EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

Transkript

1 EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 09:00 15:00 Sted: Teorifagbygget, Hus 1, plan 2 og plan 3 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok Oppgavesettet er på 11 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Annfrid Sivertsen Telefon: / NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

2 EKSAMENSOPPGÅVE Eksamen i: KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi Dato: Tysdag 15. desember 2015 Tid: Kl 09:00 15:00 Sted: Teorifagbygget, Hus 1, plan 2 og plan 3 Lovlege hjelpemiddel: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok Oppgåvesettet er på 11 sider inklusiv framside Kontaktperson under eksamen: Annfrid Sivertsen Telefon: / NB! Det er ikkje lov å levere inn kladd saman med oppgåvesvaret UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 2

3 Alle oppgavene teller likt i oppgavesettet. Oppgave 1 (Teller 20 av 100 poeng) a) Tegn Lewisstrukturen for følgende forbindelser: BCl 3, SF 5 Cl, CH 2 O, SO 4 2, HCN b) Angi molekylform for forbindelsene i a) ved hjelp av VESPR-teorien. c) Er noen av forbindelsene i a) polare? Begrunn svaret. d) Hvilke bindinger fins i C 2H 6, C 2H 4 og C 2H 2? Begrunn svaret ut i fra teorien om orbitaloverlapp for alle bindingene i forbindelsene. Oppgave 2 (Teller 10 av 100 poeng) a) Beskriv kort hva som menes med ioniseringsenergi (IE). Forklar hvordan første ioniseringsenergi (IE 1) varierer i det periodiske system. b) Har N eller O høyest ioniseringsenergi (IE 1)? Begrunn svaret ut i fra elektronstrukturen for atomene. Oppgave 3 (Teller 15 av 100 poeng) Likningen for dekomponering av hydrogenperoksid ved romtemperatur er gitt under. 2HH 2 OO 2 (gg) 2HH 2 OO(gg) + OO 2 (gg) Reaksjonen blir undersøkt ved å måle [H 2O 2] over tid. Målingene er angitt i tabellen. tid (h) [H 2O 2] (M) a) Hvilken orden følger reaksjonen (0. 1. eller 2. orden)? b) Finn hastighetskonstanten grafisk eller ved bruk av den integrerte hastighetsloven. c) Hva vil skje med hastigheten hvis temperaturen senkes? Alle svarene i oppgaven må begrunnes. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 3

4 Alle oppgåvene tel likt i oppgåvesettet. Oppgåve 1 (Tel 20 av 100 poeng) a) Teikn Lewisstrukturane for følgjande sambindingar: BCl 3, SF 5 Cl, CH 2 O, SO 4 2, HCN b) Finn molekylforma for sambindingane i a) ved hjelp av VESPR-teorien. c) Er nokon av sambindingane i a) polare? Grunngje svaret. d) Kva slags bindingar fins i C 2H 6, C 2H 4 og C 2H 2? Grunngje svaret ut ifrå teorien om orbitaloverlapp for alle bindingane i sambindingane. Oppgåve 2 (Tel 10 av 100 poeng) a) Skriv kort kva som meinast med ioniseringsenergi (IE). Forklar korleis fyrste ioniseringsenergi (IE 1) varierer i det periodiske system. b) Har N eller O høgst ioniseringsenergi (IE 1)? Grunngje svaret ut ifrå elektronstrukturane for atoma. Oppgåve 3 (Tel 15 av 100 poeng) Likninga for dekomponering av hydrogenperoksid ved romtemperatur er gjeve under. 2HH 2 OO 2 (gg) 2HH 2 OO(gg) + OO 2 (gg) Reaksjonen vert undersøkt ved å måle [H 2O 2] over ei tid. Målingane er gjeve i tabellen. tid (h) [H 2O 2] (M) a) Kva slags orden fyljer reaksjonen (0. 1. eller 2. orden)? b) Finn hastigheitskonstanten grafisk eller med å bruke den integrerte hastighetslova. c) Kva vil hende med hastigheita om temperaturen senkast? Alle svara i oppgåva må grunngis. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 4

