Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 8

Transkript

1 Program for Elektro og Datateknikk/ AFT Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 8 Oppgave 1 a) Det skal settes navn på følgende forbindelser : i) Hg2(NO3)2 : Kvikksølv(I)nitrat (Kvikksølv kan både ha okstall +I og +II) ii) (NH4)3PO4 : Ammoniumfosfat (Fosfat er et treverdig ion PO4 3 ). iii) Mn3O4 : Mangan(II,III)oksid (Det gjennomsnittlige okstallet til Mn er 8/3. Vi har en blanding av toverdig og treverdig mangan) iv) SO2 : Svoveldioksid (Både S og O er ikke-metaller) v) IF7 : Jodheptafluorid (Både I og F er ikke-metaller) Det skal skrives kjemisk formel for fem forbindelser : vi) Jern(III)karbonat : Fe2(CO3)2 vii) Karbonmonoksid : CO viii) Dinitrogenpentoksid : N2O5 ix) Fosforsyre : H3PO4 x) Natriumfosfat : Na3PO4 b) Morfin er et legemiddel som blant annet brukes til smertelindring. Molvekten til morfin er 285,3 g/mol. Morfin inneholder 6,71 vekt% H, 71,56 vekt% C, 4,91 vekt% N og 16,82 vekt% O. I organiske forbindelser har man ofte overvekt av C og H i forhold til andre elementer. Ser fra sammensetningen at man har mindre av N enn av O. Derfor kan det være lurt å regne ut molforhold i forhold til N. Tar basis i 100 gram stoff slik at vekt% tilsvarer vekt. n O (16,81gram)/(16,0 g/mol) = = 3,0 n (4,91gram)/(14,01g/mol) N - 1 -

2 n H (6,71gram)/(1,008 g/mol) = = 19,0 n (4,91gram)/(14,01g/mol) N n C (71,56 gram)/(12,01g/mol) = = 17,0 n (4,91gram)/(14,01g/mol) N Empirisk formel : C17H19O3N Empirisk vekt = AN + 3 AO + 19 AH + 17 AC Empirisk vekt = (14,01 g/mol) + 3 (16,00 g/mol) + 19 (1,008 g/mol) + 17 (12,01 g/mol) Empirisk vekt = 285,3 g/mol Da empirisk vekt er den samme som oppgitt molvekt, er molekylformelen den samme som empirisk formel. Molekylformel : C17H19O3N c) En metallbit av sink som veier 2.00 gram, blir plassert i en vandig løsning som inneholder 7.50 g sølvnitrat : Zn(s) + 2AgNO3(aq) 2Ag(s) + Zn(NO3)2(aq) Reaksjonen går fullstendig over til høyre. i) Den begrensende reaktant skal finnes. Det støkiometriske forholdet er gitt fra de støkiometriske tallene i reaksjonsligningen. Støkiometrisk molforhold (AgNO3/Zn) = 2 : 1 = 2.00 Hvis det virkelige molforhold (AgNO3/Zn) er større en det støkiometriske, er Zn den begrensende reaktant. Hvis det virkelige molforhold er mindre enn det støkiometriske, er AgNO3 den begrensende reaktant. Antall mol Zn : (2.00 g)/(65.39 g/mol) = mol Antall mol AgNO3 : (7.50 g)/(169.9 g/mol) = mol Virkelig molforhold AgNO3/Zn : ( mol)/( mol) = 1.44 (1,44 < 2,00) Da virkelig molforhold AgNO3/Zn er mindre enn det støkiometriske, er AgNO3 den begrensende reaktant. ii) Det skal finnes hvor mange gram som er igjen av hver av de to reaktantene etter at reaksjonen har skjedd. Siden AgNO3 er den begrensende reaktant, er all AgNO3 oppbrukt (0 mol igjen)

