LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

Transkript

1 NTNU Norges teknisknaturvitenskapelige universitet Fakultet for naturvitenskap og teknologi Institutt for materialteknologi Seksjon uorganisk kjemi TMT KJEMI LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 006 OPPGAVE a) Al (s) + 3 H + Al H (g) Zn (s) + H + Zn + + H (g) Vanndamptrykket i hydrogengassen: 7,5 Torr. P (7567,5) 70 Torr PV 70,8 Antall mol hydrogen: n 0, mol RT 760 0, x mol Al + y mol Zn H x 3/ mol H + y mol H 0, mol H (x mol 7 g mol ) + (y mol 65, g mol ),36 g,5 x + y 0, (65,) 7x + 65,y,36 () 98, x 7 x 7,6,36 3, x 0,036 mol Al; y 0,086 mol Zn x 0, 036 Molbrøk av hydrogen: 0,73 x + y 0, , 086 y 0, 086 Molbrøk av sink: 0,57 x + y 0, , 086 OPPGAVE a) 0,75 M HA (HApropionsyre) K a,ha,87 HA H + + A [H + ] [A ] + H A [ HA],87 () Antagelser: I [H + ] >> 7 II [H + ] << [HA] o [H + ] [A ] [H + ] 0,75,87,99 [H + ],50 ph,50 Kontroll av antagelser: Antagelse I: OK Antagelse II:,50 << 0,75 0, OK b) ph 5,5 Sur løsning tilsatt NaOH brukes opp HA + OH A + H O

2 A,87,87 Ligning ():,7 + 5,5 [ HA] H x ml 0,75 M HA + y ml,0 M NaOH 00 L buffer x + y 00 mol mol [HA] ( 0,75 L ) ( L L 00 ml x,00 L 00 ml ) [A mol L ] (, 00 ) y [ HA] L 00 ml,00 mol A ( ) y 00 ml 0,75 mol,00 mol 00 ml x 00 ml ( ) ( ) 00 x 00 x, 7 0, 75x+ x 00, 75x 00 y x ml syre + (00x) ml NaOH y, 00 y 0,75x,00y 00x 7,7x70 x 570 8, 7 OPPGAVE 3 00 x,7 0, 75 x (00 x) 6 ml syre y (006) ml 378 ml NaOH a) C (s) + O (g) CO (g) mol: ΔH r 39 kj Det utvikles 39 kj varme Spesifikk varmekapasitet for CO (g) 37 J mol K Kalorimeterligningen: q C P ΔT q ΔT C J 37 J K 650 K P T K b) HCl (g) HCl (aq) ΔH f 9 67 kj mol P ΔH r kj q ΔT C J 8 K J 75 ( + 55,5) mol K mol T K

3 3 OPPGAVE a) ClO 3 + Sb (s) HClO (aq) + SbO + +V +III ClO 3 + e HClO 3 0 +III Sb (s) SbO + +3e 3 ClO 3 + Sb (s) 3 HClO + SbO + Sur løsn., bal. med H + og H O: 5 H + H O 3 ClO 3 + Sb (s) + 5 H + 3 HClO + SbO + + H O MnO O (g) + MnO +VII +VI MnO e MnO II 0 Basisk løsn., bal. med OH og H O: OH O (g) +e + H O MnO + OH MnO + O (g) + H O Legg merke til at de to halvreaksjonene vi balanserer med, fines i tabell, side 38 og 39, SICD. b) Halvcelle nr. : Sinkelektrode dypper i en løsning med ph5,83 Halvcelle nr. : Sinkelektrode dypper i en løsning med ph8,76 Siden det er oppgitt at løsningen er i likevekt med Zn(OH) : Zn(OH) Zn + + OH K sp 3,8 7 3,8 7 6, + Zn 3,8 8,7 3,8 5, Halvcelle nr. : poh 8,7 [OH ] 8,7 [Zn + 7 ] ( ) Halvcelle nr. : poh 5, [OH ] 5, [Zn + 7 ] ( ) E 8,7 ( ) 5, ( ) 0,059 log 0,095 (6,3,8) 0,73 V Alternativt: E OPPGAVE 5 0,059 log 0, 059 log 8,7 5, 0,73 V etc. 0,83,5 6 a) K sp (Hg(OH) ) 3,6 6 Hg(OH) (s) Hg + + OH Hg(OH) (s) + Cl HgCl + OH () Her dannes kompleksionet HgCl med stabilitetskonstanten K 5,6 (tabell 0A) Hg(OH) Hg + + OH K sp (Hg(OH) ) 3,6 6