5 Oppgave 4 (Teller 20 av 100 poeng) a) I katalysatoren i eksosanlegget til biler blir blant annet gassene CO og NO katalysert til de mindre skadelige produktene CO 2 og N 2. Likningen for reaksjonen er gitt under. Er dette en redoksreaksjon, i så fall hva blir oksidert og redusert? Finnes det noe reduksjons- og oksidasjonsmiddel? Svarene må begrunnes. CCCC(gg) + NNNN(gg) CCCC 2 (gg) + NN 2 (gg) b) Hva er reaksjonsvarmen ΔH rxn for reaksjonen i a) ved 25 C? Hva slags informasjon får du fra ΔH rxn? Termodynamisk data er gitt som vedlegg. c) Er reaksjonen i oppgave a) spontan ved 25 C? Begrunn svaret ditt. d) Sammenlikn likevektkonstanten K for reaksjonen ved 25 C og ved 4000 C. Anta at ΔH rxn og ΔS rxn ikke endrer seg med temperaturen. Er verdiene som forventet? Oppgave 5 (Teller 20 av 100 poeng) En løsning av CH 3CH 2CH 2NH 2 (propylamin) av ukjent konsentrasjon skal brukes til å lage en buffer. Først blir 5.00 ml av løsning titrert med HCl 0.1 M. Ekvivalenspunktet blir nådd når 47.5 ml av HCl er blitt tilsatt. Titrering blir fulgt med et ph-meter, og når 25 ml av HCl er tilsatt er ph= a) Skriv syre-basereaksjonen av propylamin med H 3O +, og identifiser alle syre/base par ifølge Brønsted-Lowrys teori. b) Hva er konsentrasjonen av propylamin i den opprinnelige løsningen? c) Hva er likevektskonstanten K b til propylamin? (Tips: før ekvivalenspunktet blir nådd er løsningen en buffer). d) Beregn hvor mye CH 3CH 2CH 2NH 3Cl man må tilsette 1000 ml av den opprinnelige løsningen for å få en buffer med ph=11. Anta at tilsetningen ikke medfører volumendring, og angi svaret i gram. (Tips: CH 3CH 2CH 2NH 3Cl oppfører seg som NH 4Cl). Alle svarene i oppgaven må begrunnes. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 5

6 Oppgåve 4 (Tel 20 av 100 poeng) a) I katalysatorane i eksosanlegga til bilar vert blant anna gassane CO og NO katalysert til dei mindre skadelege produkta CO 2 og N 2. Likninga for reaksjonen er gjeve under. Er dette ein redoksreaksjon, i så fall kva vert oksidert og redusert? Fins det noko reduksjons- og oksidasjonsmiddel? Svara må grunngis. CCCC(gg) + NNNN(gg) CCCC 2 (gg) + NN 2 (gg) b) Kva er reaksjonsvarmen ΔH rxn for reaksjonen i a) ved 25 C? Kva slags informasjon får du frå ΔH rxn? Termodynamisk data er gjeve som vedlegg. c) Er reaksjonen i oppgåve a) spontan ved 25 C? Grunngje svaret ditt. d) Samanlikn likevektkonstanten K for reaksjonen ved 25 C og ved 4000 C. Gå ut frå at ΔH rxn og ΔS rxn ikkje endrar seg med temperaturen. Er verdiane som venta? Oppgåve 5 (Tel 20 av 100 poeng) Ei løysing av CH 3CH 2CH 2NH 2 (propylamin) av ukjend konsentrasjon skal brukas til å lage ein buffer. Fyrst vert 5.00 ml av løysinga titrert med 0.1 M HCl. Ekvivalenspunktet vert nådd når 47.5 ml av HCl er tilsett. Titreringa vert følgd med eit ph-meter, og når 25 ml av HCl er tilsett er ph a) Skriv syre-base reaksjonen av propylamin med H 3O + og finn alle syre/base-par ifølge Brønsted-Lowry teori. b) Kva er konsentrasjonen av propylamin i løysinga før noko syre vert tilsett? c) Kva vert likevektskonstanten K b til propylamin? (Tips: før ekvivalenspunktet vert nådd er løysinga ein buffer). d) Rekn ut kor mykje CH 3CH 2CH 2NH 3Cl som skal tilsetjas 1000 ml av den opprinnelege løysinga for å få ein buffer med ph=11. Gå ut frå at tilsettinga ikkje fører til noko endring av volumet, gje svaret i gram. (Tips: CH 3CH 2CH 2NH 3Cl oppfører seg som NH 4Cl). Alle svara i oppgåva må grunngis. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 6

