Avdeling for ingeniørutdanning. Øvinger. Generell kjemi

Transkript

1 Avdeling for ingeniørutdanning Øvinger Generell kjemi Høsten 2002

2 3 Innhold Forord... 3 Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel 14 og Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Oppgaver til kapittel Forord Dette er en oppgavesamling for faget Generell kjemi. Antall oppgaver for de ulike kapitlene varierer. For kapitalene med flest oppgaver er det ikke sikkert at du får tid til å gjøre alle. For de oppgavene som er tatt fra boken Chemistry av Zumdahl finner du fasit bak i boken. Fasit for de fleste andre oppgavene står i dette heftet. Denne oppgavesamlingen er ny og det finnes derfor sikkert feil i fasiten. Dersom ditt svar ikke stemmer med fasiten bruk ikke alt for mye tid på å prøve å få fasitsvaret, kom heller å spør. Lykke til Kirsten Aarset

3 4 Oppgaver til kapittel 1 Fra Zumdahl: 23, 25, 29, 31, 59, 61 Oppgaver til kapittel 2 Fra Zumdahl: 19, 43, 45, 57, 59, 71 Skriv formelen for disse stoffene: (a) bariumnitrat (b) litiumkarbonat (c) kalsiumsulfat (d)natriumhydrogensulfat Hvilke ioner er det i løsninger av: (a) Al 2 (SO 4 ) 3 (b) CuCl 2 (c) KOH Fasit: a) Ba(NO 3 ) 2, b) Li 2 CO 3, c) CaSO 4, d) NaHSO 4 a) Al 3+, SO 4 2-, b) Cu 2+, Cl - c) K +, OH - Oppgaver til kapittel 3 Gjør oppgave 1, 2, 3, 4 og 5 på arket først Fra Zumdahl: 13, 14, 16, 19, 21, 23, 33, 35, 37, 41, 59, 63, 65, 66, 77, 79, 83, 92, 97, 109, 119, 125 Definer mol begrepet (VIKTIG!) Hvor mange mol er 2,0*10 24 molekyl metanol? Hva er molarmasse til BeCl 2? Oppgave 4 Hvor mange mol er 2,03 g MgO? Oppgave 5 Hva er masseprosenten jern i FeO?

4 5 Oppgave 6 Et ukjent oksid har formelen MO. Det inneholder 89,6 masseprosent M Hvilket element skjuler seg bak M? Oppgave 7 Kalsiumkarbid, CaC 2 lages slik: CaO(s) +3C(s) CaC 2 (s) + CO(g) En reaksjonsblanding inneholdt 1150 g kalsiumoksid og 1150 g karbon. Hvor mange gram kalsiumkarbid kan vi maksimalt få? Oppgave 8 Hydrogengass, HCl(g), lages ved å la hydrogengass brenne i en atmosfære av klorgass. (i) Reaksjon: H 2 (g) + Cl 2 (g) HCl. Balansert reaksjonslikning (ii) Hvor stor masse av HCl-gass kan teoretisk bli produsert ut fra 1 tonn H 2? Oppgave 9 Hemogolbin er molekylet som sørger for oksygen transport i blodet. Molekylet består av en proteindel og en del som heter heme. Hver heme inneholder et atom jern. En prøve av heme på 35,20 mg inneholder 3,19 mg jern. Hvor stor er molaremassen til heme? 0 (eksamens oppgave) a) Hvor mange mol er det i 5,99 g Cl 2? b) Metan brenner i luft og gir karbondioksid og vann. CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) Hvor mange gram vann blir produsert når 3,00 g CH 4 forbrenner? c) 7,16 g av et stoff som inneholder C, H og O forbrenner fullstendig (*)og gir 13,75 g CO 2 og 8,45 g H 2 O. Hva blir den empiriske formelen? * Ved forbrenning mener vi reaksjon med O 2. Ved fullstendig forbrenning av et stoff som inneholder C, H og O blir det bare dannet CO 2 og H 2 O 1 Etanol brenner i luft og gir karbondioksid og vann. C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(l) Balanser ligningen. Hvor mange gram vann blir produsert når 6,00 g C 2 H 5 OH forbrenner? (dersom du ikke får til å balansere ligningen så gjør beregningene med den reaksjonen som er gitt) 2 (litt vanskelig oppgaver, eksamensoppgave m/full fasit) Når magnesium brenner i luft, dannes det en blanding av magnesiumoksid (MgO) og magnesiumnitrid (Mg 3 N 2 ). I et forsøk ble det dannet 2,844 g av blandingen (MgO og

