basi, b) sýra? Einföld skýring á basa er a) að það sé vatnslausn sem tekur við vetnisjón og að b) sýra sé efni sem gefur vetnisjón frá sér. Til eru flóknari skýringar: sýra: er ýmist skilgreind sem efnasamband sem eykur styrk vetnisjónanna, H + (Arrhenius); efnasamband sem gefur vetnisjón frá sér vetnisjón, H + (Brønsted- Lowry) eða efnasamband sem getur tekið við rafeindapari. (Lewis). Yfirleitt virka súrefnissambönd málmleysingja sem sýrur sbr. CO 2. basi: er efnasamband sem eykur styrk hýdroxíðjónanna, OH-, (Arrhenius); efnasamband sem tekur vetnisjón til sín (Brønsted-Lowry) eða efnasamband sem leggur til rafeindapar frá sér (Lewis). Yfirleitt virka súrefnissambönd málma sem basar Þegar basi er settur í vatn tekur hann alltaf til sín róteind (H + ) frá vatnssameind svo eftir verður hydroxíðjón, OH -. Ammoníak, NH 3, er basi og tekur því til sín róteind frá vatnssameind. Sýndu með efnajöfnu hvað gerist þegar ammoníak er sett í vatn. NH 3 + H 2 O NH OH -. Þetta má einnig sýna með mynd (sjá tengigetu niturs og vetnis í glósunum ávefnum: Byggingarefni og listmunir úr kalkríku efni veðrast hratt í súru regni. Sjá jarðfræðiglósur GK, /=> Efnisyfirlit /=> Efnaveðrun og efnarof /=> tafla 1. Sjá einnig svörin í bókinni um áhrif brennisteinssýru á þetta ferli Sýndu efnajöfnur fyrir bruna eftirfarandi efna: a) pentan, C 5 H 12 b) própan, C 3 H 8, c) C 3 H 7 OH. Ávallt þegar kolvetni brennur myndast CO 2 og H 2 O. Þess vagna þarf að mynda jöfnu með kolvetni og súrefni sem hvarfefnum og CO 2 og H 2 O sem myndefnum: a) C 5 H O 2 5 CO H 2 O, b) C 3 H O 2 3 CO H 2 O, c) C 5 H 7 OH + 4,5 O 2 3 CO H 2 O 6.24 Sýndu byggingaformúlu: a) asetons, C 3 H 6 O, b) própanóls, C 3 H 7 OH, c) C 5 H 12. 5

6 Sjá mynd af þessum byggingaformúlum í svörunum og/eða efnafræðiglósunum á netinu Hvers vegna er raki hér á landi mun minni en t.d. í Danmörku á sumrin? Raki er meiri í Danmörku á sumrin vegna þess að í heitu lofti getur verið mun meiri raki. Rakastigið er hins vegar ekki hærra í Danmörku. Í Skilgreiningum á bls. 160 á að standa Rakastig í stað Rakamagns. Sjá glósur á neti: rakastig og daggarmark Hvaða þættir vega hér þungt varðandi veðurfar. Hér ríkir úthafsloftslag, sem einkennist af umhleypingasömum en fremur hlýjum vetrum og svölum sumrum. Ísland er á þeim slóðum þar sem 4 loftmassar eru að mætast. Kaldir og óstöðugir frá Kanada og Norður-Íshafi og hlýir og stöðugir frá Azoreyjum og Bretlandseyjum Hvers vegna er oft skýjað og vætusamt þegar lágþrýstisvæði er yfir landinu? Kalda óstöðuga loftmassanum sem kemur að landinu vestan um haf fylgir lægða myndun með hita- og kuldaskilum en þeim fylgir yfirleitt úrkoma Hvað stjórnar vindhraða í lægð? Eftir því sem þéttara er á milli þrýstilínanna í lægðum verður vindstyrkurinn meiri Þú hellir saman brennisteinssýru og natrínhydroxíði og við það eyðast áhrif sýrunnar og basans og útkoman verður salt og vatn. a) Sýndu efnaformúlu hvors efnis. b) Sýndu efnajöfnuna fyrir efnahvarf þessara tveggja efna. a) H 2 2 H ; NaOH Na + + OH - b) H NaOH 2 Na H 2 O það þarf 1 mól af H 2 á móti 2 mólum af NaOH Sýndu hvernig eftirfarandi sýrur klofna niður í jónir (gert er ráð fyrir fullri klofnun í jónir): a) H 2 c) H 2 CO 3 e) CH 3 COOH (ediksýra) b) HNO 3 d) HCl f) H 3 PO 4 a) H 2 2H + + b) HNO 3 H + + NO 3 - c) H 2 CO 3 2 H + + CO 3 6

