EKSAMENSOPPGAVE I TMT4110 KJEMI

Transkript

1 Nrges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt fr materialteknlgi Faglig kntakt under eksamen: Institutt fr materialteknlgi, Gløshaugen Sigrid Hakvåg, tlf.: , (mb) EKSAMENSOPPGAVE I TMT4110 KJEMI BOKMÅL Trsdag 24. mai 2012 Tid: Hjelpemidler: B2-Typegdkjent kalkulatr, med tmt minne, i henhld til utarbeidet liste. Aylward & Findlay: SI Chemical Data Frmelark (siste ark i ppgaveteksten). Sensuren faller i uke 25 Oppgave 1 Det er kun ett riktig svar fr hver delppgave. Sett derfr kun ett kryss. Dersm t eller flere svar avgis, bedømmes denne delppgaven med null peng. Svaret kan g skrives på annet ark i. En reell gass avviker mest fra en ideell gass ved følgende betingelser a) lavt trykk g høy temperatur b) høyt trykk g lav temperatur c) lavt trykk g lav temperatur d) høyt trykk g høy temperatur ii. Hva sier Daltns lv? a) Summen av partialtrykk fr gassene i en gassblanding = ttaltrykket b) Summen av H fr et sett delreaksjner = H fr ttalreaksjnen c) Fr en gitt mengde gass er prduktet av trykk g vlum knstant, ved knstant T d) Aktiviteten er lik partialtrykket delt på et referansetrykk iii. Hva er riktig fr en brenselcelle: a) Strøm benyttes fr å lage et reaksjnsprdukt b) Oksidasjnen skjer ved katden c) Elektrlytten må være et fast stff d) En brenselscelle er en galvanisk celle hvr reaktantene blir kntinuerlig tilført 1 av 7

2 iv. Hva angir krdinasjnstallet i ett kmpleks? a) Antall sentraliner b) Rmlig struktur c) Knsentrasjnen til kmplekset d) Antall ligander v. Hvilken av følgende beskriver en likevektssituasjn? a) G = 0 b) Gº = 0 c) Q = 1 d) Hº = T Sº vi. Gassen er luktfri g fargeløs ved STP (standard trykk g temperatur). Gassen er lettere en luft, g ble brukt fr å gi ppdrift i luftfartøyet Hindenburg. Gassen prduseres fr det meste fra naturgass. Elementet var ett av tre sm ble dannet under Big Bang, men er i ren frm relativt sjelden i naturlig tilstand på jrda. Hvilket element? a) Li b) He c) H d) O vii. Hva er elektrnknfigurasjnen til Ca? a) [Ar] b) [Ar] 4s 2 c) [Kr] 4s 2 d) [Kr] 2s 4 viii. Hva er en amflytt? a) En frbindelse med både syre- g baseegenskaper b) En løsning sm kan lede elektrisk strøm c) En syre hvr ph = ½ (pk a + pk w ) d) En elektrisk islatr (leder ikke elektrisk strøm) ix. Hvilken mnmer er tefln bygd pp av? a) C 2 H 4 b) C 2 H 2 F 2 c) C 2 Cl 4 d) C 2 F 4 2 av 7

3 x. Hvilket av følgende utsagn er ikke en av termdynamikkens lver? a) Den ttale energien i universet er knstant b) En spntan prsess er en prsess sm bidrar til at entrpien i universet øker c) En reaksjn er spntan hvis G > 0 d) Entrpien fr en perfekt krystall ved 0 K er null xi. Hvrfr frskes det på å benytte inerte elektrder i frbindelse med prduksjn av aluminium? xii. Sjøvann injiseres i ljereservarer fr å få ut mer lje. Nevn nen av prblemene knyttet pp mt dette: Oppgave 2 a) En student finner at løseligheten av Fe 3 (PO 4 ) 2 (s) i vann ved 25 C er 2,47*10-8 ml/l. Beregn løselighetsprduktet fr stffet ved samme temperatur, g sammenlign med data fra SI Chemical data (SI-CD) b) Finn løselighetsprduktet, K sp til PbI 2 (s) ved 298 K ved hjelp av SI-CD. i. Det er mulig å beregne K sp fra løseligheten av PbI 2 (s) gitt i tabell 5 i SI-CD. Vis hvrdan du isteden kan benytte termdynamiske data i SI-CD til å beregne løselighetsprduktet til PbI 2 (s). c) Benytt K sp til å beregne løseligheten av PbI 2 (s) (i g/l) ved 298 K i i. rent vann ii. 0,01 M KI d) 1,5 gram PbI 2 (s) g 10,5 gram PbBr 2 (s) tilsettes samme flaske med 1,00 liter vann ved 298 K. Blandingen ristes sammen til likevekt er innstilt. i. Beregn knsentrasjnen av de ulike inene (Pb 2+, I - g Br - ) i denne situasjnen. Benytt K sp -verdier ppgitt i SI-CD i beregningene. (Se brt fra eventuell hydrlyse av Pb 2+ ) ii. Hvrdan ville løseligheten av PbI 2 (s) endres (øke, minke, frbli ufrandret) m PbBr 2 (s) ble byttet ut med PbS(s)? Frklar. 3 av 7