7 Oppgave 6 (Teller 15 av 100 poeng) I labkurset ble det gjennomført en øvelse hvor den molare massen til en forbindelse skulle bestemmes ut fra tettheten til stoffet i gassform. Et av stoffene som ble brukt var etanol (CH 3CH 2OH), og i tabellen nedenfor er det oppgitt noen fysikalske data for etanol. Utvalgte fysikalske data for etanol Kokepunkt ( C) Damptrykk ved kokepunkt (torr) ΔH vap (kj/mol) ΔH fus (kj/mol) 78, ,6 4,9 a) Bruk den ideelle gassloven til å bestemme tettheten til CH 3CH 2OH (g) ved 100 C og 760 torr. Oppgi svaret i g/ml. R = 0,0821 atm L/mol K PPPP = nnnnnn b) Som en del av øvelsen ble det antatt at kokepunktet til vann var 100 C, men i virkeligheten vil kokepunktet til et stoff avhenge av det ytre trykket i rommet. Hva er sammenhengen mellom kokepunkt og damptrykk, og hvordan påvirker det ytre trykket kokepunktet? c) I forsøket ble massen av den kondenserte gassen målt etter at den var nedkjølt til romtemperatur. Kokepunktet til etanol er så lavt at selv ved romtemperatur vil noe etanol fordampe og fortrenge luft fra kolben. Dette vil føre til at den målte massen av væske blir for lav. Dette kan korrigeres ved å beregne mengden fordampet etanol og gjøres rede for i den endelige beregningen. Regn ut massen til fordampet etanol i mg ved 22 C når volumet til beholderen er 112 ml. Clausius-Clapeyrons likning er oppgitt under. R = 8,314 J/mol K = atm L/mol K. (Hint: Beregn damptrykket til etanol ved 22 C). ln PP 2 = HH vvvvvv 1 1 PP 1 RR TT 2 TT 1 (Clausius-Clapeyrons likning) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 7

8 Oppgåve 6 (Tel 15 av 100 poeng) I lab.kurset vart det gjort ei øving på den molare massen til ei sambinding som skulle finnes ut frå tettheta til stoffet i gassform. Eit av stoffa som vert brukt var etanol (CH 3CH 2OH), og i tabellen under er det gjeve nokon fysikalske data for etanol. Utval av fysikalske data for etanol Kokepunkt ( C) Damptrykk ved kokepunkt (torr) ΔH vap (kj/mol) ΔH fus (kj/mol) 78, ,6 4,9 a) Bruk den ideelle gasslova til å avgjere kva tettheta til CH 3CH 2OH (g) er ved 100 C og 760 torr. Gje svaret i g/ml. R = 0,0821 atm L/mol K PPPP = nnnnnn b) Som ein del av øvinga vert det antatt at kokepunktet til vatn var 100 C, men i røyndomen vil kokepunktet til eit stoff avhenge av det ytre trykket i rommet. Kva er samanhengen mellom kokepunkt og damptrykk, og kva innverknad har det ytre trykket på kokepunktet? c) I forsøket vart massen av den kondenserte gassen målt etter at den var nedkjølt til romtemperatur. Kokepunktet til etanol er så lavt at sjølv ved romtemperatur vil noko etanol fordampe og fortrenge luft frå kolben. Noko som vil føre til at den målte massen av væska vert for lav. Dette kan korrigeras for ved å rekne ut mengda fordampa etanol og ta med i den endelege utrekninga. Rekn ut massen til fordampa etanol i mg ved 22 C når volumet til behaldaren er 112 ml. Clausius-Clapeyrons likning er gjeve under. R = 8,314 J/mol K = atm L/mol K. (Hint: Rekn ut damptrykket til etanol ved 22 C). ln PP 2 = HH vvvvvv 1 1 PP 1 RR TT 2 TT 1 (Clausius-Clapeyrons likning) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 8

9 Det periodiske system UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 9

10 Termodynamiske data UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 10

11 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 11