Proszę o dokładne rozwiązanie tych zadań.
Zad. 1
Wodór jest postrzegany jako najbardziej obiecujący kandydat na paliwo przyszłości - jego spalanie nie uwalnia do środowiska szkodliwych spalin a ilość energii uzyskana z jednostki masy plasuje go na pierwszym miejscu wśród paliw. Istnieje wiele pomysłów na otrzymywanie wodoru w ilościach wystarczających, aby go zastosować jako nośnik energii, zarówno dla przemysłu jak i odbiorców indywidualnych. Stosowana metoda nie może jednak być uzależniona od paliw kopalnych, takich jak węgiel czy ropa naftowa. Jednym z bardziej obiecujących sposobów jest proces elektrolizy z wykorzystaniem energii elektrycznej pozyskanej ze źródeł odnawialnych, na przykład elektrowni wodnych czy słonecznych. Niedawno opublikowano wyniki badań nad uzyskiwaniem wodoru w wyniku elektrolizy wodnych, zasadowych roztworów mocznika. Podczas reakcji rozkładowi ulega 1 cząsteczka mocznika i 1 cząsteczka wody. W przestrzeni anodowej wydziela się azot i dwutlenek węgla, natomiast w przestrzeni katodowej wydziela się wodór. Zastosowanie tej metody ma dwie zalety. Po pierwsze, do rozkładu mocznika potrzeba niższego napięcia niż do przeprowadzenia elektrolizy wody, co znacznie obniża koszt produkcji wodoru, po drugie technologia ta pozwala ograniczyć emisję ścieków zawierających związki azotu.
W elektrolizerze znajduje się 1 kg roztworu mocznika o stężeniu 5%. Oblicz stężenie procentowe tego związku po przeprowadzeniu elektrolizy trwającej 1 h, przy użyciu prądu o natężeniu 20 A. Załóż 100% wydajność procesu elektrolizy. Zapisz równania reakcji elektrodowych.
Zad. 2
Ureaza jest enzymem katalizującym rozkład (hydrolizę) mocznika z wytworzeniem amoniaku i dwutlenku węgla. Występuje w dużych ilościach w nasionach niektórych roślin (np.: soi lub dyni) i niektórych tkankach zwierzęcych. Produkowana jest też przez niektóre mikroorganizmy - na przykład wywołującą chorobę wrzodową żołądka Helicopacter pylori (obecność ureazy w próbkach pobranych z żołądka pacjenta jest jednym z testów pozwalających na wykrycie tej bakterii). W celu oznaczenia zawartości ureazy w pestkach dyni, 10 g materiału sproszkowano a enzym wyekstrahowano, uzyskując 100 cm3 wyciągu. Do ekstraktu dodano nadmiar roztworu mocznika, a mieszaninę inkubowano w odpowiednich warunkach przez 1 minutę. Następnie powstały C02 związano, a uwolniony podczas hydrolizy amoniak oddestylowano do kolby, zawierającej 10 cm3 wody (zaniedbaj zmianę objętości). Wartość pH uzyskanego roztworu wynosiło 11.5. Oblicz aktywność ureazy zawartej w 1 g nasion, wiedząc że powstały hydrat amoniaku (wodorotlenek amonu) był zdysocjowany w 1 %. Aktywność enzymu wyraża się w jednostkach międzynarodowych, definiowanych jako ilość μmoli substratu (w tym wypadku mocznika), hydrolizowanych w ciągu 1 minuty.
Zadanie 1
Równania reakcji elektrodowych:
N₂H₄CO + 6OH⁻ ⇒ N₂ + CO₂ + 5H₂O + 6e⁻
6H₂O + 6e⁻ ⇒ 3H₂ + 6OH⁻
Zadanie:
c = 3600 * 20 = 72000 c
ne⁻ = 72000/96500 = 0,746 mola e⁻
Obliczm liczbę moli mocznika i jednocześnie wody która przereagowala:
0,746/6e⁻ = 0,124 mola
1 kg - 100 %
x - 5 %
x = 0,05 kg = 50 g - początkowa zawartość mocznika w roztworze
1 mol - 60g
0,124 mola - x
x = 7,44 g - tyle mocznika uległo elektrolizie
50 - 7,44 = 42,56 g - tyle mocznika zostało w roztworze
1000 g- 50 g= 950 g - tyle było wody w początkowym roztworze
950 - 0,124*18 = 949 g - tyle wody pozostało po elektrolizie
Cp = (42, 56/949+42,56)*100% = 4,29 % - takie było stężenie mocznika po elektrolizie
Zadanie 2
Reakcja:
N₂H₄CO + H₂O ⇒ 2NH₃ + CO₂
pOH = 14 - 11,5 = 2,5
[OH⁻] = 10^(-2,5) = 0,00316 mol/dm³
0,00316 - 1 %
x - 100 %
x = 0,316 mol/dm³ - stężenie amoniaku
1000 cm³ - 0,316 mola
10 cm³ - x
x = 0,00316 mola - tyle amoniaku powstało, więc z równania reakcji wiemy, że zhydrolizowano 0,00158 mola mocznika
0,00158 mola - 10g
x - 1 g
x = 0,000158 mola = 158 µmola - tyle zhydrolizowało mocznika w przeliczeniu na 1 g nasion w ciągu 1 minuty, więc odpowiedź brzmi:
Aktywność ureazy wynosi 158 jednostek międzynarodowych