LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2007

Transkript

1 NTNU Noges teknisk-ntuvitenskpelige univesitet Fkultet fo ntuvitenskp og teknologi Institutt fo mteilteknologi TMT40 KJEMI LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 007 OPPGAVE ) - ph definees som den negtive logitmen til hdogenionkonsentsjonen: ph = -log [H + ]. - Tilsvende definees pk som den negtive logitmen til sekonstnten. - 0,036 M HNO. K = 7, Domineende spesie ved likevekt: HNO, NO -, H O, H +. Su løsning. Ant t vi kn se bot f vnnets egendissosisjon. HNO H NO Fø: 0, M Ending: M Ette: 0,036- M + - H NO = 7, [ HNO ] 0,036 Ant << 0,036 = 0,036 7, =, = [H + ] = 5, ph =,3 5,05 0 Kontoll v ntgelsen: 0,036 = 4,0 % Avviket e ove 0%-gensen. Antgelsen holde ikke. Løse. gdsligningen + 7,08 0-4, = 0 (Positiv ot): = 4,7 0-3 ph =,33 b) CH 3 COOH (q) + NO - (q) CH 3 COO - (q) + HNO (q) He skimte vi to selikevekte: CH 3 COOH (q) H + (q) + CH 3 COO - (q) K, HAc =, = -log 4,76 HNO (q) H + (q) + NO - (q) (-) K, HNO = 7, = -log 3,5 CH 3 COOH (q) + NO - (q) CH 3 COO - (q) + HNO (q) 5 K,CH3COOH,74 0 4,76 0 K = = = 0,05 4,5 K 7,08 0 0,HNO OPPGAVE ) NH 4 NO 3 (s) = NH NO - 3 (q) ΔH f kj mol - ΔS 5 47 J K - mol - ΔH = 6 kj; ΔS = 07 J K - ΔG = ΔH - T ΔS = = -6 kj

2 Posessen e fivillig tss i t eksjonsentlpien e gnske sto og positiv. Oppløsningsposessen e endotem idet det oppts en vmemengde på 6000 J p. mol NH 4 NO 3 (s) som løses. Denne vmemengde ts f vnnløsningen som demed bli vkjølt. 40g 40 g NH 4 NO 3 e = 0,5 mol. Løsningen inneholde 0,5 mol - 80,0 g mol mmoniumione og 0,5 lite vnn, som kn egnes som 500 g vnn. 500 g vnn omegnet 500g til mol bli = 7,8 mol. I lt bli det 0,5 mol ntiumnitt og 7,8 mol vnn g mol - q ΔT = nc = 0,5 mol 6000J mol = 6,3 K J 75 (0,5 + 7,8) mol P K mol T = 5 C 6,3 C = 8,7 C b) ΔG = -RT ln K w = -8,34 98 ln 0-4 = J 80 kj Smme esultt få mn ved å slå opp vedie fo ΔG i SICD fo ektnte og podukte, og egne ut på vnlig måte: (-57+37) = 80 kj Fo å beegne ΔG unde de øvige betingelsene buke vi ligningen ΔG=ΔG + RT ln Q. Q = [H + ] [OH - ]. Nå [H + ] =,0 0-7 M og [OH - ] =,0 0-7 M, h vi likevekt. D e Q = K, og demed ΔG = 0. Nå [H + ] =,0 0-3 M og [OH - ] =,0 0-4 M, e Q K, og demed ΔG 0 ΔG = ΔG + RT ln Q = ΔG + RT ln [H + ] [OH - ] = ΔG + RT ln,0 0-3,0 0-4 = J + 8,34 98 J,0 0-7 = J J = 40 kj Nå [H + ] =,0 0 - M og [OH - ] =,0 0-8 M, e også Q K, og demed ΔG 0 ΔG = ΔG + RT ln Q = ΔG + RT ln [H + ] [OH - ] = ΔG + RT ln,0 0 -,0 0-8 = J + 8,34 98 J,0 0-0 = J 4096 J = - 34, kj OPPGAVE 3 ) C O C O - 4 = C 3+ + CO Reduksjon v kom C O - 7 = C 3+ Blnsee oksgen C O - 7 = C H O Blnsee H + C O H + = C H O Blnsee e - C O H e - = C H O () Oksidsjon v kbon C O 4 - = CO + e - () Kombinee () og () - C O H e - = C H O C O - 4 = CO + e C O C O H + = C CO + 7 H O Mn + + H O = MnO + H O Oksidsjon v mngn Mn + = MnO + e - Blnsee O og H Mn + + H O = MnO + 4 H + + e - Reduksjon v oksgen H O + H + + e - = H O Mn + + H O + H O + H + = MnO + 4 H + + H O

