Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMESOPPGAVE Eksamen i: KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi Dato: Fredag 16.desember 2016 Klokkeslett: 09:00-15:00 Sted: Teorifagbygget hus 1, plan 2 og 3 samt Åsgårdveien 9 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: Rute 11 Bjørn Olav Brandsdal Telefon/mobil: 91674809 B! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no
EKSAMESOPPGÅVE Eksamen i: KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi Dato: Fredag 16.desember 2016 Klokkeslett: 09:00-15:00 Stad: Teorifagbygget hus 1, plan 2 og 3 samt Åsgårdveien 9 Lovlege hjelpemiddel: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: Rute 11 Bjørn Olav Brandsdal Telefon/mobil: 91674809 B! Det er ikkje lov å levere inn kladd saman med svaret. Om det likevel leverast inn, vil kladden bli heldt tilbake og ikkje sendt til sensur. UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 2
Oppgave 1 (Teller 15 av 100 poeng) a) Et grunnstoff i nøytral tilstand har følgende elektronkonfigurasjon: 1s 2 2s 2 2p 4. i. Hvor mange protoner har atomkjernene til grunnstoffet? ii. Hvilken atommasse har grunnstoffet? iii. Hvor mange valenselektroner har grunnstoffet? iv. Hvor mange uparrede elektroner er det i grunntilstanden? v. Hvor mange kovalente bindinger kan et atom av dette grunnstoffet danne? b) Tegn Lewisstruktur for følgende forbindelser: i. CO 2 ii. CH 4 iii. F 3 iv. + F 4 v. F 5 c) Bruk VSEPR-teorien til å bestemme molekylformen og angi bindingsvinklene til forbindelsene i b). Oppgave 2 (Teller 20 av 100 poeng) Følgende ligning beskriver dekomponeringen av kalsiumkarbonat under standard betingelser ved 25 C: CaCO $ s CaO s + CO ( (g) a) Regn ut H for reaksjonen ved 25 C ved å bruke termodynamisk data oppgitt under i Tabell 1. Er reaksjonen endoterm eller eksoterm? b) Forklar om entropien øker eller minker i reaksjonen uten å gjøre utregninger. Bestem S ved å bruke termodynamisk data oppgitt under i Tabell 1. c) Regn ut likevektskonstanten for reaksjonen ved 25 C (R=8.314 J mol -1 K -1 ). d) I hvilket temperaturområde vil reaksjonen være spontan? Forklar hvilke antagelser du må bruke. Tabell 1: Standard dannelsesentropi og dannelsesentalpi. S 0 (J mol -1 K -1 ) H 0 (kj mol -1 ) CaO (s) 40-635.5 CO 2 (g) 213.6-393.5 CaCO 3 (s) 92.9-1207 UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 3
Oppgåve 1 (Tel 15 av 100 poeng) a) Eit grunnstoff i nøytral tilstand har følgande elektronkonfigurasjon: 1s 2 2s 2 2p 4. i. Kor mange proton har atomkjernane til grunnstoffet? ii. Kva for atommasse har grunnstoffet? iii. Kor mange valenselektron har grunnstoffet? iv. Kor mange uparrede elektron er det i grunntilstanden? v. Kor mange kovalente bindingar kan eit atom av dette grunnstoffet danne? b) Teikn Lewisstruktur for følgande sambindingar: i. CO 2 ii. CH 4 iii. F 3 iv. + F 4 v. F 5 c) Bruk VSEPR-teorien til å finne molekylforma og angje bindingsvinklane til sambindingane i b). Oppgåve 2 (Tel 20 av 100 poeng) Følgande likning beskriver dekomponeringen av kalsiumkarbonat under standard føresetnadar ved 25 C: CaCO $ s CaO s + CO ( (g) a) Rekn ut H for reaksjonen ved 25 C ved å bruke termodynamisk data gjeve under i Tabell 1. Er reaksjonen endoterm eller eksoterm? b) Forklar om entropien aukar eller minkar i reaksjonen utan å gjere utrekningar. Rekn ut S ved å bruke termodynamisk data (dannelsesentropi)oppgitt under i Tabell 1. c) Rekn ut likevektskonstanten for reaksjonen ved 25 C (R=8.314 J mol -1 K -1 ). d) I kva for temperaturområde vil reaksjonen vere spontan? Forklar kva du antar. Tabell 1: Standard dannelsesentropi og dannelsesentalpi. S 0 (J mol -1 K -1 ) H 0 (kj mol -1 ) CaO (s) 40-635.5 CO 2 (g) 213.6-393.5 CaCO 3 (s) 92.9-1207 UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 4