3 Antall mol Zn forbrukt : 1/2 ( mol) = 0,02207 mol Antall mol Zn igjen etter reaksjon : mol mol = 8, mol Antall gram Zn igjen etter reaksjonen : ( mol) ( g/mol) = 0,56 g iii) Det skal finnes hvor mange gram Zn(NO3)2(aq) som maksimalt kan dannes. Fra støkiometrien i reaksjonsligningen ser en at det dannes ½ mol Zn(NO3)2(aq) pr. mol AgNO3 som forbrukes. Antall mol Zn(NO3)2(aq) som dannes : ½ ( mol) = 0,02207 mol Antall gram Zn(NO3)2(aq) som dannes : ( mol)(189.4 g/mol) = 4,18 g Oppgave 2 Det slippes en sinkbit på 3,000 gram ned i en sur vannløsning. Sinkbiten korroderer helt bort med dannelse av H2(g). All gass samles opp i et reagensrør som vist på figuren. Temperaturen måles til 25 o C, mens totaltrykket leses av på et barometer til 761,2 mmhg. Ved 25 o C er vanndamptrykket 23,76 mmhg. a) Når sink korroderer, skjer følgende reaksjon : Zn(s) + 2H + (aq) = Zn 2+ (aq) + H2(g) b) Når vi samler opp gass over en vannløsning, vil vi alltid ha vanndamp i gassfasen i tillegg til den gassen som vi samler opp. Ptot = PH2O + PH2 Det er oppgitt at vanndamptrykket PH2O = 23,76 mmhg. PH2 = Ptot PH2O = (761,2) (23,76) = 736,4 mmhg Regner om trykket til atm PH2 = (736,41 mmhg)/(760,0 mmhg/atm) = 0,969 atm c) Antall mol av H2(g) i reagensrøret kan finnes fra støkiometrien i reaksjonsligningen. Det dannes et mol H2(g) pr. mol Zn. nzn = nh2 = (3,000 g)/(65,41 g/mol) = 0,0459 mol Volumet av H2(g) kan finnes fra ideell gasslov

4 PV = nrt nrt V = P (0,0459 mol) (0, liter atm/k mol) (298,15 K) V = = 1,16 liter (0,969 atm) Oppgave 3 a) i) Løseligheten (i mol/l) til PbI2(s) i rent vann skal beregnes. Løselighetsproduktet til PbI2(s) er oppgitt til : Ksp = PbI2(s) Pb 2+ (aq) + 2I (aq) Antar at x mol av PbI2(s) løser seg opp. PbI2(s) Pb 2+ (aq) + 2I (aq) Likevekt x 2x Ksp = [Pb 2+ ] [I ] 2 = x (2x) 2 = 4x 3 = x 3 = ( )/4 = x = ( ) 1/3 = mol/l Løseligheten tilsvarer [Pb 2+ ], siden et mol PbI2(s) gir et mol Pb 2+. Løseligheten til PbI2(s) i rent vann blir : mol/l ii) Løseligheten (i mol/l) til PbI2(s) i M Pb(NO3)2 skal finnes. Alle nitrater er lettløselige slik at Pb(NO3)2 er fullstendig dissosiert i ioner. Antar at x mol av PbI2(s) løser seg opp. PbI2(s) Pb 2+ (aq) + 2I (aq) Start Likevekt x 2x Ksp = [Pb 2+ ] [I ] 2 = ( x) (2x) 2 = Antar x << 0.01 slik at ligningen kan forenkles til : (0.01) (2x) 2 = x 2 = ( )/(0.01) =

