Opgaver til T3.1

Opgaverne hører til siden T3.1 Nitrogen og gødning. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T3.1.1: De vigtigste ord

  1. Hvad kaldes nitrogen i daglig tale?
  2. Hvilke to ioner optager planter nitrogen som? Skriv navne og formler.
  3. Hvad er kunstgødning?
  4. Hvad er gylle?
  5. Hvad betyder udvaskning?

Find ordene i indledningen og i afsnittene Nitrogen, som planterne ikke kan bruge, Fra luft til gødning og Fra marken til vandet på siden T3.1.

Den ene ion er positiv, og den anden er negativ. Kunstgødning og gylle er begge gødning, men de kommer to forskellige steder fra. Ved udvaskning følger et stof med regnvandet.

  1. Kvælstof.
  2. Nitrationen, NO3−, og ammoniumionen, NH4+.
  3. Gødning, der er lavet på en fabrik.
  4. Husdyrenes gødning. Den indeholder det nitrogen, dyrene har fået gennem foderet, men ikke har brugt.
  5. At nitrat følger regnvandet væk fra planternes rødder.

Opgave T3.1.2: Fra luft til gødning

Luften er fuld af nitrogen, N2. I Haber-Bosch-processen bliver det til ammoniak:

N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g)

  1. Hvad skal planter bruge nitrogen til?
  2. Hvorfor kan planter ikke bruge N2 fra luften?
  3. Hvilke to stoffer reagerer i Haber-Bosch-processen, og hvilket stof bliver dannet?
  4. Hvor mange mol gas er der på venstre side af reaktionsskemaet? Og på højre side?
  5. Hvilken vej forskydes ligevægten, når trykket bliver højere? Begrund dit svar.
  6. På fabrikken køles gasblandingen ned undervejs. Ammoniakken bliver flydende og løber fra. Hvilken vej forskydes ligevægten, når ammoniakken bliver fjernet?

Læs afsnittene Nitrogen, som planterne ikke kan bruge og Fra luft til gødning på siden T3.1. Se på bindingen mellem de to atomer i N2.

Til spørgsmål b kan du begynde sådan: “De to atomer i N2 holdes sammen af …, og den …”

Til spørgsmål d: Læg koefficienterne sammen på hver side af dobbeltpilen.

Til spørgsmål e: Et højere tryk forskyder en ligevægt mod den side, der har færrest gasmolekyler. Det står i afsnit B2.6.

Til spørgsmål f: Ammoniak er et produkt. Tabellen De fire indgreb i afsnit B2.5 viser, hvad der sker, når et produkt bliver fjernet.

  1. Til at bygge proteiner. Alle aminosyrer har en aminogruppe med et nitrogenatom.
  2. De to atomer i N2 holdes sammen af en tripelbinding. Den er meget stærk, og planter kan ikke bryde den.
  3. Nitrogen, N2, og hydrogen, H2, reagerer. Der bliver dannet ammoniak, NH3.
  4. Der er 4 mol gas til venstre: 1 mol N2 og 3 mol H2. Der er 2 mol gas til højre.
  5. Mod højre, altså mod ammoniak. Et højere tryk forskyder ligevægten mod den side, der har færrest gasmolekyler.
  6. Mod højre. Et produkt er fjernet, og så bliver der dannet mere af det.

Opgave T3.1.3: Ioner i gødning

Tabellen viser fire salte, som bruges til gødning.

Salt Formel
ammoniumnitrat NH4NO3
kaliumnitrat KNO3
calciumnitrat Ca(NO3)2
ammoniumsulfat (NH4)2SO4
  1. Hvilke to ioner består hvert af de fire salte af? Skriv ionernes formler med ladning.
  2. Hvor mange af hver ion viser formlen for calciumnitrat? Og formlen for ammoniumsulfat?
  3. Vis for calciumnitrat og for ammoniumsulfat, at ladningerne tilsammen giver 0.
  4. Hvor mange nitrogenatomer er der i formlen for hvert af de fire salte?
  5. Magnesiumnitrat består af ionerne Mg2+ og NO3−. Skriv formlen for magnesiumnitrat.

De sammensatte ioner står i tabellen i afsnit 2.2 i bogen til C-niveau. Sulfationen er SO42−. Kalium står i hovedgruppe 1, og calcium står i hovedgruppe 2.

Et tal efter en parentes gælder alt det, der står i parentesen. Ca(NO3)2 har altså to nitrationer. En ionforbindelse er neutral, så de positive og de negative ladninger skal gå lige op.

Til spørgsmål e: Magnesiumionen har samme ladning som calciumionen.