5 6 Mg 3 N 2 ) ved forbrenning av 1,798 g magnesium. Beregn masseprosent av magnesiumoksid i blandingen. Fasit: 3,32 mol, 79,918 g/mol Oppgave 4 0,050 mol Oppgave 5 77,7 % Fe, Oppgave 6 M = Ba (137,85 g/mol) Oppgave g CaC 2 Oppgave 8 (i) H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g) (ii) 36 tonn HCl Oppgave 9 molarmasse heme = 616,5 g/mol 0 a) 0,084 mol Cl 2 b) 6,74 g H 2 O c) C 2 H 6 O 1 C 2 H 5 OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O Gram H 2 O = 7,04. 2 Vi må finne ut hvor mange mol og gram MgO en har i blandingen. Vi vet totalt antall mol med magnesium (fra 1,798). Disse går til magnesium i MgO og Mg 3 N 2 En får då følgende ligning mol Mg = mol MgO + 1/3 mol Mg 3 N 2 1,798 g/(24,31g/mol) = mol MgO + 3 mol Mg 3 N 2 0,07396 = mol MgO + 3 mol Mg 3 N 2 Vi vet også at totalmassen er summen av massen til MgO og Mg 3 N 2 En får då følgende ligning Total masse = masse MgO masse Mg 3 N 2 = mol MgO. molmasse MgO + mol Mg 3 N. 2 molmasse Mg 3 N 2 2,844 g = mol MgO. (24, ,00)g/mol + mol Mg 3 N. 2 (3. 24, ,00)g/mol 2,844 g = mol MgO. 40,31 g/mol + mol Mg 3 N ,3 g/mol En har då to ligninger med to ukjente og en kan finne mol MgO og Mg 3 N 2. mol Mg 3 N 2 = 6, mol MgO = 0,05416 masse MgO 0,05416mol (24, ,00)g/mol masseprosen MgO = = 100 = 76,76% totalmasse prøve 2,844 g Oppgaver til kapittel 4 Fra Zumdahl: 11, 13, 15, 17, 21, 23, 45, 49, 50,57, 61, 63,65,66, 81, 92 0,10 mol av saltene under (a) Al 2 (SO 4 ) 3, (b) CuCl 2 og (c) KOH er løst slik at vi har 100 ml løsning i hvert tilfelle. Beregn konsentrasjonen av de forskjellige ioner.

6 7 Du skal lage 1 L løsning som inneholder Fe 3+ -ioner med konsentrasjon 0,10 M. Du har to jernforbindelser du må velge mellom, FeSO 4 og Fe 2 (SO 4 ) 3. Hvilket salt vil du bruke, og hvor mye vil du veie inn? (Svar: 20,0 g; ikke 40,0 g!) Når 5,50 g av et metall Me reagerer med fluor forbrukes 1,50 g fluor, og forbindelsen MeF 3 dannes. Beregn molmassen for metallet. Oppgave 4 a) 0,5 L av en løsning av 0,2 M NaCl blandes med 0,5 L av en løsning av 0,2 M FeCl 3. Hva er konsentrasjonen i blandingen av Na + (aq), Fe 3+ (aq) og Cl - (aq)? b) Du skal lage 0,500 L av en løsning der konsentrasjonen av Cl - (aq) er 0,300 M. Hvor mange g kalsiumklorid må du bruke? c) Du har 0,250 L av en vandig 0,200 M NaOH-løsning. Du setter til vann slik at volumet øker til 0,350 L. Hva blir konsentrasjonen av hydroksidioner nå? NB! Fortynningsloven. d) Du skal lage 0,500 L 0,100 M saltsyre. Du har til disposisjon 1,00 M saltsyre (og vann). Hvordan vil du gjøre dette? Oppgave 5 Vi har en organisk forbindelse som inneholder karbon, hydrogen og klor. Den molarmassen er ca. 150 g/mol. Vi brenner 0,593 g av dette stoffet, og finner at det da dannes 1,063 g karbondioksid og 0,145 g vann. a) Hvor mye klor inneholdt prøven? b) Finn empirisk formel og molekylformel for forbindelsen. Oppgave 6 Skandium har atomnummer 21. 2,159 g skandiumklorid løses i vann. Cl - -ionene felles ut fullstendig ved tilsetning av Ag + (aq). Bunnfallet veier 6,134 g.regn ut sammensetningen av skandiumklorid (masseprosent). Hva er empirisk formel for skandiumklorid? Oppgave 7 Finn oksidasjonstallet til fosfor i hvert av følgende stoffer: (i) P 4 O 10, (ii) PH 3, (iii) P 4, (iv) NaH 2 PO 4 og (v) H 2 PO 3 - Fasit: a) [ Al 3+ ] = 2,0 M, [SO 4 2- ] = 3,0 M b) [ Cu 2+ ] = 1,0 M, [Cl - ] = 2,0 c) [ K + ] = = [OH - ] = 1,0 M Me = 209 g/mol Me= Bi Oppgave 4a) [ Na + ] = 0,1 M, [ Fe 3+ ] = 0,1 M, [Cl - ] = 0,4 M b) 8,32 g CaCl 2 c) [OH - ] = 0,143 M d) 0,05 L 1,0 M HCl Oppgave 5 a) 8,09*10-3 mol Cl - b) C 3 H 2 Cl c) C 6 H 4 Cl 2 Oppgave 6 ScCl 3