Oppgave 3 (Teller 10 av 100 poeng) a) avngi den sterkest intermolekylære kraften som virker mellom molekylene som er vist på figurene i)-v). i. S S ii. C O C O iii. + O iv. H v. b) Ranger kreftene identifisert i a) etter økende styrke. UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 5
Oppgåve 3 (Tel 10 av 100 poeng) a) amngje den sterkaste intermolekylære krafta som er mellom molekyla som er vist på figurane i)-v). i. S S ii. C O C O iii. + O iv. H v. b) Ranger kreftane identifisert i a) etter aukande styrke. UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 6
Oppgave 4 (Teller 25 av 100 poeng) a) Ranger oppgitte syrer i rekkefølge etter økende surhet. Begrunn svaret. i. HBrO, HBrO 3, HBrO 4, HBrO 2 ii. CF 3 COOH, C 3 COOH, CH 3 COOH, CBr 3 COOH b) For hver av følgende saltløsninger bestem om løsningen blir sur, nøytral eller basisk. Begrunn svaret basert på de angitte pk verdier: HC pk a =9.21, H 3 pk b =4.75, H 2 SO 3 pk a1 =1.86 pk a2 =7.17) ac, H 4, H 4 C, a, ahso 3. c) Løselighetsproduktet for Ag er K sp (Ag) = 1.77x10-10, beregn løselighet (g/l) av det tungt løselige saltet i følgende tilfeller i. Ag i vann ii. Ag i en 0.1 M løsning av a d) En CH 3 COOH/CH 3 COO - buffer lages av følgende kjemikalier: Flytende CH 3 COOH (K a =1.8x10-5 ) og aoh (fast stoff). Hvilket forhold mellom [CH 3 COOH] og [CH 3 COO - ] trengs for å få en ph=4.5? e) Skriv reaksjonen som vil danne CH 3 COO - fra CH 3 COOH og OH -. Hvis man trenger 1.0 L buffer med [CH 3 COOH]= 1.0 M, hvor mye av CH 3 COOH og aoh bør man bruke? Angi svaret i volumet (ml) for CH 3 COOH og vekt (g) for aoh. Tetthet for flytende CH 3 COOH er d=1.049 g/cm 3. Oppgave 5 (Teller 10 av 100 poeng) a) Bestem oksidasjonstallet til atomene i følgende forbindelser: Fe $., MnO 2 3, H ( O, H ( O (, C ( O 2 (3 b) Balanser følgende redoksreaksjoner og regn ut cellepotensialet for begge ved hjelp av oppgitt data. MnO 2 3 + C ( O 2 (3 + H. Mn (. + CO ( + H ( O H ( O ( + Fe (. + H. H ( O + Fe $. E 0 (MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1,7 V E 0 (CO 2 /C 2 O 4 2- ) = -0,43 V E 0 (H 2 O 2 /H 2 O) = 1,78 V E 0 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = -0,04 V UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 7
Oppgåve 4 (Tel 25 av 100 poeng) a) Ranger oppgitte syrer i rekkefølge etter aukande surheit. Grunngje svaret. i. HBrO, HBrO 3, HBrO 4, HBrO 2 ii. CF 3 COOH, C 3 COOH, CH 3 COOH, CBr 3 COOH b) For kvar av følgande saltløysningar avgjer om løysninga blir sur, nøytral eller basisk. Grunngje svaret ut ifrå følgande pk verdiar: HC pk a =9.21, H 3 pk b =4.75, H 2 SO 3 pk a1 =1.86 pk a2 =7.17) ac, H 4, H 4 C, a, ahso 3. c) Løyselegheitsproduktet for Ag er K sp (Ag) = 1.77x10-10, rekn ut løyselegheita (g/l) for det tungt løyselege saltet i følgande tilfelle iii. Ag i vann iv. Ag i en 0.1 M løysning av a d) Ein CH 3 COOH/CH 3 COO - buffer lagast av følgande kjemikaliar: Flytande CH 3 COOH (K a =1.8x10-5 ) og aoh (fast stoff). Kva for forhold mellom [CH 3 COOH] og [CH 3 COO - ] trengs for å få ein ph=4.5? e) Skriv reaksjonen som vil danne CH 3 COO - frå CH 3 COOH og OH -. Viss man trenger 1.0 L buffer med [CH 3 COOH]= 1.0 M, kor mye av CH 3 COOH og aoh bør man bruke? Angje svaret i volumet (ml) for CH 3 COOH og vekt (g) for