4 Oppgave 3 a) Beregn ph i 0,01 M HCl g 0,75 M HF Figur 3-1 viser en generell ph-kurve fr titrering av en plyprtisk syre (H n A) med natriumhydrksid. b) Angi fr punktene a til e (sett gjerne pp tabell): i. Hva representerer de ulike punktene? ii. Hvilke specier dminerer? iii. Sett pp de aktuelle likevektsuttrykkene g vis hvrdan disse kan benyttes til å beregne ph i punktene b, c g d c) ph-kurve fr titrering av hvilken triprtisk syre er vist i figur 3-2? Begrunn svaret. Merk: Figuren viser kun titrering fram til andre ekvivalenspunkt. e d c a b Vlum NaOH tilsatt Figur 3-1. ph-kurve fr titrering av plyprtisk syre med natriumhydrksid Ekvivalenter OH - Figur 3-2. ph-kurve fr titrering av 0,1 M triprtisk syre med NaOH fram til 2. ekvivalenspunkt. 4 av 7

5 Oppgave 4 En pyntegjenstand med verflateareal på 85 cm 2 skal belegges med kbber (kbberpletteres). Elektrlysen gjennmføres med en ttalstrøm på 100 ma, i en elektrlytt med Cu 2+ -iner. a) Hvr tykt belegg har en fått etter en time? Angi svaret i m. En elektrkjemisk celle har følgende ttalreaksjn: Cu 2+ (aq) + H 2 (g) Cu (s) + 2H + (aq) b) Beregn E fr cella ved i. 25 C g ii. 70 C Gitt følgende galvaniske celle ved 25 C: Pt(s) H 2 (g, 1,00 atm) H + (aq, 1,00 M) Ag + (aq, 0,0100 M) Ag (s) c) Lag en skisse av cellen. Angi katde g ande g vis i hvilken retning elektrnene transprteres (i den ytre kretsen) når cellen leverer strøm. Skriv pp halvcellereaksjnene g cellereaksjnen. d) Beregn G, G, E g E fr cellen. Benytt data fra SI-CD. Oppgave 5 a) Hva menes med elektrnegativitet? b) Hvr i det peridiske system finner en de mest elektrnegative elementene? c) Hvrdan kan elektrnegativiteten benyttes til å avgjøre m en frbindelse har metallisk, inisk, plar kvalent eller kvalent binding? d) Sett navn på følgende frbindelser: e) Tegn, g skriv frmelen til følgende frbindelser: i. 1,3-diklrbutan ii. 2-prpann iii. p-dibrmbenzen 5 av 7

6 Oppgave 6 På labratriet undersøker studenten Sara reaksjnen mellm metallet Al (s) g HCl (aq), sm gir gassutvikling. Gassen samles pp ver løsninga ved 20 C g 756 Trr (Damptrykket av saltsyreløsninga antas tilnærmet lik damptrykket ver rent vann.) Når alt metallet har reagert er det utviklet 2,5 liter gass. a) Hvilken gass dannes? b) Skriv ligningen fr reaksjnen mellm metallet g syra. c) Hvr mange ml gass er dannet, g hvr mange gram metall har reagert? Petter Prtalen bygger htell, g ønsker at dette skal ha et skinnende gulltak. Han bestiller en legering sm består av 50 vekt% aluminium g 50 vekt% kbber til dette frmålet. Sm den mistenksmme frretningsmannen han er synes Petter at legeringen er ne lettere enn den burde være (mistenker at mengdefrhldet Al/Cu er feil), g sender derfr en prøve til NTNU fr videre undersøkelser. På NTNU gjentar studenten Sara frsøket med metall g saltsyre, men benytter denne gangen 6,8 g legering. Når reaksjnen mellm legeringen g saltsyra har stanset ser Sara at det ligger ne metall igjen i løsninga g at det er dannet ttalt 4,7 liter gass ved 20 C g 756 Trr. (Anta sm i ppgave a) at damptrykket av saltsyreløsninga er tilnærmet lik damptrykket ver rent vann.) d) Har Petter blitt lurt? Begrunn svaret Oppgave 7 Gitt følgende reaksjn: Fe 2 O 3 (s) + 3 H 2 (g) = 2 Fe(s) + 3 H 2 O(g) a) Beregn ΔH,º ΔSº g ΔGº fr reaksjnen ved 298 K b) Er reaksjnen endterm eller eksterm? c) I hvilken retning er likevekten frskjøvet ved 298 K? d) Finn den laveste temperatur der likevekten (standard tilstand) er spntan mt høyre. Verdiene fr ΔHº g fr ΔSº fr denne reaksjnen kan anses tilnærmet uavhengige av temperaturen. 6 av 7

7 FORMEL KOMMENTAR PV = nrt Ideell gass Pi = n RT/V ( PT = Pi ) Partialtrykk av i i C = q / E = q + w T H = E + PV H = q p i Varmekapasitet Endring i indre energi Entalpi Knstant P. Bare vlumarbeid H = H f ( prdukter) - H f (reaktanter) Husk støkimetriske keffisienter H = H CP T C p knstant T K ln K 1 dqrev ds = T H 1 = - R T1 T T ST = S298 + CP ln 298,15 G = H - TS G = H - TS G T = H 298 -TS 298 G = G + RT ln G =G + RT ln a G = - RT G = - nfe Q = It = n e F E = E r = - Q H g S knstant Entrpiendring C p knstant Gibbs energi. Fri energi. Endring i fri energi ved knstant T C 0 p Reaksjnskvtient, Q Aktivitet (relativ), a ln K Likevektsknstant, K RT 0, lnq= E - lg Q, nf n d[a] 1 d[c] l m = = k[a ] [B ] [C ] a dt c dt 25 1 n p [D ] C Celleptensial, E Elektrisk ladning Nernsts ligning Reaksjnshastighet fr aa + bb cc + dd Ttal rden = l + m + n + p k = A e E - a RT Hastighetsknstant, k Aktiveringsenergi, E a 7 av 7