7 8 Oppgaver til kapittel 5 Fra Zumdahl: 23, 33, 35, 37, 48, 57, 62, 67, 107 Gasser. Tilstandslikningen for en ideell gass ("gasslikningen") er det lurt å kunne skrive ned. Kan du det allerede? a) En ideell gass er en gass som følger likningen du har skrevet ned ovenfor ved alle temperaturer og trykk. Under hvilke forutsetninger er dette mulig? Sett ring rundt det du mener er riktig svar: A. gassmolekylene må være lette B. gassmolekylene må være atomer C. gassmolekylene må eksistere uten krefter seg imellom D. gassmolekylene må være uten volum E. en kombinasjon av C og D b) Hvilket volum har ett mol av en ideell gass ved trykk 0,500 atm og temperatur 43 o C? c) Til hvilken temperatur må vi varme opp 8,0 g O 2 dersom gassen skal få et volum på 20,5 L og trykk 1,0 atm? En sylinder på ml inneholder 35,8 g O 2 ved 46 o C. Hva vil trykket av O 2 være (R = 0,08206 L*atm/mol*K )? En sylinder med O 2 inneholder 91,3 g O 2. Dersom volumet er 8,59 L og temperaturen er 21 o C hva vil trykket av O 2 være? Anta at du kan bruke den ideelle gass lov (R = 0,08206 L*atm/mol*K). Oppgave 4 En blanding av CO(g) og CO 2 (g) inneholder 0,30 mol CO(g) og 0,70 mol CO 2 (g). Totaltrykket er 2,0 atm. (i) Hva er molbrøkene X CO og X CO2 i blandingen? (ii)hva er partialtrykket av CO(g)?

8 9 Oppgave 5 (eksamensoppgave) En har systemet som viste nedenfor. Beregn partiell trykket til He og Ne etter at en har åpnet kranene og gassene har blandet seg. Anta at temperaturen ikke endrer seg og er 16,0 o C under hele forsøket. He 1,20 L 0,63 atm 0,50 L 0,00 atm Ne 3,40 L 2,80 atm Fasit: a) E, b) 51,9 L c) 999 K 2,29 atm 8,02 atm Oppgave 4 (i) X CO = 0,30 X CO2 = 0,70 (ii) P CO = 0,60 atm P He =0,148 atm, P Ne =1,87 atm Oppgaver til kapittel 6 Fra Zumdahl: 21, 23, 29, 51, 53, 55, 59, 61, 63 a) Gitt reaksjonene: I S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) H o = -296,9 kj II 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) H o = -197,6 kj Finn H o for reaksjonen III S(s) + 3/2 O 2 (g) SO 3 (g) b) Gitt reaksjonene: I H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) H o = -184,9 kj II 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(l) H o = -571,7 kj Finn H o for reaksjonen III 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(l)

9 10 a) Reaksjonsentalpien for reaksjon III, oppg. IIIa), kalles "standard molar dannelsesentalpi for SO 3 (g)", altså H f o for SO 3 (g). Denne verdien kunne en altså ha funnet direkte fra en tabell. Hvordan er begrepet "standard molar dannelsesentalpi, H f o " definert? b) Vi ser på reaksjonen S(s) + 2CO(g) SO 2 (g) + 2C(s). i) Nå kan vi bruke H f o -verdiene (finn i tabell) til å beregne H o for reaksjonen. Hva blir H o? Er reaksjonen eksoterm eller endoterm? ii) H f o for CO(g) er reaksjonsentalpien for en kjemisk reaksjon. Skriv likningen for denne reaksjonen. Fasit: Oppgave a) 395,7 kj/mol b) 201,9 kj/mol b) (i) 75,9 kj/mol (ii) 110,5 kj/mol Oppgaver til kapittel 7 Fra Zumdahl: 59, 61, 69, 75, 79, 85, 87, 93 a) Ioniseringsenergi, skriv definisjon. b) Første ioniseringsenergi, I 1, for en serie atomer har følgende verdier (kj/mol): He Li Be B C N O F Ne Kommentér kort: 1) Det store sprang i I1 fra He til Li 2) Den generelle økning i I1 når en går fra Li til Ne 3) At I1 er lavere for B enn for Be, og lavere for O enn for N c) Atomradius. Atomradien til noen grunnstoffer er: Be: 111 pm, O: 66 pm, S: 104 pm Forklar disse forskjellene. Definer elektronaffinitet

