1
Oppgave 1 (30%) Den 20. april 2010 inntraff en eksplosjon på boreriggen «Deepwater Horizon» i Mexicogolfen, hvorpå riggen sank. Om årsaken sa ledelsen at et «unormalt høyt trykk» bygde seg opp på bunnen av stigerøret og så «ekspanderte raskt og ble antent». Naturgass, med metan som hovedbestanddel, kan ha vært en årsak. a) Bruk den ideelle gassloven (pv=nrt) til å estimere hvor stort volum 200 L metangass på bunnen av stigerøret (150 atm, 5 o C) utgjør etter at gassen har kommet opp til overflaten (1 atm, 25 o C). Hvor mange mol metan tilsvarer dette? (R=0,0820578 LatmK -1 mol -1 ) (6p) b) Beregn varmemengden som blir frigitt hvis metangassen fra a) forbrennes. Anta at reakjonen går isotermt og isobart ved 1 atm og 298K: (5p) CH 4 (g) + 2O 2 (g) --> CO 2 (g) + 2H 2 O (l) Figur 1 viser et fasediagram for ren metan: Figur 1 c) Lag en skisse av figuren og merk av områdene der metan er i fast form, væskeform og gassform. Hva representerer punktene A og B? (6p) Clausiuss-Clapeyrons ligning viser sammenhengen mellom trykk (p), temperatur (T) og fordampningsentalpien, H vap for et rent stoff: ln p H vap 1 1 p0 R T T0 d) Kokepunktet for metan ved 1 atm er -162 o C. Bruk dette og tilstanden i punkt A (0.1bar, 91K) til å beregne fordampningsentalpien for CH 4 (1 atm = 1,01325 bar, R= 8.314 JK -1 mol -1 ). Hvorfor har metan så lavt kokepunkt? (6p) En elev gjør et eksperiment hvor 5,270 g metanol (CH 3 OH) forbrennes ved 25,000 o C i et bombekalorimeter med varmekapasitet C kal =17 354 JK -1. Etter eksperimentet måler eleven temperaturen i kalorimeter til 31,886 o C. 2
e) Skriv balansert reaksjonsligning og beregn molar endring i indre energi, U m, og entalpi, H m, for reaksjonen. (7p) Oppgave 2 (20%) Tabellen under viser reaksjonshastigheter ved ulike substratkonsentrasjoner for oksidasjonen av etanol til acetaldehyd. Reaksjonen er katalysert av enzymet alkohol dehydrogenase. Måling Etanol (mol/l) Hastighet (min -1 ) 1 0,007 0,06 2 0,015 0,11 3 0,031 0,16 4 0,400 0,28 En enkel mekanisme (Michaelis-Menten) for enzymkatalysen er: Starthastigheten, v o, er gitt ved: E, S og P er respektive enzym, substrat og produkt. a) Forklar hva som menes med K m og V max i hastighetsuttrykket. (4p) Hastighetsuttrykket kan omformes til : b) Bruk Linewaver-Burk metoden til å bestemme K m, V max og k 2 (k cat ) for reaksjonen. Enzymkonsenstrasjonen er 2,0 x 0-4 M. (6p) c) Hvordan kan en avgjøre fra et Lineweaver-Burk plot om en enzymkatalysert reaksjon er uten inhibering eller har ulike former for inhibering? (5p) d) Om et enzym øker hastighetskonstanten for en reaksjon med en faktor på 10 5 ved 37 C, hvor mye reduserer enzymet aktiveringsenergien for reaksjonen (Gå ut fra at enzymet ikke forandrer frekvensfaktoren A). Hastighetskonstanten, k, er gitt ved k = A e -(Ea/RT) der Ea er aktiveringsenergien. R= 8.314 JK -1 mol -1. (5p) 3
Oppgave 3 (25%) 1. Ved romtemperatur er grunnstoffet klor (Cl) diatomisk, dvs. Cl 2. (a) Hvilken tilstand befinner Cl 2 seg i ved romtemperatur (fast, flytende, eller gass)? (2 poeng) (b) Nevn et diatomisk halogen grunnstoff som ved romtemperatur befinner seg i en annen tilstand enn Cl 2. (2 poeng) 2. Figuren nedenfor viser et forenklet molekylorbitaldiagram for Cl 2 basert på valensorbitalene til Cl. (a) Elektronkonfigurasjonen til et Cl atom i grunntilstanden er 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5. Hvor mange valenselektroner har Cl? (2 poeng) (b) Tegn MO diagrammet for Cl 2 som vist på figuren og fyll på alle valenselektroner til Cl i atomorbitalene og i molekylorbitalene (tegn hvert elektron som en pil med spinn opp eller spinn ned) (4 poeng) 3. For MO erne på MO diagrammet til Cl 2 : Tegn hver MO (MO1 til MO8) og de atomorbitaler som den er generert ifra. Symmetrien for hver MO er gitt på diagrammet. 4
Stjerne (*) indikerer en antibindende orbital. I din besvarelse, anta et koordinatsystem, hvor Cl 2 ligger på z-aksen (se figur). (8 poeng) 4. Bruk MO diagrammet for Cl 2 til å beregne bindingsorden (bond order på engelsk) til Cl 2. Forklar fremgangsmåten. (3 poeng) 5. Fjerning av et elektron fra Cl 2 fører til dannelse av ionet Cl 2 +. Bruk MO diagrammet for Cl 2 til å forutsi om Cl 2 + har en kortere eller en lengre bindingslengde enn Cl 2. Begrunn svaret. (4 poeng) Oppgave 4 (25%) 1. Platina (Pt) er et edelmetall. Angi minimum 3 andre edelmetaller utover Pt. (3 poeng) 2. Platina brukes i bilkatalysatorer for å omdanne f.eks. CO til CO 2. Er denne prosessen en form for heterogen eller homogen katalyse? Begrunn svaret. (2 poeng) 3. Komplekset trans-[ptcl 2 Br 2 ] er plankvadratisk ( square-planar ): Tegn minimum 4 symmetrielementer for trans-[ptcl 2 Br 2 ] utover identitets-elementet E. (8 poeng) 4. Komplekset [PtCl 6 ] 2- er oktaedrisk. (a) Oppgi oksidasjonstrinnet og antall valens d-elektroner for Pt i [PtCl 6 ] 2-. Elektronkonfigurasjonen av et nøytralt Pt atom i grunntilstanden er [Xe]4f 14 5d 9 6s 1. (3 poeng) (b) Komplekset [PtCl 6 ] 2- har en lavt-spinn ( low-spin ) elektronkonfigurasjon. Hvor mange uparete d-elektroner har Pt i [PtCl 6 ] 2-? (3 poeng) 5
5. Der finnes 6 forskjellige isotoper av platina i naturen. En av dem, 190 Pt, er ustabil. 190 Pt nedbrytes under utsendelse av -partikler (= He 2+ partikler). (a) Hvor mange protoner og nøytroner har en -partikkel? (3 poeng) (b) Nedenfor vises en ligning for nedbrytning av 190 Pt: Z er antall protoner og A er antall protoner + nøytroner. Bestem verdiene av A og Z i ligningen og vis hvilket element som dannes ved -nedbrytning av 190 Pt. Et periodisk system er vedlagt for bruk i denne oppgaven. (3 poeng) 6
Vedlegg 1: Det periodiske system 7
Vedlegg 2: Termodymamisk data for utvalgte organiske forbindelser ved 298 K 8
Vedlegg 3: Termodynamisk data for utvalgte uorganiske forbindelser ved 298K 9