aoh. Tettheit for flytande CH 3 COOH er d=1.049 g/cm 3. Oppgåve 5 (Tel 10 av 100 poeng) a) Finn oksidasjonstallet til alle atoma i følgande tilfelle: Fe $., MnO 2 3, H ( O, H ( O (, C ( O 2 (3 b) Balanser følgande redoksreaksjonar og rekn ut cellepotensialet for begge ved hjelp av oppgjeve data. MnO 2 3 + C ( O 2 (3 + H. Mn (. + CO ( + H ( O H ( O ( + Fe (. + H. H ( O + Fe $. E 0 (MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1,7 V E 0 (CO 2 /C 2 O 4 2- ) = -0,43 V E 0 (H 2 O 2 /H 2 O) = 1,78 V E 0 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = -0,04 V UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 8
Oppgave 6 (Teller 20 av 100 poeng) Kinetikkeksperiment kan benyttes for å bestemme reaksjonshastighet, reaksjonsorden, hastighetskonstant og aktiveringsenergi for en reaksjon. Følgende reaksjon er oppgitt (ubalansert) BrO $ 3 aq + Br 3 aq + H. aq Br ( l + H ( O(l) Kinetikkdata for denne reaksjonen er oppgitt i Tabell 2. Tabell 2 Kinetikkdata for dannelse av brom ved 25 C. Startkonsentrasjoner av reaktanter og målte starthastigheter er oppgitt. Eksperiment nr: [BrO 3 - ] 0 (M) [Br - ] 0 (M) [H + ] 0 (M) v (M/s) 1 0.10 0.10 0.10 8.0*10-4 2 0.20 0.10 0.10 1.6*10-3 3 0.20 0.20 0.10 3.2*10-3 4 0.10 0.10 0.20 3.2*10-3 a) Balanser reaksjonsligningen og sett opp uttrykket for reaksjonshastigheten for hver av reaktantene. b) Forklar hvordan endringer i konsentrasjon, fasetilstand og temperatur påvirker reaksjonshastigheten. c) Bestem reaksjonsorden for hver reaktant, total reaksjonsorden og hastighetskonstanten k for reaksjonen. Bruk kinetikkdata oppgitt i Tabell 2. d) Arrhenius likning kan brukes til å bestemme aktiveringsenergien (E a ) til en reaksjon. Likningen er gitt nedenfor. Bestem aktiveringsenergien til en reaksjon hvor hastighetskonstanten ved 25 C er 12 M -3 s -1 og 37 M -3 s -1 ved 100 C. Oppgi svaret i kj/mol og bruk R = 8.314 J K -1 mol -1. (Tips: Utled likningen ved to forskjellige temperaturer.) k = Ae 3>? @A UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 9
Oppgåve 6 (Tel 20 av 100 poeng) Kinetikkeksperiment kan nyttast for å finne reaksjonshastigheit, reaksjonsorden, hastigheitskonstant og aktiveringsenergi for ein reaksjon. Følgande reaksjon er oppgjeve (ubalansert) BrO $ 3 aq + Br 3 aq + H. aq Br ( l + H ( O(l) Kinetikkdata for denne reaksjonen er oppgjeve i Tabell 2. Tabell 2 Kinetikkdata for danning av brom ved 25 C. Startkonsentrasjonar av reaktantar og målte starthastigheitar er oppgjeve. Eksperiment nr: [BrO 3 - ] 0 (M) [Br - ] 0 (M) [H + ] 0 (M) v (M/s) 1 0.10 0.10 0.10 8.0*10-4 2 0.20 0.10 0.10 1.6*10-3 3 0.20 0.20 0.10 3.2*10-3 4 0.10 0.10 0.20 3.2*10-3 a) Balanser reaksjonslikninga og sett opp uttrykket for reaksjonshastigheita for kvar av reaktantane. b) Grei ut om korleis endringar i konsentrasjon, fasetilstand og temperatur verkar på reaksjonshastigheita. c) Finn reaksjonsorden for kvar reaktant, total reaksjonsorden og hastigheitskonstanten k for reaksjonen. Bruk kinetikkdata gjeve i Tabell 2. d) Arrhenius likning kan nyttast til å finne aktiveringsenergien (E a ) til ein reaksjon. Likninga er gjeve nedanfor. Finn aktiveringsenergien til ein reaksjon kor hastigheitskonstanten ved 25 C er 12 M -3 s -1 og 37 M -3 s -1 ved 100 C. Oppgje svaret i kj/mol og bruk R = 8.314 J K -1 mol -1. (Tips: Utled likninga ved to ulike temperaturar.) k = Ae 3>? @A UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 10
Det periodiske systemet UiT / Postboks 6050 Langnes, -9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 11