10 11 a) i) Tegn en s-orbital og en p-orbital. Forklar (kort) hva figurene betyr. Hva sier Pauli-prinsippet? ii) Hvor mange d-orbitaler er det? Enn f? iii) Hvor mange elektroner er det plass til i N-skallet (hovedkvante-tall n = 4)? b) i) Skriv opp elektronkonfigurasjonen (s, p, d, osv.), og gjerne også orbitaldiagram for Li, N, Ca, Cr og Kr, og for ionet Ti 2+. ii) Hva sier Hunds regel? Oppgaver til kapittel 8 Fra Zumdahl: 13, 15, 17, 29, 31, 37, 63, 65, 79, 91 a) Skriv Lewis(elektronprikk)strukturer for disse molekyler/ioner: i) vann, ammoniakk, metan, bortrifluorid ii) svoveldioksid, svoveltrioksid, karbondioksid iii) karbonationet, nitrationet, sulfationet iv) salpetersyre, svovelsyre c) Valensskall-elektronpar-frastøtingsmodellen (VSEPR) skal så brukes til å forutsi den sannsynlige geometri for molekylene/ionene ovenfor. I hvilke tilfelle er anordningen av atomene rundt sentralatomet tetraedrisk, pyramidal, plan, vinklet ("bent") eller lineær? Tegn enkel figur av geometrien. d) Bruk svoveldioksidmolekylet og karbonationet til å forklare hvordan begrepet resonans kommer inn i bildet når en skal beskrive molekyler/ioner ved hjelp av Lewisstrukturer. Skriv opp Lewisstrukturene for og forutsi geometrien av disse molekylene: CO 2, NH 3, SO 2 og SO 3. Hvilke av disse molekylene har dipolmoment, og hvilke har det ikke. Gi begrunnelse.

11 12 Oppgaver til kapittel 9 Fra Zumdahl: 15, 17, 19, 23, 24 En bør vite hva sp 3 -, sp 2 - og sp-hybridisering vil si, og hvilken hybridisering et C-atom har når bindingsvinklene rundt dette atomet er kjent. i) Gi en orbitalbeskrivelse av bindingsforholdene i etan (C 2 H 6 ), eten (C 2 H 4 ) og etyn (C 2 H 2 ). Bruk hydridorbitaler. ii) Beskriv geometrien av etan, eten og etyn på grunnlag av orbital-beskrivelsen. (eksamensoppgave) I denne oppgaven skal du besvare følgende for NH 2 - (i) Tegn Lewis struktur (ii) Hva er orbitalene sin geometrisk anordning rundt sentralatomet og hva er geometrisk struktur rundt sentralatomet? (iii) Vurder størrelsen på vinklene (finstruktur) relativt til hva en vil ha i hovedstrukturen. (iv) Hvilke hybridisering har en for sentralatomet? Fasit: NH 2 - (i) Antall valenselektron: = 8e- H N H (ii) En har 4 elektronpar og orbitalene sin geometrisk anordning rundt sentralatomet blir da tetraedrisk. En har to udelte elektronpar og den geometriske strukturen blir derfor bøyd. (iii) Vinklene i tetraedrisk er 109,5. Vinkelen her vil være mindre enn 109,5. Grunnen er at der er større fråstøtning mellom udelt-udelt og udeltbindende enn mellom bindende-bindende. (iv) I en tetraedrisk hovedstruktur har en alltid sp 3 hybridisering.

12 13 Oppgaver til kapittel 10 Fra Zumdahl: 14, 16, 18, 35 Polar kovalent binding og dipolmoment. Polar binding fører til δ + -ladning på ene atomet, og δ - -ladning på det andre, og hvis det er et to-atomig molekyl A B, har dette da dipolmoment. Fleratomige molekyler, som CCl 4, kan ha polare bindinger, men molekylet som helhet har ikke dipolmoment. Hvordan forklarer en det? Hvilke av molekylene CO 2, NH 3, SO 2 og SO 3 har dipolmoment? Strategien er altså: Lewisstruktur geometri dipolmoment eller ikke dipolmoment. De to hovedtypene intermolekylære krefter London-krefter (også kalt dispersjonskrefter) Forklarer ved hjelp av begrepet øyeblikkelig ("instantaneous") dipol f.eks. 1. Hvorfor edelgassatomer kan kondenseres til væske, 2. Hvorfor kokepunktet for edelgassene øker nedover i gruppa, Hvorfor har H 2 O kokepunkt 100 o C, mens H 2 S koker ved ca. -70 o C? Hvordan er trenden videre altså H 2 S H 2 Se H 2 Te? Oppgave 4 a) Figuren viser fasediagrammet for H 2 O B Væske Trykk (atm) 1,00 Fast. C A D Gass Temperatur (oc) (i) Hva betyr linjene i diagrammet?

