Opgaver til T3.2

Opgaverne hører til siden T3.2 Nitrogenkredsløbet. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T3.2.1: De vigtigste ord

  1. Stiger eller falder oxidationstallet, når et atom bliver oxideret? Og når det bliver reduceret?
  2. Hvad sker der ved fiksering?
  3. Hvad sker der ved nitrifikation?
  4. Hvad sker der ved denitrifikation?
  5. Hvem udfører de fleste af processerne i nitrogenkredsløbet?

Svaret på spørgsmål a står lige under tabellen med oxidationstal på siden T3.2. Læs derefter tabellen under figuren med kredsløbet. De tre processer står også med fed skrift i teksten.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Ved fiksering bliver N2 fra luften til …
  • Ved nitrifikation bliver ammonium til … og så til …
  • Ved denitrifikation bliver nitrat til …
  1. Ved en oxidation stiger oxidationstallet. Ved en reduktion falder det.
  2. Nitrogen, N2, fra luften bliver til ammoniak og ammonium.
  3. Bakterier oxiderer ammonium til nitrit og videre til nitrat. Det kræver oxygen.
  4. Bakterier reducerer nitrat til nitrogen, N2, som forsvinder ud i luften. Det sker, hvor der ikke er oxygen.
  5. Bakterier.

Opgave T3.2.2: Flere trin på trappen

En trappe med nitrogens oxidationstal fra minus 3 til plus 5. Ammonium står på minus 3, nitrogen på 0, lattergas på plus 1, nitrit på plus 3 og nitrat på plus 5.

Trappen viser nitrogens oxidationstal i fem stoffer. Tabellen viser fire andre stoffer med nitrogen.

Stof Formel
ammoniak NH3
nitrogenoxid NO
nitrogendioxid NO2
salpetersyre HNO3
  1. Find oxidationstallet for nitrogen i NH3.
  2. Find oxidationstallet for nitrogen i NO og i NO2.
  3. Find oxidationstallet for nitrogen i HNO3.
  4. Hvilke af de fire stoffer står på samme trin som et stof i figuren? Hvilke står på et tomt trin?
  5. Vis med et regnestykke, at nitrogen har +I i lattergas, N2O.
  6. I ammoniumnitrat, NH4NO3, er der to nitrogenatomer. Det ene sidder i ammoniumionen, og det andet sidder i nitrationen. Hvilket oxidationstal har hvert af dem?

Brug reglerne fra afsnit 8.3 i bogen til C-niveau. Hydrogen har +I, og oxygen har −II. I et molekyle er summen af oxidationstallene 0.

I NH3 giver de tre hydrogenatomer 3 · (+1) = +3. Nitrogen skal derfor have −3, så summen bliver 0. Regn de andre stoffer på samme måde.

Til spørgsmål e: De to nitrogenatomer skal tilsammen opveje oxygenatomets −2.

Til spørgsmål f: Regn de to ioner hver for sig. Ammoniumionen og nitrationen står begge i tabellen på siden T3.2.

  1. Nitrogen har −III. Regnestykket er N + 3 · (+1) = 0.
  2. Nitrogen har +II i NO, for N + (−2) = 0. Nitrogen har +IV i NO2, for N + 2 · (−2) = 0.
  3. Nitrogen har +V. Regnestykket er (+1) + N + 3 · (−2) = 0.
  4. NH3 står på trinnet −III sammen med ammonium. HNO3 står på trinnet +V sammen med nitrat. NO står på det tomme trin +II, og NO2 står på det tomme trin +IV.
  5. Oxygen har −II. Regnestykket er 2 · N + (−2) = 0. De to nitrogenatomer giver altså +2 tilsammen, og hvert nitrogenatom har +I.
  6. Nitrogenatomet i NH4+ har −III. Nitrogenatomet i NO3− har +V. De to nitrogenatomer i det samme stof har altså hvert sit oxidationstal.

