Program for Elektro og Datateknikk/ AFT Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 3 Oppgave 1 a) Angi norske navn på følgende forbindelser : i) KNO3 : Kaliumnitrat. Kalium er et alkaliemetall som alltid har +I ii) H2O2 : Hydrogenperoksid. Peroksidionet er O2 2, mens H alltid har +I. iii) WCl6 : Wolfram(VI)klorid. Wolfram er et metall som kan ha flere okstall. iv) FeSO4 : Jern(II)sulfat. Jern er et metal som enten har +II eller +III. v) H2SO4 : Svovelsyre. Syrer angis med trivialnavn. vi) FeS : Jern(II)sulfid. Sulfidionet har ladningen S 2. vii) N2O4 : Dinitrogentetraoksid. Både nitrogen og oksygen er ikke-metaller. viii) NH4Cl : Ammoniumklorid. Ammoniumionet (NH4 + ) har alltid +I. ix) Ba3N2 : Bariumnitrid. Barium er et jordalkalimetall som alltid har + II. Nitrid er N 3 pga plasseringen til N i det periodiske system. N trenger tre elektroner for å få fullt skall. x) CdO : Kadmiumoksid. Kadmium er et metall som bare kan ha okstall +II. Dette kan vi se fra det periodiske system på side 39 i oppslagsboken. b) I dette delspørsmålet skal vi se på BeCO3 4H2O. i) Atom% av beryllium, karbon, oksygen og hydrogen i BeCO3 4H2O skal bergnes. Totalt er det 17 atomer i BeCO3 4H2O. Atom% Be (1/17) 100% 5,88 % Atom% C (1/17) 100% 5,88 % Atom% O (7/17) 100% 41,18 % Atom% H (8/17) 100% 47,06 % ii) Vekt % av beryllium, karbon, oksygen og hydrogen i BeCO3 4H2O. Molvekt BeCO3 4H2O 141,1 g/mol Atomvekt Be 9,012 g/mol Atomvekt C 12,01 g/mol Atomvekt O 16,00 g/mol Atomvekt S 32,07 g/mol - 1 -
9,012 Vekt% Be (100%) 6,39 % 141,1 12,01 Vekt% C (100%) 8,51 % 141,1 7 (16,00) Vekt% O (100%) 141,1 79,38 % 8 1,008 Vekt% H (100%) 141,1 5,72 % iii) Det skal finnes hvor mange oksygenatomer er det i 2,00 mg av BeCO3 4H2O? Antall mol BeCO3 4H2O finnes ved å dele vekt på molvekt. Antall mol BeCO3 4H2O (2,00 10 3 gram)/(141,1 g/mol) 1,42 10 5 mol Siden det er sju oksygenatomer i BeCO3 4H2O, må vi multiplisere med 7. Antall mol O-atomer 7 (1,42 10 5 mol) 9,92 10 5 mol Antall atomer finnes ved å multiplisere antall mol med Avogadros tall. Antall O atomer (9,92 10 5 mol) (6,022 10 23 atomer/mol) 5,98 10 19 atomer c) Du har tilgjengelig 2,00 liter av 16,0 M HNO3. Det skal gjøres beregninger og foreslås en prosedyre for å lage en løsning på 200 ml av 0,400 M HNO3. Bruker fortynningsloven : c1 V1 c2 V2 V 1 c2 V2 (0,400 M) (200 ml) 5,00 ml c (16,00 M) 1 Tenk på ordtaket : Vann i syre er uhyre. Man må derfor ha en del vann i målekolben før det tilsettes syre. Forslag til prosedyre : 1) Tilsett ca 150 ml destillert vann til en 200 milliliters målekolbe. 2) Pipetter ut 5,00 ml av konsentrert HNO3 og tilsett den til målekolben. 3) Fyll opp med destillert vann til målestreken på målekolben. Bland og merk kolben. - 2 -