3 3 Rdde opp i H O og H + : Mn + + H O = MnO + H + Bsisk miljø skpes ved å legge til OH - på begge side Mn + + H O + OH - = MnO + H + + OH - Mn + + H O + OH - = MnO + H O Gunnstoff C edusees f oksidsjonstll +6 til +3. Gunnstoff C oksidees f oksidsjonstll +3 til +4. Gunnstoff O edusees f oksidsjonstll - til -. Gunnstoff Mn oksidees f oksidsjonstll + til +4. b) Glvnisk celle O (g) + H + + e - = H O Fe 3+ + e - = Fe + E = +,3 V E = +0,77 V (-) O (g) + H + + e - = H O Fe + = Fe 3+ + e - = E = +,3 V - E = -0,77 V O (g) + H + + Fe + = Fe 3+ + H O E = 0,46 V Oksgenelektoden vil væe positive pol 3+ 0,059 Fe E = E - log = E fo [Fe 3+ ] = [Fe 3+ ] + Fe OPPGAVE 4 ) Vi nt t hstighetsloven h fomen hstighet = k[no] [H ] De oppgitte dt bukes til å bestemme og. Nå ektntenes oden e bestemt, kn vi beegne k f hvilket som helst sett v hstighete og konsentsjone. Til slutt kn vi ved hjelp v hstighetsloven beegne hstigheten fo enhve konsentsjon v NO og H. Fosøk og vise t nå vi doble konsentsjonen v NO ved konstnt konsentsjon v H, kvdees hstigheten,. ( 0, 0 0 M ) Defo e ( 5, 0 0 M) 5,0 0 M s k = 4 = k ( 0, 0 0 M) (, 0 0 M) ( ) ( ),3 0 M s 5, 0 0 M, 0 0 M = = 4 = 4 = Reksjonen e. oden i NO. Fosøk og 3 vise t desom [H ] dobles ved konstnt [NO], dobles hstigheten 3 0,0 0 M s k = = = k ( 0, 0 0 M) ( 4, 0 0 M) ( ) ( ) 5, 0 0 M s 0, 0 0 M, 0 0 M

4 4 ( 4, 0 0 M ) Det vil si t (, 0 0 M) = = = = Reksjonen e. oden i H. Hstighetsloven e ltså gitt ved hstighet = k[no] [H ] Hstighetskonstnten k kn beegnes ved å buke dt f hvilken som helst v fosøkene. Vi omodne hstighetsloven hstighet - - k = M s [ NO] [ H ] Vi bentte dt f fosøk 5,0 0 M s k = =,5 0 /M s 3 0, 0 0 M, M ( ) ( ) Reksjonshstigheten = (,5 0 /M s)(,0 0-3 M) (6,0 0-3 M) =, 0-4 M/s b) Fo å kunne egee må molekle som kollidee med hvende, h en smlet kinetisk enegi som e støe elle lik en minstevedi, som vi klle ktiveingsenegien. Ligningen som gi smmenhengen mellom hstighetskonstnten og ktiveingsenegien stå i fomelket. E k Ae E RT = ln k= ln A. RT Sette opp en ligning fo hve v to tempetue: E ln k = ln A RT ln = E k ln A RT Subtheing v ln k f ln k gi k E E T T ln = k R = T T R TT Innsetting v tllvedie: ,46 0 s 50, 0 J mol 98 K-350 K ln = = 3,0 - - k 8,34 J K mol ( 98 K)( 350 K) - - 3,46 0 s -3,0 = e = 0,0493 k k = 0,70 s - Aktiveingsenegien kn senkes ved å buke en ktlsto. Det e et stoff som øke en kjemisk eksjons hstighet ved å åpne en ltentiv eksjonsveg uten selv å bli fobukt. OPPGAVE 5 ) Hg (g) + O (g) = HgO (s) ΔH f kj mol - ΔS J K - mol - ΔG f kj mol - ΔH = mol (-9 kj mol - ) mol 6 kj mol - = -304 kj