13 14 (ii) Hva kaller vi punktene merket med A og B i diagrammet? Forklar hva de betyr. (iii) Hva er temperaturen i punktene C og D? (iv) Vil smelte punktet til H 2 O øke eller minke når trykket øker? Forklar hvorfor. (bruk gjerne Le Chatelier s prinsipp). Oppgaver til kapittel 11 Fra Zumdahl: 9, 11, 13, 27, 29, 30, 31, 59, 61, 69,71 Det er derfor fordelaktig å bruke enheter for konsentrasjon som er temperaturuavhengige. Det er i) masseprosent, ii) molbrøk χ, og iii) molalitet, m. Skriv ned definisjonsuttrykkene for disse konsentrasjonsenhetene.. a) Hvor mange g glukose må en løse opp i 500,0 g vann for at masseprosenten for glukose i løsningen skal bli 10,0? b) Hva er molaliteten, m, for glukose i denne løsningen? Molmassen for glukose er 170,0 g/mol. Fasit: a) 55,6 gram b) 0,654 m Oppgaver til kapittel 13 Fra Zumdahl: 9, 12, 15, 19, 21, 23, 27, 31, 41, 45, 53, 61, 63 Skriv ned uttrykkene for likevektskonstanten Kp for disse reaksjonene. i) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) ii) 4NH 3 (g) + 7O 2 (g) 4NO 2 (g) + 6H 2 O(g) iii) SnO 2 (s) + 2H 2 (g) Sn(s) + 2H 2 O(g) iv) 4MnO 2 (s) 2Mn 2 O 3 (s) + O 2 (g) a) For reaksjonen N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) er K p ved 55 o C lik 0,66 atm. Hva er K c ved samme temperatur? b) Ved 500 o C er likevektskonstanten K for reaksjonen H2(g) + I2(g) 2HI(g) lik 50, uten at vi behøver å si om det er Kc eller Kp. Hvorfor? c) Bruk K-verdien fra b) til å beregne K for likevektene (500 o C): i) 2H 2 (g) + 2I 2 (g) 4HI(g)

14 15 ii) 2HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) a) Vi har 1,0 mol NO 2 (g) i en 10,0 L beholder ved 50 o C. Noe av denne gassen reagerer og gir N 2 O 4 (g). Ved likevekt har en 0,36 mol N 2 O 4. Beregn Kc for reaksjonen 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) husk å sette opp "før etter" skjema. b) Kc for reaksjonen 2HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) er ved 500 o C. Regn ut Q for hver av de tre tilfellene nedenfor. I hvilken retning vil hvert av disse systemene (volum 1 L) "bevege seg" (move) for å komme til likevekt? i) 1,00 mol HI, 1,00 mol H 2 + 1,00 mol I 2 ii) 1,00 mol HI, 0,10 mol H 2 + 0,10 mol I 2 c) Finn antall mol og konsentrasjon for HI, H 2 og I 2 ved likevekt i system i) ovenfor. Oppgave 4 Svovel reagerer med karbonmonoksid og denne likevekten vil innstille seg. S(s) + 2CO(g) SO2(g) + 2C(s) I a) Skriv opp uttrykket for likevektskonstanten Kp for reaksjonen. b) Hvordan vil det virke inn på partialtrykket for SO 2 (g) dersom en (i) øker mengden fast svovel i reaksjonskaret (ii) minker volumet for systemet Begrunn kort svarene. c) Et kar inneholder CO(g) med et trykk på 2,00 atm. Når likevekt har innstilt seg (likning I) er totaltrykket 1,03 atm, og fast svovel er fortsatt til stede. Vi antar at S(s) og C(s) ikke har damptrykk av betydning i dette forsøket. Hva er Kp for reaksjonen ved den temperaturen dette forsøket er utført ved? Oppgave 5 Vi har reaksjonen: 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g). Når trykket måles i atmosfærer, er likevektskonstanten K p = 3,4 ved temperaturen 1000 K. Ren SO 3 ledes inn i et evakuert kar ved 1000 K. Når likevekt er oppnådd, er forholdet mellom partialtrykkene av SO 3 og SO 2 funnet å være 1,25.Beregn partialtrykkene av O 2 ved likevekt (Tips sett opp K p ).