Opgave T3.2.3: Oxideret eller reduceret?

Tabellen viser fem omdannelser fra nitrogenkredsløbet.

Nr. Omdannelse Hvor sker det?
1 N2 → NH4+ fiksering
2 NH4+ → NO2− første trin i nitrifikationen
3 NO2− → NO3− andet trin i nitrifikationen
4 NO3− → N2 denitrifikation
5 NO3− → N2O ved denitrifikation dannes der også lidt lattergas
  1. Skriv oxidationstallet for nitrogen før og efter hver omdannelse.
  2. Hvor meget stiger eller falder oxidationstallet for ét nitrogenatom i hver omdannelse?
  3. Bliver nitrogen oxideret eller reduceret i hver omdannelse?
  4. I hvilken omdannelse ændrer oxidationstallet sig mest?
  5. Når bakterier nedbryder proteiner, bliver nitrogenet til ammonium. Nitrogen har −III i proteinernes aminogrupper. Bliver nitrogen oxideret eller reduceret ved nedbrydningen?

Oxidationstallene står i figuren med trappen på siden T3.2. Går nitrogen op ad trappen, er det blevet oxideret. Går det ned ad trappen, er det blevet reduceret.

I omdannelse 2 går nitrogen fra −III til +III. Det er 6 trin op. Oxidationstallet stiger altså 6, og nitrogen bliver oxideret. Gør det samme med de fire andre omdannelser.

Til spørgsmål e: Find oxidationstallet for nitrogen i ammonium, og sammenlign med −III.

  1. Oxidationstallene står i tabellens kolonner Før og Efter.
  2. Ændringen står i kolonnen Ændring for ét atom.
  3. Svaret står i kolonnen Nitrogen bliver.
Nr. Før Efter Ændring for ét atom Nitrogen bliver
1 0 −III falder 3 reduceret
2 −III +III stiger 6 oxideret
3 +III +V stiger 2 oxideret
4 +V 0 falder 5 reduceret
5 +V +I falder 4 reduceret
  1. I omdannelse 2. Her stiger oxidationstallet 6.
  2. Ingen af delene. Nitrogen har −III både før og efter, så oxidationstallet ændrer sig ikke.

Opgave T3.2.4: Hvilken proces?

Nitrogenkredsløbet med pile mellem nitrogen i luften, ammonium, nitrit, nitrat og planter og dyr. Pilene hedder fiksering, nitrifikation, optagelse, nedbrydning, denitrifikation og udvaskning.

Find den proces i figuren, der passer til hver beskrivelse.

  1. Bakterier på rødderne af en kløverplante laver N2 fra luften om til ammonium.
  2. Bakterier laver proteinerne i døde planter om til ammonium.
  3. I en mark med luft i jorden bliver ammonium fra gyllen til nitrit og videre til nitrat.
  4. Regnvandet tager nitrat med ned til grundvandet.
  5. I et vådområde uden oxygen bliver nitrat til N2, som bobler op.
  6. Et nitrogenatom sidder i N2 i luften. Hvilke tre processer skal atomet igennem for at blive til nitrat og bagefter komme tilbage til luften?

Se på, hvilket stof pilen begynder ved, og hvilket stof den ender ved. Ved nogle af pilene står der også, hvad processen kræver, eller hvem der udfører den.

Fiksering går fra N2 til ammonium. Nitrifikation går fra ammonium over nitrit til nitrat. Denitrifikation går fra nitrat til N2.

Til spørgsmål f: Følg de yderste pile hele vejen rundt i figuren.

  1. Fiksering.
  2. Nedbrydning.
  3. Nitrifikation.
  4. Udvaskning.
  5. Denitrifikation.
  6. Fiksering, nitrifikation og denitrifikation. Ved fiksering bliver N2 til ammonium. Ved nitrifikation bliver ammonium til nitrit og så til nitrat. Ved denitrifikation bliver nitrat til N2 igen.

