Kemi A
1. del, bilagsmateriale
kl. 09.00-14.30
Ny ordning
kl. 09.00-14.30
Vejledning
Alle hjælpemidler er tilladt
Følgende hjælpemidler forudsættes:
DATABOG fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgavebesvarelsen
Din opgavebesvarelse skal afleveres i et samlet dokument, gemt i pdf-format.
Bedømmelse
Ved den skriftlige prøve lægges der vægt på din evne til at:
| - | anvende fagets viden og metoder til behandling af kemiske problemstillinger | |
| - | inddrage det udleverede bilagsmateriale i besvarelsen | |
| - | gøre iagttagelser og analysere eksperimentelt arbejde, samt efterbehandle og vurdere resultater herfra | |
| - | gennemføre og præsentere relevante beregninger med korrekt brug af fagsprog | |
| - | benytte relevante matematiske modeller, metoder og repræsentationsformer | |
| - | benytte fagspecifikke digitale værktøjer hensigtsmæssigt | |
| - | dokumentere anvendte informationer fra forskellige kilder | |
| - | udtrykke sig skriftligt, således at tankegangen fremstår struktureret og tydelig. |
Der gives en karakter på baggrund af en helhedsvurdering.
Bilagsmateriale
Titan
Titan er grundstof nummer 22 og er det niende mest almindelige grundstof i jordens skorpe. Grundstoffets egenskaber som fx modstandsdygtighed over for korrosion, en høj styrke i forhold til densiteten samt et højt smeltepunkt, gør titan interessant til en række forskellige formål. Titan anvendes især i legeringer med bl.a. jern og aluminium, hvor det danner stærke letvægtsmaterialer. Legeringerne af titan anvendes fx i rumfartsbranchen, i militæret og på sundhedsområdet til forskellige typer af proteser. Titan kan også indgå i mere almindelige produkter. Ure, briller og racercykler er eksempler herpå.
Titan er et overgangsmetal og danner kemiske forbindelser med forskellige oxidationstal: +II, +III og +IV. Titan findes ikke som rent metal i naturen, men som mineraler i form af bl.a. rutil og ilmenit. Rutil er et mineral, der primært består af titan(4+)oxid, TiO2. Ilmenit er et mineral med formlen FeTiO3.
På trods af den høje forekomst af titan og de mange anvendelsesmuligheder er brugen af titan fortsat forholdsvis begrænset. Det skyldes, at produktionen af rent titan ud fra mineralerne er en energikrævende og kostbar proces. Titan bliver i dag alt overvejende fremstillet ud fra den såkaldte Kroll-proces, der blev udviklet af Wilhelm Kroll fra Luxembourg tilbage i 1940. I denne proces omdannes titan(4+)oxid til det rene metal ved 1000 °C i to trin:
| TiO2(s) + 2 C(s,grafit) + 2 Cl2(g) → TiCl4(g) + 2 CO(g) | reaktion 1 | |
| TiCl4(g) + 2 Mg(l) → Ti(s) + 2 MgCl2(l) | reaktion 2 |
Ændringen i standardentropi, ΔS°, for reaktion 1 er 241,9 J/(mol·K).
Standardenthalpien, H°, for TiCl4(g) er -763,2 kJ/mol.
Interessen for at gøre fremstillingen af titan mindre energikrævende er stor. Zhigang Zak Fang og hans forskerteam fra Utah i USA har fundet frem til en alternativ proces, der foregår ved en temperatur på kun 500 °C. Denne proces foregår i tre trin.
Første trin ses her:
| TiO2(s) + 2 MgH2(s) → TiH2(l) + 2 MgO(s) + H2(g) | reaktion 3 |
Andet trin involverer fjernelse af fast magnesiumoxid, MgO, fra reaktionsblandingen:
| MgO(s) + 2 NH4Cl(l) → MgCl2(l) + 2 NH3(l) + H2O(g) | reaktion 4 |
I det sidste trin reduceres det dannede titan(2+)hydrid, TiH2, til rent titan:
| TiH2(l) → Ti(s) + H2(g) | reaktion 5 |
En virksomhed har fremstillet titan ved hjælp af Kroll-metoden i mange år og opnår en udbytteprocent på 68,4% rent titan ud fra titan(4+)oxid. Virksomheden ønsker at afprøve Zhigang Zak Fangs alternative metode for at teste renhed, udbytteprocent, energiforbrug og andre væsentlige faktorer for virksomhedens økonomi og produktion. De forsøger derfor at fremstille titan ud fra den alternative metode, hvorved de opnår et udbytte af rent titan på 60,35 kg ud fra 150,0 kg titan(4+)oxid.