5 5 ΔS = mol 70 J K - mol - mol 75 J K - mol - mol 05 J K - mol - = -45 J K - ΔG = mol (-59 kj mol - ) mol 3 kj mol - = -8 kj ΔG 8000 ln K 98 = = = 73,5 RT 8,34 98 K 98 = ΔG ln K 600 = ΔH ΔS 45 = = + =,03 RT R T 8, K 600 = 645 ln K = 0 ΔG = 0 ΔG = ΔH - T ΔS ΔH T = = = 73 K ΔS 45 b) Elektonegtivitet e evnen et tom h til å tekke til seg elektonene i en kjemisk binding. - Elektonegtiviteten øke f venste mot høe i en peiode, og nedenf og opp i en guppe. - Atome med vidt foskjellig elektonegtivitet vil gjene dnne ionebindinge, h bindingen ionekkte. Atome med nokså lik elektonegtivitet vil gjene dnne pole kovlente bindinge. Atome med lv elektonegtivitet vil gjene dnne metllbinding. OPPGAVE 6 ) Alle tome som inngå i kjemiske fobindelse søke å oppnå 8 elektone i tteste skll (8 vlenselektone ). Dette e en elektonkonfigusjon som tilsve en edelgss, og benevnes deette. Unntk: Hdogen søke en elektonkonfigusjon på elektone. Atome med fæe enn 4 vlenselektone ( og 3) må nøe seg med fæe enn 8 elektone i tteste skll. Jf. AlCl 3 nedenfo. Atome med d-elektone (f og med 4. peiode h plss til me enn 8 elektone i tteste skll. Jf I 3 - -ionet nedenfo. SiCl 4. Si: 4 vlenselektone. Cl: 7 vlenselektone Sum vlenselektone: = 3 4 bindinge: 8 elektone Resten, 4 elektone, fodeles med 6 på hvet Cl-tom, 6 4 = 4. De 4 bindingene søke støst mulig innbdes vstnd. De peke defo mot de fie hjønene v et likesidet tetede. Tetedisk molekl. Bindingsvinkel 09,5 AlCl 3 Al: 3 vlenselektone, Cl: 7 vlenselektone Sum vlenselektone: = 4 3 bindinge: 6 elektone Resten, 8 elektone, fodeles med 6 på hvet Cl-tom, 6 3=8 De 3 bindingene søke støst mulig innbdes vstnd. De peke defo mot de te hjønene v en likesidet teknt. Plnt tigonl molekl. Bindingsvinkel 0 H C=CH

6 6 Hvet kbon e bundet til to hdogentome og ett nnet kbontom. C: 4 vlenselektone, H: vlenselekton Sum vlenselektone: = 6 bindinge: elektone. (Dobbeltbindingen h elektonp.) VSEPR-modellen betkte dobbeltbindingen som en enkeltbinding, slik t hvet C-tom nses som omgitt v te bindende p og ingen ensomme p. Anodningen undt hvet C- tom bli defo pln tigonl, kkut som AlCl 3. Bindingsvinklene ventes å bli 0. - I 3 Ant et lineæt ion. Hvet I tom h 7 elektone Sum vlenselektone: 3 7 =. I tillegg elekton fo ioneldningen. bindinge: 4 elektone. Rest: 8 elektone. Av disse gå 6 til de te tomene fo å oppflle oktettegelen. De to siste dnne et femte elektonp undt sentltomet. (I stå i 5. peiode og kn h 5 elektonp.) De 5 elektonpene h en pln bipmidl konfigusjon. Det vil se t 3 p dnne en likesidet teknt, som dnne bsis i hve sitt tetede, og de siste pene peke mot hjønet i hvet sitt tetede. Ionet e lineæt b) Homopolme: En polme smmenstt v kun én tpe monome. Kopolme: En polme som inneholde to elle flee monomee. Poletlen: -(-CH -CH -) n - Polvinlkloid: -(-CH -CH-) n - Cl Polsten: -(-CH -CH-) n - Bensening Nlon e en kopolme v heksmetlendimin (elle be et dimin) og dipinse (en dikbokslse) Homopolmee: Poletlen, polvinlkloid, polsten. Kopolmee: Nlon