NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt fr materialteknlgi Faglig kntakt under eksamen: Dagfinn Bratland, tlf. 93976 EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI Lørdag 20. mai 2006 kl. 09001300 Hjelpemidler: C Trykte hjelpemidler: Aylward & Findlay: SI Chemical Data Frmelark (siste ark i ppgaveteksten). Sensuren faller uke 24 2006. Skriv krt! Angi fremgangsmåte g vesentlig mellmregning ved løsning av regneppgaver. Nødvendige data hentes fra SI Chemical Data dersm annet ikke er angitt. Oppgave 1 (Tilsvarer deleksamen 1) a) Skriv reaksjnsligningen når hvert av metallene Al(s) g Zn(s) reagerer med HCl (aq). En metallpulverblanding består av Al(s) g Zn(s). 4,36 g av blandingen tilsettes saltsyre. Når alt metall har reagert, er det utviklet 2,81 L hydrgengass. Gassen samles pp ver løsningen ved 20 C g 756 Trr. (Damptrykket av saltsyreløsningen antas tilnærmet lik damptrykket ver rent vann.) Hvr mange ml H 2 (g) innehlder gassen? Beregn mlbrøken av henhldsvis Al(s) g Zn(s) i den pprinnelige metallpulverblandingen. b) Knsentrasjnen av løsninger angis ftest i mlaritet, mlalitet, mlbrøk (mlprsent) eller vektprsent. Definer hver av disse begrepene. Når er det aktuelt å bruke mlalitet fremfr mlaritet? Oppgave 2 (Tilsvarer deleksamen 2) a) Beregn ph i 0,75 M CH 3 CH 2 COOH (prpinic acid) Hva er en bufferløsning? b) Du skal lage 1 L bufferløsning med ph=5,5 ved å blande 0,75 M CH 3 CH 2 COOH g 1,0 M NaOH. Hvr mange ml må du bruke av hver av de pprinnelige løsninger? Oppgave 3 (Tilsvarer deleksamen 3) a) Rent karbn frbrenner med støkimetriske mengder ren O 2 (g) til CO 2 (g). Hvr mye varme utvikles når 1 ml C frbrenner? Hvilken temperatur får prduktet hvis all reaksjnsvarmen blir igjen i reaksjnsprduktet? Side 1 av 5
TMT4110 Kjemi 20.05.2006 Side 2 av 5 b) Beregn H ved 25 C fr reaksjnen HCl (g) = HCl (aq) Hva blir temperaturen i vannet når 1 ml HCl (g) løses i 1 L vann g utgangstemperaturen er 0 C? Gå ut fra at varmekapasiteten i saltsyreløsningen er den samme sm fr rent vann. Oppgave 4 (Tilsvarer deleksamen 4) a) Kmplettér g balansér følgende reaksjnsligninger: I sur løsning ClO 3 + Sb (s) HClO 2 (aq) + SbO + 2 I basisk løsning MnO 4 O 2 (g) + MnO 4 b) En knsentrasjnscelle består av t halvceller med en sinkelektrde i hver. Hver av elektrlyttene er i likevekt med fast Zn(OH) 2. ph i elektrlyttene er henhldsvis 5,83 g 8,76. Beregn celleptensialet. Oppgave 5 a) Kvikksølvhydrksid, Hg(OH) 2, er et tungtløselig stff. Skriv pp løselighetsprduktet, K sp (Hg(OH) 2 ), g den reaksjnsligning løselighetsprduktet gjelder fr. Hg(OH) 2 vil løse seg til en viss grad i en klridløsning idet følgende reaksjn skjer: Hg(OH) 2 (s) + 4 Cl = HgCl 4 2 + 2 OH (1) Finn likevektsknstanten fr reaksjn (1) ut fra data du finner i SI Chemical Data. Hva er G fr reaksjn (1)? b) Hvr mange gram NaCl (s) må man tilsette 1,0 L vann fr at 0,20 g Hg(OH) 2 skal løse seg ved likevekt ved 25 C? (Løsningens vlum antas å frbli knstant.) Dersm man i stedet ville løse Hg(OH) 2 i en vandig HClløsning med samme klridknsentrasjn sm i NaClløsningen, ville mye mer Hg(OH) 2 være løst ved likevekt. Frklar årsaken til dette. (1 setning.) Oppgave 6 a) Kvikksølv(II)sulfid frekmmer i t mdifikasjner, αhgs(s) g βhgs(s). Av disse er αhgs(s) termdynamisk mest stabil ved 25 C? Hvrledes kan du se det ut fra freliggende tabelldata? Kvikksølv kan fremstilles fra sulfidet etter reaksjnen αhgs(s) + O 2 (g) = Hg(g) + SO 2 (g) (1) Beregn H g S fr reaksjnen ved 25 C. (Pass på benevning!) Kmmenter frtegnet g størrelsen av S. b) Anta at H g S er uavhengige av temperaturen, g beregn G fr reaksjnen ved 900 K. Hvrfr kan du ikke benytte tabellverdien fr G i denne beregningen? Beregn likevektsknstanten fr reaksjn (1). Oppgave 7 a) Hva mener vi med begrepet annen rdens reaksjn?