  1. Ionerne står i tabellen.
Salt Positiv ion Negativ ion
ammoniumnitrat NH4+ NO3−
kaliumnitrat K+ NO3−
calciumnitrat Ca2+ NO3−
ammoniumsulfat NH4+ SO42−
  1. Formlen for calciumnitrat viser 1 calciumion og 2 nitrationer. Formlen for ammoniumsulfat viser 2 ammoniumioner og 1 sulfation.
  2. Calciumnitrat: (+2) + 2 · (−1) = 0. Ammoniumsulfat: 2 · (+1) + (−2) = 0.
  3. Ammoniumnitrat har 2, kaliumnitrat har 1, calciumnitrat har 2, og ammoniumsulfat har 2.
  4. Mg(NO3)2. Der skal to nitrationer til at opveje ladningen fra én magnesiumion.

Opgave T3.1.4: Ammonium og nitrat i jorden

Jordens små partikler af ler og plantedele har ladninger på overfladen. Ladningerne afgør, hvilke ioner der bliver i jorden.

  1. Hvilken ladning har jordpartiklernes overflade?
  2. Hvilken af ionerne NH4+ og NO3− sidder fast på jordpartiklerne? Forklar hvorfor.
  3. Hvad sker der med den anden ion, når regnvandet siver ned gennem jorden?
  4. I jorden er der også kaliumioner, K+, og chloridioner, Cl−. Hvilken af de to ioner sidder fast på jordpartiklerne?
  5. En landmand kan vælge mellem ammoniumsulfat og calciumnitrat. Fra hvilken af de to gødninger bliver nitrogenet bedst siddende i jorden, lige efter at der er gødet? Begrund dit svar.

Se figuren med jordpartiklerne på siden T3.1. Ladninger med modsat fortegn tiltrækker hinanden. Ladninger med samme fortegn frastøder hinanden.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Ammoniumionen er …, og jordpartiklen er … Derfor …
  • Nitrationen er … ligesom jordpartiklen. Derfor …
  • I ammoniumsulfat findes nitrogenet som … I calciumnitrat findes det som …
  1. Negativ.
  2. Ammoniumionen, NH4+. Den er positiv, og jordpartiklen er negativ. Derfor bliver ionen tiltrukket og sidder fast.
  3. Nitrationen er negativ ligesom jordpartiklen. Derfor bliver den frastødt. Den bliver i vandet mellem jordpartiklerne og følger med vandet nedad.
  4. Kaliumionen, K+. Den er positiv ligesom ammoniumionen. Chloridionen er negativ og følger vandet ligesom nitrationen.
  5. Ammoniumsulfat. Her findes nitrogenet som ammoniumioner, der sidder fast på jordpartiklerne. I calciumnitrat findes det som nitrationer, der følger vandet. Med tiden laver bakterier i jorden dog ammonium om til nitrat.

Opgave T3.1.5: Fra marken til vandet

Tværsnit af en mark. Planterne optager nitrat og ammonium fra gødningen. Nitrat siver med regnvandet ned til grundvandet eller løber gennem et dræn ud i åen. Et vandværk pumper grundvandet op.

Figuren viser en mark, der er blevet gødet.

  1. Hvad sker der med den nitrat, planterne ikke optager?
  2. Hvilke to veje kan nitraten tage væk fra marken? Hvor ender den?
  3. Hvor får vandværket sit vand fra? Hvad betyder det, hvis der er nitrat i det vand?
  4. Udvaskningen er størst om efteråret og om vinteren. Giv to grunde.
  5. Hvorfor bliver nitrat ikke liggende i jorden som et bundfald?
  6. Nogle landmænd sår om efteråret planter, som står på marken hele vinteren. Forklar, hvordan det kan mindske udvaskningen.

Følg pilene i figuren, og læs afsnittet Fra marken til vandet på siden T3.1. Spørgsmål e handler om opløselighed. Se fældningstabellen i bogen til C-niveau.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Om efteråret og om vinteren regner det …, og der står ikke …
  • Alle nitrater er …, så nitrationerne bliver i …
  • Planterne optager …, mens de gror. Så er der mindre …
  1. Den følger regnvandet væk fra rødderne. Det kaldes udvaskning.
  2. Den kan sive ned til grundvandet. Den kan også løbe gennem dræn ud i åen og videre ud i søer og fjorde.
  3. Vandværket pumper grundvand op. Er der nitrat i grundvandet, kommer der nitrat i drikkevandet.
  4. Det regner meget, så der siver meget vand ned gennem jorden. Og der står ikke planter på marken, som kan optage nitraten.
  5. Alle nitrater er letopløselige. Nitrationerne danner derfor ikke bundfald. De bliver i vandet mellem jordpartiklerne.
  6. Planterne optager nitrat, mens de gror om efteråret. Så er der mindre nitrat tilbage i jorden, som regnvandet kan tage med.

Opgave T3.1.6: Nitrogen i urea

Urea har formlen CO(NH2)2. Brug atommasserne C 12,01 u, O 16,00 u, N 14,01 u og H 1,008 u.

  1. Hvor mange atomer af hvert grundstof er der i ét molekyle urea?
  2. Beregn molarmassen for urea.
  3. Beregn massen af nitrogen i 1 mol urea.
  4. Beregn masseprocenten af nitrogen i urea.
  5. Hvor mange kg nitrogen er der i en sæk med 25,0 kg urea?