5 x 2 = ( )/4 = x = ( ) 1/2 = mol/l Antakelsen er OK mol/l utgjør mindre enn 5% av Derfor er det OK å anta x << Løseligheten til PbI2(s) i M Pb(NO3)2 blir : mol/l iii) Løseligheten (i mol/l) til PbI2(s) i M KI skal finnes. KI er et alkaliesalt som er lettløselig. Saltet er fullstendig dissosiert i ioner. Antar at x mol av PbI2(s) løser seg opp. PbI2(s) Pb 2+ (aq) + 2I (aq) Start Likevekt x x Ksp = [Pb 2+ ] [I ] 2 = (x) ( x) 2 = Antar 2x << 0.01 slik at ligningen kan forenkles til : (x) (0.01) 2 = x = ( )/(0.01) 2 = 8, Antakelsen er OK. 2x = mol/l utgjør mindre enn 5% av Derfor er det OK å anta 2x << Løseligheten til PbI2(s) i M KI blir : 8, mol/l Fellesioneffekt gjør alltid at løseligheten blir mindre enn i rent vann. b) ml av M Sr(NO3)2 blandes med ml av M Na2SO4. Etter blanding er totalvolumet : ml = 300 ml. Beregner først konsentrasjonene før eventuelle utfellinger. [Sr 2+ ] o = ( mol/l) (100/300) = mol/l [NO3 ] o = 2 ( mol/l) (100/300) = mol/l [Na + ] o = 2 ( mol/l) (200/300) = mol/l [SO4 2 ] o = ( mol/l) (200/300) = mol/l Siden både Sr(NO3)2, Na2SO4 og NaNO3 er lettløselige salter, er SrSO4 det eneste saltet som eventuelt kan felles ut

6 Finner løselighetsproduktet til SrSO4 fra tabell på side 50 i oppslagsboken : Ksp = 2, SrSO4 vil felles ut hvis aktivitetsproduktet (Q) er større enn Ksp. Q = [Sr 2+ ] [SO4 2 ] = ( ) ( ) = Siden Q > Ksp, vil SrSO4 felles ut. c) Det utføres korrosjonstesting i tre kar som vist på figuren under. I kar-1 er det en jernplate, i kar-2 er det en jernplate koblet sammen med en kobberplate, mens det i kar-3 er en jernplate koblet sammen med en sinkplate. I alle tre karene er elektrolytten sjøvann. Fe Fe Cu Fe Zn Sjøvann Sjøvann Sjøvann Kobber er edlere enn jern, mens sink er uedlere enn jern. I kar-2 vil jern fungere som en offeranode for kobber. Derfor vil korrosjonshastigheten til jern være større i kar-2 enn i kar-1. Kobberplaten vil ikke korrodere i det hele tatt fordi den er katodisk beskyttet ved hjelp av jernplaten. I kar-3 fungerer sink som en offeranode til jern. Jern er katodisk beskyttet mot korrosjon i kar-3. Derfor vil vi ha null korrosjonshastighet av jern i kar-3. Dette betyr at korrosjonshastigheten av jern er lavere i kar-3 enn i kar-1. Kar-1 I kar-1 skjer både oksidasjonsreaksjonen og reduksjonsreaksjonen på jern. Vi har to konkurrerende katodereaksjoner i hydrogenutvikling og reduksjon av oppløst oksygen. På jern (anode) : Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e På jern (katode) : 2H + + 2e H2(g) eller O2(g,løst) + 4H + + 4e 2H2O Kar-2 Kar 1 Kar 2 Kar 3 I kar-2 skjer oksidasjonen (anodereaksjonen) på jern, mens reduksjonsreaksjonen (katodereaksjonen) skjer på kobber. På jern (anode) : Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e På kobber (katode) : 2H + + 2e H2(g) eller O2(g,løst) + 4H + + 4e 2H2O - 6 -

7 Kar-3 I kar-3 skjer oksidasjonen (anodereaksjonen) på sink, mens reduksjonsreaksjonen (katodereaksjonen) skjer på jern. På sink (anode) : Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e På jern (katode) : 2H + + 2e H2(g) eller O2(g,løst) + 4H + + 4e 2H2O Oppgave 4-7 -

8 Oppgave 5 Oppgave 6-8 -

9 Oppgave 7-9 -