15 16 Fasit: Oppgave 1(i) (iv) K ( P ) K p 2 ( PHO) 2 2 ( PH ) ( PO ) =, (ii) 2 2 K p ( PNO ) ( P ) 2 H2O 4 7 ( PNH ) ( PO ) 4 6 =, (iii) 3 2 K p ( PHO) 2 2 ( PH ) 2 2 =, = a) 0,025 c) (i) 2, (ii) a) 45,9 b) (i) venstre p O 2 (ii) høgre c) [I 2 ] = [H 2 ] = 0,32 [HI] = 2,36 Oppgave 4a) K p ( P ) SO 2 = b)(i) Systemet vil prøve å ( P ) fjerne svovel tilsett og reaksjonen vil derfor gå mot høgre. (ii) Når volumet minker vil trykket i systemet øke, systemet vil prøve å motvirke dette ved å gå i den retningen som har færrest gassmolekyl dvs. mot høgre c) 269,4 atm 1 Oppgave 5 P O2 = 0,46 atm CO og Oppgaver til kapittel 14 og 15 Fra Zumdahl: Kap. 14: 19, 29, 31, 33, 37, 44, 49, 51, 53, 57, 59, 63, 69, 73, 81, 87, 109 Fra Zumdahl: Kap. 15: 21, 33, 39, 41, 55, 81, 83, 88, 91, 97 ph beregninger a) Regn ut ph i disse løsninger: i) 0,50 M HNO 3 ii) 0,050 M NaOH iii) En blanding av 10 ml 0,50 M HNO 3 og 45 ml 0,050 M NaOH b) Løst i vann er hydrogenfluorid (HF) en svak syre. i) Regn ut ph og dissosiasjonsgrad (protolysegrad) i 0,200 M HF. Hva er ph i 0,300 M NaF? ii) iii) 30,0 ml 0,200 M HF og 20,0 ml 0,300 M NaF blandes. Hva kalles en slik løsning? Regn ut ph. Til løsningen under ii) settes 1, mol HCl. Hva blir ph nå? a) Regn ut ph og protolysegrad i 0,100 M NH 3. Hva er ph i 0,100 M NH 4 Cl? b) 50,0 ml 0,100 M NH 3 tilsettes 20,0 ml 0,100 M HCl. Regn ut ph. c) Regn ut ph ved ekvivalenspunktet ved titrering av 0,200 M NH 3 med 0,200 M HCl. Hvilken indikator ville du bruke ved denne titreringen, metylrødt (pka = 5,0) eller fenolftalein (pka = 8,9)? (Tips: Anta at du har 1,00 L av 0,200 M NH 3 )

16 17 a) For å studere en biokjemisk reaksjon ønsker man å lage en buffer som gir ph = 5,05. En har til rådighet for dette formål 0,20 M eddiksyre og fast natriumacetat. Hvor mange gram natriumacetat (molarmasse 82,0 g/mol) må man sette til 1 L av denne eddiksyreløsningen for å få en buffer med ph 5,05? Se bort fra volumforandring. b) Til 1 L av bufferløsningen under a) tilsetter en 0,05 mol saltsyre. Hva blir ph nå? Oppgave 4 Hva mener vi med bufferkapasitet? Hva skjer dersom vi tilsetter mer syre (eller base) enn det bufferkapasiteten sier at vi kan? Løslighetsprodukt- beregninger Beregn løseligheten av stoffene nedenfor ut fra de oppgitte løselighets-produkter, Kspverdier. Angi løseligheten i mol pr. liter, dvs. den molare løselighet (S). a) BaCrO 4 : K sp = 3, b) Ag2SO 4 : K sp = 1, a) I en mettet løsning av blyklorid viser det seg at [Cl - ] = 3, M. Regn ut Ksp for PbCl 2. b) K sp for PbSO 4 er 1, M 2. Regn ut løseligheten for PbSO 4 i rent vann og i 0,01 M Pb(NO 3 ) 2. En vandig løsning inneholder klorid, bromid og kromat i konsentrasjonene 0,10 M, 0,0050 M og 0,019 M (i samme rekkefølge). Til denne løsning settes dråpevis en annen løsning som inneholder sølv(i)-ioner. K sp for sølvklorid, sølvbromid og sølvkromat er henholdsvis 1, M 2, 5, M 2 og 1, M 3. Hvilket sølvsalt begynner å felles ut først? Oppgave 4 Bariumsulfat og sølvsulfat er tungtløselige salter. En vandig løsning som er 0,10 M både mhp. Ba 2+ og Ag + tilsettes dråpevis en Na 2 SO 4 - løsning. a) Hvilket av saltene Ag 2 SO 4 og BaSO 4 vil utfelles først, og hva er konsentrasjonen av SO 4 2- ved begynnende utfelling? b) Hva må konsentrasjonen av SO 4 2- være for 99,9% utfelling av dette saltets kation fra løsningen?

