EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI - løsningsforslag

Transkript

1 Side 1 av 7 NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI Faglig kntakt unde eksamen: Institutt f mateialteknlgi, Gløshaugen Føsteamanuensis Hilde Lea Lein, tlf EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI - løsningsfslag Oppgave 1. Det e kun ett iktig sva f hve delppgave. Sett def kun ett kyss. Desm t elle flee sva avgis, bedømmes denne delppgaven med null peng. i) Hva e definisjnen på en Bønsted-Lwy-sye? a) Ptn dn x b) Ptn aksept c) Elektn dn d) Elektn aksept ii) Hvilket av følgende utsagn e ikke en av temdynamikkens lve? a) Den ttale enegien i univeset e knstant b) En spntan psess e en psess de entpien i univeset øke c) En eaksjn e spntan hvis G > 0. x d) Entpien f en pefekt kystall ved 0 K e null iii) Hva e elektnknfiguasjnen til S? a) [Ne] 3s 3p 6... b) [Ne] 3s 3p 4.. x c) [A] 3s 3p 4... d) [A] 3s 3p 6.. iv) Hva menes med en hetegen likevekt? a) Likevekt sm innehlde bae væske. b) Likevekt hv K = 1 c) En likevekt sm innehlde pdukte/eaktante i flee aggegattilstande x d) En likevekt sm sakte innstilles (lav eaksjnshastighet) v) Hvilken av følgende beskive en likevektssituasjn? a) Hº = T Sº b) Gº = 0 c) C p = 0. d) G = 0 x

2 Side av 7 vi) Hva e ikke iktig beskivelse f et kmpleks: a) Et kmpleks bestå av et sentalatm mgitt av ligande. b) Stabiliteten avhenge av likevektsknstanten f dannelsen av kmplekset (K f )... c) Mange kmplekse e fagede.. d) Ladningen på sentalatmet kalles kdinasjnstallet til kmpleksinet x vii) Hvilken mnme e tefln bygd pp av? a) C H 4. b) C H F c) C F 4 x d) C Cl 4 viii) Hva e iktig f en benselscelle? a) En benselscelle e en galvanisk celle hv eaktantene bli kntinuelig tilføt. x b) Elektlytten må væe et fast stff c) Oksidasjnen skje ved katden d) Støm benyttes f å lage et eaksjnspdukt ix) Metallet bukes i legeinge blant annet fdi det bida til hadhet. Minealene til metallet e lett gjenkjennelige pga sine sa/lilla fage. Elementet bukes gså til å ppnå en dyp blå fage, ne sm ble gjt ved Blaafaveveket på Mdum i Buskeud. Saltene e giftige, men metallet e livsviktig g finnes bl.a. i vitamin B1. Hvilket element? a) Mn b) C x c) Ni. d) C x) Navnet på elementet kmme fa latin g bety himmelblå. Det e det mest eaktive g ustabile gunnstffet ette F, g smelte m du (teetisk sett) hlde det i hånden. Det ksidee askt i luft g danne et falig supeksid på veflata. Elementet inngå i standadmåling av tid (atmu) g definisjnen av et sekund. Uan i atmeaktstave bli bl.a. spaltet til en av istpene til elementet. Denne istpen e adiaktiv g pga en elativ lang halveingstid utgjø dette en st miljøtussel ved ulykke i atmkaftvek. Hvilket element? a) Rn b) Cs.. x c) Xe.. d) I...

3 Side 3 av 7 Oppgave a) ZnO (s) + C (s) Zn (g) + CO (g) H (kj/ml) G (kj/ml) S (J/Kml) H = ( 111) ( 350) 0 = 369 kj/ml S = = 309 J/ml G = 94 + ( 137) ( 30) 0 = 77 kj/ml b) i) S > 0 Siden fast stff mdannes til gass fventes økning i entpien. ii) H 0 Endtem eaksjn, ne sm gjø at flee pdukte dannes ved høy tempeatu. Pdukte i gassfase: Økt tykk me eaktante. Høy tempeatu g lavt tykk fskyve demed likevekten mt høye. c) G H T S RT ln K 3 H T S J / ml 98K 309 J / K 5 C: ln K RT 8,31451 J / Kml 98K 111, 76 K =, H T S J / ml 1373K 309 J / K 1100 C: ln K RT 3,31451 J / Kml 1373K 4,84 K = 3,99 Støe likevektsknstant, K, ved økt tempeatu gi flee pdukte, ne sm stemme veens med svaet i c). PCO PZn d) K PCO PZn 16,5 [ ZnO][ C] P P 16,5 11, atm CO Zn e) ΔS > 0 tt ΔS e ukjent ΔG < 0 ΔG e ukjent

4 Side 4 av 7 Oppgave 3 a) Vi skille mellm pimæe-, sekundæe- g tetiæe alkhle ette antall hydkabnfagmente sm e kblet til kabnet sm OH-guppet e bundet til: Oksidasjnspdukte: Pimæ alkhl aldehyd ( kablsye) Sekundæ alkhl ketn Tetiæ alkhl kan ikke ksidees b) Kndensasjnseaksjn: Et lite mlekyl, f eksempel H O dannes unde eaksjnen Eksempel: c) i) 4-metyl-1-penten ii) 3-metylbutanal d)