Opgaven ligner eksemplet nitrogen i ammoniumnitrat på siden T3.1. Tallet 2 efter parentesen gælder både nitrogenatomet og de to hydrogenatomer i parentesen.

Ét molekyle urea har 1 carbonatom, 1 oxygenatom, 2 nitrogenatomer og 4 hydrogenatomer. Masseprocenten er massen af nitrogen i 1 mol urea divideret med massen af 1 mol urea, ganget med 100 %.

Til spørgsmål e: Gang sækkens masse med masseprocenten, og divider med 100 %.

  1. 1 carbonatom, 1 oxygenatom, 2 nitrogenatomer og 4 hydrogenatomer.

  2. Molarmassen er

\[ M(\mathrm{CO(NH_2)_2}) = (12{,}01 + 16{,}00 + 2 \cdot 14{,}01 + 4 \cdot 1{,}008)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 60{,}06\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

  1. I 1 mol urea er der 2 mol nitrogenatomer.

\[ m(\mathrm{N}) = 2 \cdot 14{,}01\ \mathrm{g} = 28{,}02\ \mathrm{g} \]

  1. 1 mol urea vejer 60,06 g.

\[ \text{masseprocent} = \frac{m(\mathrm{N})}{m(\text{urea})} \cdot 100\ \% = \frac{28{,}02\ \mathrm{g}}{60{,}06\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 46{,}7\ \% \]

46,7 % af massen i urea er nitrogen.

  1. Massen af nitrogen i sækken er

\[ m(\mathrm{N}) = \frac{\text{masseprocent}}{100\ \%} \cdot m(\text{urea}) = \frac{46{,}7\ \%}{100\ \%} \cdot 25{,}0\ \mathrm{kg} = 11{,}7\ \mathrm{kg} \]

Der er 11,7 kg nitrogen i sækken.

Opgave T3.1.7: Hvilken gødning giver mest nitrogen?

En landmand kan vælge mellem tre gødninger.

Gødning Formel Masseprocent af nitrogen
ammoniumnitrat NH4NO3 35,0 %
urea CO(NH2)2 dit svar fra opgave T3.1.6
kaliumnitrat KNO3 skal beregnes

Brug atommasserne K 39,10 u, N 14,01 u og O 16,00 u.

  1. Beregn molarmassen for kaliumnitrat.
  2. Beregn masseprocenten af nitrogen i kaliumnitrat.
  3. Hvilken af de tre gødninger giver mest nitrogen pr. kg? Hvilken giver mindst?
  4. En mark skal have 70,0 kg nitrogen. Hvor mange kg ammoniumnitrat skal der til?
  5. Hvor mange kg urea skal der til for at give de samme 70,0 kg nitrogen?

Formlen KNO3 har 1 kaliumatom, 1 nitrogenatom og 3 oxygenatomer. Regn på samme måde som i opgave T3.1.6.

Til spørgsmål d og e: I ammoniumnitrat er kun 35,0 % af massen nitrogen. Der skal altså meget mere end 70,0 kg gødning til.

Masseprocenten er m(N) divideret med m(gødning), ganget med 100 %. Du kender m(N) og masseprocenten. Du finder m(gødning) ved at gange m(N) med 100 % og dividere med masseprocenten.

  1. Molarmassen er

\[ M(\mathrm{KNO_3}) = (39{,}10 + 14{,}01 + 3 \cdot 16{,}00)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 101{,}11\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

  1. I 1 mol kaliumnitrat er der 1 mol nitrogenatomer.

\[ m(\mathrm{N}) = 14{,}01\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{m(\mathrm{N})}{m(\text{kaliumnitrat})} \cdot 100\ \% = \frac{14{,}01\ \mathrm{g}}{101{,}11\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 13{,}9\ \% \]

13,9 % af massen i kaliumnitrat er nitrogen.

  1. Urea giver mest nitrogen pr. kg, for 46,7 % af massen er nitrogen. Kaliumnitrat giver mindst med 13,9 %. Ammoniumnitrat ligger i midten med 35,0 %. Kaliumionen og de tre oxygenatomer vejer meget, men de indeholder ikke nitrogen.

  2. Massen af ammoniumnitrat er

\[ m(\text{ammoniumnitrat}) = \frac{m(\mathrm{N}) \cdot 100\ \%}{\text{masseprocent}} = \frac{70{,}0\ \mathrm{kg} \cdot 100\ \%}{35{,}0\ \%} = 200\ \mathrm{kg} \]

Der skal 200 kg ammoniumnitrat til.

  1. Massen af urea er

\[ m(\text{urea}) = \frac{m(\mathrm{N}) \cdot 100\ \%}{\text{masseprocent}} = \frac{70{,}0\ \mathrm{kg} \cdot 100\ \%}{46{,}7\ \%} = 150\ \mathrm{kg} \]

Der skal 150 kg urea til. Det er mindre end de 200 kg ammoniumnitrat, fordi en større del af massen i urea er nitrogen.