17 18 c) Hva er konsentrasjonen av SO 4 2- ved begynnende utfelling av det andre saltet? Oppgave 5 Løseligheten av sølvacetat er avhengig av ph i løsningen. Hvorfor? Oppgave 6 a) Ammoniakk settes til en 0,01 M MgCl 2 -løsning. Hva er ph i løsningen i det øyeblikk en har begynnende utfelling av magnesiumhydroksid? Se bort fra volumforandring. b) Hva er likevektskonsentrasjonen av NH 3 i løsningen da? Hvor mange mol NH 3 har en tilsatt pr. liter MgCl 2 -løsning (start konsentrasjonen av NH 3 )? c) En annen løsning har vi lagd ved å løse opp 0,01 mol MgCl 2 og 0,10 mol NH 4 Cl i vann og fortynne til 1 L. (Løsningen er altså 0,01 M MgCl 2 og 0,10 M NH 4 Cl) Hvor mange mol NH 3 kan en sette til denne løsningen før det kommer bunnfall av Mg(OH) 2? Se bort fra volumforandring. Fasit: ph beregninger a) (i) ph = 0,3 (ii) ph = 12,7 (iii) ph = 1,3 b) (i) ph = 1,9 i 0,200 M HF, protolysegrad = 6 % og ph = 8,3 i 0,300 M NaF (ii) ph = 3,17 (iii) ph = 3,03 a) ph = 11,1 i 0,100 M NH 3, protolysegrad = 1,3 % og ph = 5,13 i 0,100 M NH 4 Cl b) ph = 9,4 c) ph = 5,1 Oppgave 4 a) 32,82 gram b) ph = 4,89 Løslighetsprodukt- beregninger Fasit Oppgave a) [BaCrO 4 ] = 1,7*10-5 M b) [Ag 2 SO 4 ] = 0,016 M a) K sp = 1,6*10-5 b) 1,3*10-4 M i rent vann og 1,7*10-6 M i 0,01 M Pb(NO 3 ) 2 AgBr blir felt ut først, Oppgave 4 a) BaSO 4, [SO 4 2- ] = 1,07*10-9 b) [SO 4 2- ] = 1,07*10-6 c) [SO 4 2- ] = 1,6*10-3 Oppgave 6 a) ph = 9,54 b) [NH 3 ] = 6,4*10-5, mol NH 3 = 9,8*10-5 c) 0,19 mol NH 3. Oppgaver til kapittel 16 Fra Zumdahl: 23, 25, 29, 33, 35, 37, 45

18 19 Oppgaver til kapittel 17 Fra Zumdahl: 17, 25, 27, 35, 49, 59, 63, 67 Vi plasserer en sinkstav ned i en løsning som inneholder Cu 2+ (aq)-ioner. På Zn-staven får vi et brunt belegg, og i løsningen kan en påvise Zn 2+ (aq)-ioner. i) Skriv de to halvreaksjonene som er involvert (som reduksjoner). ii) Skriv balansert netto ioneligning for reaksjonen. Hvilken av de to halvreaksjonene skal stå øverst i spenningsrekka av de to? La oss se på disse redoks halvreaksjonene: I 2 (aq) + 2e - 2I - (aq) Br 2 (aq) + 2e - 2Br - (aq) Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq) Vi gjør følgende observasjoner: i) Settes en løsning av FeCl 3 til en løsning av KI dannes I 2 (aq) ii) Settes Br 2 (aq) til en løsning av FeSO 4 dannes Fe 3+ (aq) a) Skriv netto ioneligninger for reaksjonene ovenfor. b) Sett de tre halvreaksjonene opp i en rekke nedover (etter prinsippet "sterkest oksidasjonsmiddel øverst til venstre"). H + (aq) i HCl(aq) kan oksidere enkelte metaller, idet vi får metallion(aq) og H 2 (g). Setter vi et sterkt oksidasjonsmiddel, f.eks. MnO 4 - (aq) til saltsyre får vi dannet en annen gass (med stikkende lukt), og den rosa fargen på MnO 4 - -ionene forsvinner. i) Skriv opp de to redoks halvreaksjonene (som reduksjoner), og utled den balanserte reaksjonsligning. ii) Har H + (aq)-ionene i saltsyre noen funksjon i dette eksperimentet?