Opgave T3.2.5: Andet trin i nitrifikationen

I andet trin i nitrifikationen bliver nitrit til nitrat:

2 NO2−(aq) + O2(g) → 2 NO3−(aq)

  1. Find oxidationstallet for nitrogen i NO2− og i NO3−.
  2. Find oxidationstallet for oxygen i O2 og i NO3−.
  3. Hvor meget stiger ét nitrogenatom? Hvor stor er stigningen for de 2 nitrogenatomer tilsammen?
  4. Hvor meget falder ét oxygenatom fra O2? Hvor stort er faldet for de 2 oxygenatomer tilsammen?
  5. Sammenlign den samlede stigning med det samlede fald. Hvad viser det?
  6. Hvilket stof er oxidationsmidlet, og hvilket er reduktionsmidlet?

Oxidationstallene for nitrogen står i tabellen på siden T3.2. Et grundstof, der ikke er bundet til andre grundstoffer, har 0. Oxygen har −II i forbindelser.

Oxygenatomerne i NO2− har −II både før og efter reaktionen. Det er kun de 2 oxygenatomer i O2, der ændrer oxidationstal. Gang ændringen for ét atom med antallet af atomer.

Til spørgsmål e kan du begynde sådan: “Stigningen og faldet er …, så der bliver afgivet …”

Til spørgsmål f: Oxidationsmidlet optager elektroner, så dets oxidationstal falder.

  1. Nitrogen har +III i NO2− og +V i NO3−.
  2. Oxygen har 0 i O2 og −II i NO3−.
  3. Ét nitrogenatom stiger 2. Der er 2 nitrogenatomer, så stigningen er 4.
  4. Ét oxygenatom falder 2. Der er 2 oxygenatomer i O2, så faldet er 4.
  5. Stigningen og faldet er lige store. Der bliver afgivet lige så mange elektroner, som der bliver optaget, så koefficienterne passer. Ladningen passer også, for den er −2 på begge sider.
  6. Oxygen, O2, er oxidationsmidlet, for oxygens oxidationstal falder. Nitrit er reduktionsmidlet, for nitrogens oxidationstal stiger.

Opgave T3.2.6: Nitrit, sur jord og vådområder

Brug de to reaktionsskemaer i afsnittet Nitrifikation og teksten i afsnittet Denitrifikation på siden T3.2.

  1. Hvilket trin i nitrifikationen danner nitrit, og hvilket trin fjerner det igen?
  2. Forklar, hvorfor der normalt kun er lidt nitrit i jord og vand.
  3. Forklar, hvorfor jorden bliver mere sur, når der bliver gødet med ammonium.
  4. Calciumnitrat indeholder kun nitrogen som nitrat. Bliver jorden mere sur af nitrifikation, når der bliver gødet med calciumnitrat? Begrund dit svar.
  5. Nævn tre steder, hvor der sker denitrifikation. Hvad har de tre steder til fælles?
  6. Langs nogle åer er der anlagt vådområder. Forklar, hvordan et vådområde kan fjerne nitrat fra vandet, før det når fjorden.

Find ud af, hvilket af de to reaktionsskemaer der har H+ på højre side. Læs også sætningerne lige under figuren med oxidationstallene i første trin.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Det andet trin går …, så nitrit når ikke at …
  • Det første trin danner …, og de gør jorden …
  • Nitrat er det stof, nitrifikationen ender med. Derfor …
  • I et vådområde er der ikke … Bakterierne bruger i stedet … og laver det om til …
  1. Det første trin danner nitrit af ammonium. Det andet trin laver nitrit om til nitrat.
  2. Det andet trin går hurtigt. Nitrit når derfor næsten ikke at hobe sig op, før det er blevet til nitrat.
  3. Det første trin i nitrifikationen danner hydroner, H+. De gør jorden mere sur.
  4. Nej. Nitrat er det stof, nitrifikationen ender med. Derfor sker der ingen nitrifikation, og der bliver ikke dannet hydroner.
  5. I vandmættet jord, i vådområder og på bunden af søer og fjorde. Der er ikke oxygen de tre steder.
  6. I et vådområde er der ikke oxygen. Bakterierne bruger i stedet nitrat som oxidationsmiddel og reducerer det til nitrogen, N2, som forsvinder ud i luften. Så er nitraten væk, før vandet når fjorden.