5 Side 5 av 7 Oppgave 4 a) i) b) E Pb e Pb( s ) -0,4 V (snu denne delx) Ni e Ni( s ) -0,13 V Ttaleaksjn: Ni( s) Pb Ni Pb( s ) 0,11 V E = 0,4 V + ( 0,13 V) = 0,11 V Ande (ksidasjn): Katde (eduksjn): Ni( s) Ni e Pb e Pb s ( ) c) 0,059 E E lg Q hv Q n Ni Pb 0, 059 0,5 E 0,11V lg 0, 0893V 0,1 d) Na SO 4 (s) sm e et lettløselig salt tilsettes: Na + (aq) + SO (aq) Na SO 4 (s)

6 Side 6 av 7 Na + vil løses i vannet g ikke eagee videe. Da få vi: Pb + (aq) + SO (aq) PbSO 4 (s) K sp = 1, [Pb + ] vil avta g demed vil Q øke g celleptensialet minke iht Nenst likning. e) Føst må man finne ved hvilken [Pb + ] ptensialet mellm de t halvcellene e null: 0,059 0, V lg [Pb ] 0,5 0,11 lg 3,16 [Pb ] 0,059 0, [Pb ] [Pb ] 9, Dvs knsentasjnen av blyine i cella nå E = 0, [Pb + ] slutt M Man må gså tilsette en liten mengde eksta Na SO 4 siden en liten del [Pb + ] vil til enhve tid væe løst nå fast PbSO 4 e tilstede. Man finne likevektsknsentasjnen av [SO - ]: 8 K [Pb ][SO ] 1,6 10 sp [SO [SO 1,6 10 ] 9,6 10 ] 1, M Dvs at det må tilsettes denne mengden salt f å ppetthlde likevekten ved E=0V. Da få vi at antall ml Na SO 4 sm må tilsettes e (100 ml = 0.1 l): n NaSO4 = ([Pb + ] stat -[Pb + ] slutt +[SO - ] likevekt ) 0,1 l = (0,1 M 9, M + 1, M) 0,1 l = 0, ml M NaSO4 =,99 + 3, g/ml = 14,05 g/ml m NaSO4 = n NaSO4 M NaSO4 = ml 14,05 g/ml = 1,415 g Oppgave 5 a) Vi ha te ml eaktante i gassfm g ett ml pdukte i gassfm. Da vil man ved å øke tykket kunne fskyve eaksjnen mt den siden med fæest gassmlekyle, altså mt høye. K vil væe ufandet. Altenativt kan man senke tempeatuen, da en endtem eaksjn gi fa seg vame. K vil i dette tilfellet øke.

7 Side 7 av 7 b) i) VSEPR-mdellen (Valence Shell Electn Pai Repulsin): Enkel metde f å futsi 3D-stuktuen til et mlekyl Stuktuen bestemmes ved å minimee elektnpafastøtning mellm elektnene sm mgi sentalatmet De bindende g ikke-bindende elektnpaene undt et atm bø def plassees så langt fa hveande sm mulig Mlekylstuktuen navngis så utfa atmenes psisjne Fie elektnpa keve me m enn bindende elektnpa, ne sm vil pesse sammen vinklene f bindende elektnpa (sm e < 10 ) ii) NH 3 ha ttalt 8 valenselektne: Tetaedisk utgangspunkt Ledig elektnpa ta me plass Vinkelen H-N-H e minde enn 109 Tignal pyamidal med vinkel H-N-H < 109 (107 ) iii) PCl 5 : Sentalatmet P vil ha 10 valenselektne (5 pa). Disse plassees i hjønene i en tignal bipyamide hv alle bindes til Cl. Tignalt bipyamidet mlekyl med ideelle vinkle SF 6 : Sentalatmet ha 1 valenselektne (6 pa) sm alle bindes til F Ideelt ktaedisk mlekyl XeF 4 : 6 elektnpa undt sentalatmet Xe ledige elektnpa plassees aksialt i ktaedeet pga lengst avstand mellm dem Plankvadatisk stuktu med vinkle på 90 c) Inebinding: St fskjell i elektnegativitet føe til (fullstendig) ladningsveføing fa det ene til det ande atmet slik at ine (katin g anin) dannes. Atmene bindes sammen ved tiltekningskeftene mellm de ulike ladningene Kvalent binding: Også kalt elektnpabinding, liten fskjell i elektnegativitet gjø at atme bindes sammen ved å dele et elektnpa. Tiltekning mellm ptne g elektne. d) Klmeti: Ved klmeti bukes fageintensiteten til et faget in/kmpleks/fbindelse til å bestemme knsentasjne da disse e ppsjnale. Absbansen måles ved hjelp av et klimete. Standade (med kjent knsentasjn) bukes til å lage en kalibeingskuve mellm knsentasjnen g absbansen. Knsentasjnen til den ukjente pøven bestemmes så ved å måle absbansen i pøven g sammenlikne denne med kalibeingskuven (viktig med samme betingelse dm f kalibeingskuven). Blank pøve må analysees føst f å tekke fa bidag fa kyvettene g eventuell egenfage til eagensene.