19 20 Oppgave 4 a) i) Hvilke to halvreaksjoner er involvert i cellen nedenfor? ii) Hva er katode og hva er anode? iii) Skriv ligning for den spontane cellereaksjonen iv) Hva blir E o celle? Zn(s) 1,0 M Zn 2+ 1,0 M Cu 2+ Cu(s) c) Hva blir E o celle for denne cellen: Cu(s) Cu 2+ (aq, 1,0 M) Ag + (aq, 1,0 M) Ag(s) Oppgave 5 De tre cellene vi hittil har sett på, er "standardceller". Hva mener en med det? Hvordan er for øvrig "standard reduksjonspotensial" definert? Oppgave 6 Her kommer den første oppgaven hvor Q i Nernstligningen ikke er 0: En galvanisk celle består av to halvceller ved 25 o C. 1. En kobberstav som står i en 0,010 M Cu 2+ -løsning. 2. En sølvstav som står i en 0,010 M Ag + -løsning. Tegn en skisse av denne cellen. Regn ut cellepotensialet E o celle og E celle for cellereaksjonen. Angi på skissen hvilken elektrode som er katode og hvilken som er anode. Oppgave 7 Et stykke metallisk tinn settes ned i en 1,00 M løsning av Pb(NO 3 ) 2. Begrunn ut fra elektrodepotensialene at det vil skje en reaksjon, og skriv den balanserte reaksjonsligningen. Oppgave 8 En galvanisk celle er gitt ved oppsettet: Ni Ni 2+ (1,0 M) Cu 2+ (1,0 M) Cu a) Tegn en skisse av cellen. Hvilke elektrode er anode b) Beregn cellepotensialet for celle

20 21 Oppgave 9 En annen galvanisk celle er gitt ved: Pt H 2 (1,0 atm) H + (1,00 M) Ag + (1,00 M) Ag a) Tegn en skisse av denne cellen. Hvilke reaksjoner skjer ved de to elektrodene og hvilke elektrode blir negativt ladet? b) Beregn cellepotensialet for denne cellen 0 Gitt den samme cellen som i oppgave 8, men nå skal konsentrasjonen av Cu 2+ ion være 0,030 M og Ni 2+ 0,060 M. Bruk Nernsts ligning til å finne cellepotensialet ved 25 o C. 1 Skriv celle reaksjonene, halvreaksjonene og beregn E celle oge o celle for følgende celle ved 25 o C Zn Zn 2+ (aq) (0,11 M) Ag + (aq) (0,20 M) Ag Fasit: Oppgave 4 a) (iv) E o celle = 1,10 V c) E o celle = 0,462 V Oppgave 6 E o celle = 0,462 Ecelle = 0,402 V 8a) Ni er anode b) E o celle = 0,59 V Oppgave 9 a) Hydrogen elektroden er anode, reaksjon: H 2 2H + + 2e -, Sølvelektroden er katode, reaksjon: Ag + + e - Ag; Anoden er negativ b) E o celle = 0,80 V 0 E celle = 0,58 V 1 Halvreaksjoner: Ag + + e - Ag, Zn e - Zn, Cellereaksjon: Ag + + Zn Zn 2+ + Ag, E o celle = 1,56 V E o celle = 1,55 V

21 22 Oppgaver til kapittel 21 Når 235 U blir truffet av ett nøytron vil det bli spaltet i 72 Zn og 160 Sm. I tillegg vil det bli avgitt noen nøytroner. Hvor mange nøytroner vil bli avgitt? 238 U har en spaltingsserie som ender med at det blir dannet 206 Pb. Hvor mange α og β blir avgitt i denne prosessen? Forklar hvordan du kommer frem til disse tallene. Når en atombombe eksploderer skjer reaksjonene som er gitt nedenfor. Identifiser X. (i) (ii) U+ n Ba+3 n+x U+ n Sm+ Zn+7Y Oppgave 4 18 N er en ustabil isotop av nitrogen. Den har formange nøytron relativt til proton i kjernen. Hvilke kjerne reaksjon vil skje β, positron avgivelse eller elektroninnfangning? Fasit: 4 nøytroner U + n Zn+ Sm+ 4 n α er heliumkjerner 4 He og β er elektron, 0 e U misser masse ved at det blir avgitt α ståling (4 pr. α). Masse endringen fra 238 U til 206 Pb er 32. Antall α blir da 32/4 = 8. For å finne hvor mange β som bli avgitt må vi se på protontallet. Vi skal fra 92 (uran) til 82 (bly) en minking på 10. Ved avgivelse av 8 α vil en samtidig få en minking på 16. Dette er 6 formye så det må bli avgitt 6 β. (i) 96 Kr (ii) 1 n Oppgave 4 β 36 0