TMT4110 Kjemi 20.05.2006 Side 3 av 5 Frklar krt (1 setning) hva vi mener med begrepet aktiveringsenergi. Hvrdan kan aktiveringsenergien fr en reaksjn reduseres? Gi et eksempel på en reaksjn der aktiveringsenergien er redusert. b) Det er påvist at reaksjnen CH 4 (g) + 2 S 2 (g) = CS 2 (g) + 2 H 2 S (g) (1) er en annen rdens reaksjn. Hastighetsknstanten ved t frskjellige temperaturer er gitt i tabellen: Temp./ C Hastighetsknstant k /(ml/l) 1 s 1 550 625 Beregn aktiveringsenergien fr reaksjnen. 1,1 6,4 Oppgave 8 a) Den såkalte ktettregelen er et nyttig hjelpemiddel fr å freslå mlekylstrukturer. Frklar krt hva regelen går ut på. Vis lewisstrukturen til følgende mlekyler: Cl 2, NF 3, SO 2, SeF 4. (En eller flere av disse har resnansstruktur.) Hvilke av mlekylene har diplmment? b) Gjør krt rede fr elektrnparfrastøtningsmdellen fr mlekylstrukturer. (VSEPR.) (2 3 setninger.) Freslå mlekylgemetri g bindingsvinkler fr NF 3 g SO 2 ved hjelp av denne mdellen. Oppgave 9 a) Hva mener vi med begrepet elektrnegativitet? Hvrledes kan verdiene fr grunnstffenes elektrnegativitet benyttes til å frutsi bindingenes natur i en frbindelse? Hva mener vi med begrepet van der Waalske bindinger? b) Beskriv krt bindingsfrhldene i følgende frbindelser: Na (s), LiF (s), CO 2 (g), HCl (l), SiO 2 (s). Frklar krt hva vi mener med hydrgenbinding? (Maks. 2 setninger.) Nevn typiske eksempler på frbindelser der vi finner hydrgenbinding.
TMT4110 Kjemi 20.05.2006 Side 4 av 5 Oppgave 10 a) Gi navn til følgende 3 rganiske stffer: b) Tegn frmelen g gi navn til tre ismere med bruttfrmel C 3 H 6 O 2 der dbbeltbinding C=C ikke frekmmer.
TMT4110 Kjemi 20.05.2006 Side 5 av 5 FORMEL KOMMENTAR PV = nrt Ideell gass Pi = n RT/V ( PT = Pi ) Partialtrykk av i i i C = q / T Varmekapasitet E = q + w H = E + PV H = q p Endring i indre energi Entalpi Knstant P. Bare vlumarb. H = H f ( prdukter) H f (reaktanter) Husk støkimetriske keffisienter H T = H 298 + CP T C p knstant K 2 H 1 1 H g S knstant ln = K1 R T1 T2 dqrev Entrpiendring ds = T T C p knstant ST = S298 + CP ln 298,15 G = H TS Gibbs energi. Fri energi. G = H TS Endring i fri energi ved knstant T G T = H 298 TS 298 G = G + RT ln G = G + RT ln a Q C p 0 Reaksjnskvtient, Q Aktivitet (relativ), a G = RT ln K Likevektsknstant, K G = nfe Celleptensial, E Q = It = n e F Elektrisk ladning RT 0,0592 E = E lnq= E lg Q, 25 Nernsts ligning C nf n 1 d[a] 1 d[c] l m n p Reaksjnshastighet fr r = = = k[a ] [B ] [C ] [D ] a dt c dt aa + bb cc + dd Ttal rden = l + m + n + p E a Hastighetsknstant, k k = A e RT Aktiveringsenergi, E a