Opgave T3.2.7: Afstem dannelsen af lattergas

Ved denitrifikation dannes der også lidt lattergas, N2O. Det organiske stof skrives forenklet som CH2O, og reaktionen sker i sur opløsning.

CH2O + NO3− → CO2 + N2O

Afstem reaktionsskemaet med de fem trin fra afsnit 8.4 i bogen til C-niveau.

  1. Trin 1: Find oxidationstallet for carbon og for nitrogen før og efter reaktionen.
  2. Trin 2: Sæt tal foran stofferne, så den samlede stigning er lige så stor som det samlede fald.
  3. Trin 3: Regn ladningen ud på hver side, og afstem den med H+.
  4. Trin 4: Tæl hydrogenatomerne, og tilføj H2O på den side, der mangler.
  5. Trin 5: Tjek, at der er lige mange oxygenatomer på begge sider.
  6. Hvilket stof er oxidationsmidlet, og hvilket er reduktionsmidlet?

Følg eksemplet afstem første trin i nitrifikationen på siden T3.2. Carbon har 0 i CH2O og +IV i CO2. Nitrogen har +V i NO3− og +I i N2O.

Hvert carbonatom stiger 4, og hvert nitrogenatom falder 4. Der er 2 nitrogenatomer i N2O, så der skal 2 NO3− til venstre.

Efter trin 2 hedder skemaet 2 CH2O + 2 NO3− → 2 CO2 + N2O. Ladningen er −2 til venstre og 0 til højre.

  1. Carbon har 0 i CH2O, for de to hydrogenatomer giver +2, og oxygenatomet giver −2. Carbon har +IV i CO2. Nitrogen har +V i NO3− og +I i N2O.

  2. Hvert carbonatom stiger 4. Hvert nitrogenatom falder 4. N2O har 2 nitrogenatomer, så der skal 2 NO3− til venstre. Med 2 nitrogenatomer bliver faldet 8. Stigningen skal også være 8, så der skal 2 carbonatomer til, som stiger 4 hver. Der skal altså 2 CH2O og 2 NO3− til venstre og 2 CO2 og 1 N2O til højre.

2 CH2O + 2 NO3− → 2 CO2 + N2O

  1. Ladningen på hver side:

    \[ \begin{aligned} \text{ladning til venstre} &= 2 \cdot (-1) = -2 \\ \text{ladning til højre} &= 0 \end{aligned} \]

Der mangler 2 plusser til venstre. Tilføj 2 H+ til venstre.

  1. Hydrogenatomerne på hver side:

    \[ \begin{aligned} \text{antal H til venstre} &= 2 \cdot 2 + 2 = 6 \\ \text{antal H til højre} &= 0 \end{aligned} \]

Der mangler 6 H til højre. Tilføj 3 H2O til højre.

  1. Oxygenatomerne på hver side:

    \[ \begin{aligned} \text{antal O til venstre} &= 2 + 2 \cdot 3 = 8 \\ \text{antal O til højre} &= 2 \cdot 2 + 1 + 3 = 8 \end{aligned} \]

Det passer. Skemaet er afstemt:

2 CH2O + 2 NO3− + 2 H+ → 2 CO2 + N2O + 3 H2O

  1. Nitrat er oxidationsmidlet, for nitrogens oxidationstal falder. Det organiske stof, CH2O, er reduktionsmidlet, for carbons oxidationstal stiger.