7 d) HCl H + + Cl - e) CH 3 COOH H + + CH 3 COO - f) H 3 PO 4 3H + + PO Sýndu hvernig eftirfarandi basar klofna niður í jónir: a) NaOH c) Ca(OH) 2 b) KOH Al(OH) 3 a) NaOH Na + + OH - c) Ca(OH) 2 Ca OH - b) KOH K + + OH - Al(OH) 3 Al OH Þegar kalksteinn, CaCO 3 er hitaður yfir loga sundrast hann í kalsínoxíð og koldíoxíð: a) Ritaðu jöfnu efnahvarfsins. b) Skýrðu hvort efnahvarfið er innvermið eða útvermið. a) CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) b) Í dæminu segir að þetta gerist yfir loga og þess vegna hlýtur efnahvarfið að vera innvermið Gerðu grein fyrir helstu efnum sem valda loftmengun við bruna jarðeldsneytis. Við bruna jarðeldsneytis myndast ávallt CO 2(g) og í mörgum tilfellum einnig CO (g) Í jarðeldsneyti er einnig að finna brennisteinssambönd sem mynda H 2 S og geta stuðlað að myndun brennisteinssýru og þar með súru regni. Auk þess myndast nituroxíð í sprengihólfi bílvéla og auka þau einnig að loftmengun Á hvern hátt myndast kolmónoxíð og hvernig eru eituráhrif þess? Líkingin fyrir myndun CO er: C + ½ O 2(g) CO (g) CO er skautuð sameind og binst því u.þ.b. 200 fastar við blóðrauða (hemoglóbín) blóðsins en súrefni (O 2(g) ) og koldíoxíð (CO 2(g) ) og kemur þannig í veg fyrir flutning blóðrauðans á súrefni frá lungunum og CO 2(g) ) til lungnanna Á hvern hátt tengist trjárækt minnkun koldíoxíðs í lofthjúpnum? Lífverur með blaðgrænu geta stundað ljóstillífun: Sykur myndast við ljóstillífun í grænum plöntum, ljósorka umbreytist í efnaorku. Efnajafnan sem lýsir ljóstillífun er: 12CO 2(g) + 11H 2 O (l) + ljósorka C 12 H 22 O 11(aq) + 12O 2(g) 6.36 Hvaða efni myndast allaf við bruna eftirtalinna efna í andrúmslofti: a) kolvetna? b) olíu? c) alkóhlóls? 7

8 a) koldíoxíð og vatnsgufa auk nituroxíða ef bruni fer fram við mikinn hita, b) koldíoxíð, vatnsgufa, brennisteinssambönd og nituroxíð, c) koldíoxíð og vatnsgufa Samkvæmt tölum Landsvirkjunar fóru 197 GWh til rafhitunar heimila árið 1996 ef ekki er reiknað með upphitun bændabýla. Hvað jafngildir þessi rafnotkun a) mörgum lítrum af olíu ef brennsluvarmi olíu er 42,3 M/kg (ath. að eðlismassi olíunnar er 0,84 g/cm 3 )? b) mörgum tonnum af steinkolum ef brennsluvarmi þeirra er 31,4 M/kg? c) Hvort eldsneytið í a) eða b) lið er havæmara með tilliti til mengunar og annarra þátta? a) Samkvæmt upplýsingum á bls. 116 er: 1 Wh = 1W 1klst = s 1Wh = 3600 s Margföldunarforskeytið gíga, G, jafngildir 10 9 ( )Wh 3, /Wh = 7, sem fóru til upphitunar húsa , = 1,68 10 kg 6 42,3 10 / kg Eðlismassi olíunnar er 0,84 g/cm 3 eða 840 g/1000 cm 3 0,84kg/L og til að fá þetta út í lítrum verður þetta svona: 7 1,68 10 kg 7 = 2,0 10 L 0,84kg / L 14 7, b) = 2,3 10 kg 6 31,4 10 / kg c) Sótmyndun og þar með reykmyndun er minni af olíunni Hversu mikið munu 20 L af vatni hitna með brennslu 20 g af eftirfarandi efnum ef ekki er gert ráð fyrir varmatapi: a) bútangas (brennsluvarmi 45, /kg = 45, /g 45, /g 20 g b) spritt, etanól (brennsluvarmi 25, /kg = 25, /g c) vetni (brennsluvarmi 120, /kg = 120, /g a) 45, /kg = 45, /g 45, /g 20 g = 9, Q 9,6 10 Q = c m T T = = 11,48 K 11K 4 c m 4,18 / g K 2 10 g b) 25, /kg = 25, /g 25, /g 20 g = 5, Q 5,06 10 Q = c m T T = = 6,1 K 6 K 4 c m 4,18 / g K 2 10 g c) 120, /kg = 120, /g 120, /g 20 g = 2, Q 2,4 10 Q = c m T T = = 28,7 K 29 K 4 c m 4,18 / g K 2 10 g 8

9 9 Skrifað út ; 18:59