4 Hg + (s) + Cl HgCl K 5,6 Hg(OH) (s) + Cl HgCl + OH () K K K sp 5,6 3,6 6,3 ΔG RT ln K 8,3 98 ln,3 56 kj b) HgCl Cl 0,0 g Hg(OH),3 0, 0 3,6 8,53 mol HgCl OH Cl, 3 ( 8,53 )( 8,53 ),3 7,36 Cl,0 mol m NaCl,0 58, 9 g Tilsats av HCl i stedet for NaCl ville ha forskjøvet likevekten lenger mot høyre OPPGAVE 6 a) ΔG f er mer negativ for αhgs enn for βhgs. αhgs (s) + O (g) Hg (g) + SO (g) ΔH f kj mol S J K mol Δ H o r 78 kj Δ S o r 36 J K Det dannes mol gass av mol gass. Stor positiv ΔS b) ΔG ΔH T ΔS kj ΔG kan ikke regnes uavhengig av temperaturen. ΔG (98 K) kan ikke brukes. ΔG ln K 0, RT 8,3 900 K 7, OPPGAVE 7 a). ordens reaksjon har hastighetslov: Hastighet da k [ A] dt For at reaksjonen skal finne sted, må systemets energi overstige en minimumsverdi, aktiveringsenergien. Aktiveringsenergien kan reduseres ved hjelp av en katalysator, Eksempel. [ ] b) Ea k Ae RT Ea k Ae RT k k Ea R T T a ln e k E k R T T

5 5, E E 6, 8, ,3 a a ln, 05, 76 E a 5, kj OPPGAVE 8 a) Oktettregelen sier at atomene i. og 3. periode søker å oppnå 8 elektroner (edelgasskonfigurasjon) i ytterste skall. Cl 7 elektroner. Full oktett rundt hvert Clatom i et atomig molekyl. NF 3 N 5 elektroner 5 5 F 7 elektroner 3 7 Sum 6 elektroner Full oktett rundt hvert Fatom (3 8) + ledig elektronpar på Natomet. SO S 6 elektroner 6 6 O 6 elektroner 6 Sum 8 elektroner. Med full oktett rundt hvert Oatom (6 elektroner) blir det kun 3 elektronpar rundt Satomet. En av bindingene må gjøres til en dobbeltbinding. (Obs! Resonans!) SeF Se 6 elektroner 6 6 F 7 elektroner 7 8 Sum 3 elektroner Med full oktett rundt hvert Fatom (3 elektroner) blir det 5 elektronpar rundt Seatomet, derav ett ledig. Alle unntatt Cl har dipolmoment. b) Elektronparene i valensskallet søker størst mulig avstand mellom hverandre. Ikkebindende elektronpar opptar større plass enn bindende. Dette gjør bindingsvinkelen mellom bindende par mindre enn den ideelle vinkel. NF 3 Trigonal pyramidal. Bindingsvinkelen noe mindre enn tetraedervinkelen SO Vinklet molekyl. Bindingsvinkel. elektronpar i dobbeltbinding virker i denne sammenheng som en enkeltbinding. De tre atomene sitter i hjørnene av en likesidet trekant. OPPGAVE 9 a) Elektronegativitet er et atoms evne til å trekke til seg elektroner. Stor forskjell i elektronegativitet mellom atomer i en forbindelse tilsier polar binding (ionebinding). Liten forskjell tilsier ikkepolar binding (kovalent binding). Van der Waalske bindinger er et fellesnavn for bindinger mellom molekylene i en gass. b) Na(s) metallbinding. LiF(s) ionebinding. CO kovalent binding i molekylene, van der Waalskrefter mellom molekylene. HCl (l) kovalente bindinger i molekylene, hydrogenbindinger mellom molekylene. SiO tredimensjonal nettverkstruktur, Silisium tetraedrisk omgitt av oksygen. Hydrogenbinding m/eksempler Grunnstoff i. periode.

6 6 OPPGAVE a) 3etyl.dimetylheksan 3heksanon butyletanat b) H H H H O // H C C O C H H C C C \ H O H H H OH metyletanat (metylacetat) propansyre H H H C O C C H O H H etylmetanat (etylformiat) Metoksyetanal hydroksypropanon Etylformiat