Oppgave 3 a) Influensamedisinen Tamiflu inneholder 61,51 vekt% karbon, 9,03 vekt% hydrogen, 8,97 vekt% nitrogen og 20,49 vekt% oksygen. Molvekten til Tamiflu er 312,40 g/mol. Tar basis i 100 gram Tamiflu. Antall mol C (61,51 gram)/(12,01 g/mol) 5,121 mol Antall mol H (9,03 gram)/(1,008 g/mol) 8,958 mol Antall mol N (8,97 gram)/(14,01 g/mol) 0,640 mol Antall mol O (20,49 gram)/(16,0 g/mol) 1,281 mol Nitrogen er det elementet som vi har færrest mol av. Derfor er det lurt å se på molforhold med nitrogen i nevneren. Antall mol C Antall mol N (5,121 mol) (0,640 mol) 8,00 8 Antall mol H Antall mol N (8,958 mol) (0,640 mol) 14,00 14 Antall mol O Antall mol N (1,281 mol) (0,640 mol) 2,00 2 Den empiriske formelen blir : C8H14NO2 Beregner empirisk vekt : Empirisk vekt 8 (AC) + 9 (AH) + 1 (AN) + 2 (AC) 8 (12,01 g/mol) + 14 (1,008 g/mol) + (14,01 g/mol) + 2 (16,00 g/mol) Empirisk vekt 156,2 g/mol Den oppgitte molvekten på 312,4 g/mol er dobbelt så stor som den empiriske vekten. Molekylformelen blir : C16H28N2O4 b) Nikkel(II)klorid reagerer med natriumfosfat til en utfelling av nikkel(ii)fosfat. 3NiCl2(aq) + 2Na3PO4(aq) NiCl2(aq) + 6NaCl(aq) Det skal sees på hvor mange gram av reaktantene som trengs for å danne 100 gram av Ni3(PO4)2(s) Beregner hvor mange mol nikkel(ii)fosfat som det er i 100 gram. Ni3(PO4)2(s) står ikke i tabell 5 i SI, slik at vi må regne ut molvekten fra de respektive atomvektene. Molvekt Ni3(PO4)2 3 (58,69) + 2 (30,97) + 8 (16,01) 366,09 g/mol - 3 -
Antall mol Ni3(PO4)2(s) (100 g)/(366,09 g/mol) 0,273 mol i) Fra støkiometrien ser en at det trengs 3 mol NiCl2(aq) pr mol NiCl2(aq) Nødvendig antall mol NiCl2(aq) 3 (0,2732 mol) 0,8195 mol Nødvendig vekt av NiCl2(aq) (0,8195 mol) (129,6 g/mol) 106,2 gram ii) Fra støkiometrien ser en at det trengs 2 mol Na3PO4 pr mol NiCl2(aq) Nødvendig antall mol Na3PO4(aq) 2 (0,2732 mol) 0,5463 mol Nødvendig vekt av Na3PO4(aq) (0,5463 mol) (163,9 g/mol) 89,5 gram c) En redoksligning skal balanseres i vandig surt miljø. Det finnes mange ulike metoder for å balansere redoksligninger. Nedenfor er det vist en av metodene. Zn(s) + Cl2O7(aq) Zn 2+ (aq) + Cl2(g) (surt miljø) 1) Zn oksideres fra 0 til +II Oks 2 Cl reduseres fra VII til 0 Red 7 2) Skriver ligningen pr. atom av det som oksideres/reduseres. Zn(s) + 1/2Cl2O7(aq) Zn 2+ (aq) + 1/2Cl2(g) 3) Kryssmultipliserer med differanse i oksidasjonstall 7Zn(s) + Cl2O7(aq) 7Zn 2+ (aq) + Cl2(g) 4) Ligningen er skrevet med lavest mulig heltall. 5) Massebalansen for Zn og Cl er oppfylt. 6) Balanserer elektronøytralitet med H +. 7Zn(s) + Cl2O7(aq) + 14H + (aq) 7Zn 2+ (aq) + Cl2(g) 7) Balanserer massebalanse for H og O ved hjelp av H2O. 7Zn(s) + Cl2O7(aq) + 14H + (aq) 7Zn 2+ (aq) + Cl2(g) + 7H2O 7) Ligningen er balansert. Alle massebalanser er oppfylt. - 4 -
Oppgave 3 a) I et primært alkalisk magnesiumbatteri skjer følgende totalreaksjon : Mg(s) + 2MnO2(s) + H2O(l) Mn2O3(s) + Mg(OH)2(s) Batteriet i har en batterikapasitet på 1050 mah. Omregner batterikapasiteten til As. (1050 mah) (10 3 A/mA) (3600 s/h) 3780 As Nødvendig antall mol av reaktantene kan finnes fra Faradays lov : Antall mol Mg : (3780As) (2ekv / mol) (96485As / ekv) 1.96 10 2 mol Antall mol MnO2 : (3780As) (1ekv / mol) (96485As / ekv) 3.92 10 2 mol Finner nødvendig vekt ved å multiplisere med de respektive molvektene. Vekt Mg : (1.96 10 2 mol) (24.31 g/mol) 0.48 g Vekt MnO2 : (3.92 10 2 mol) (86.9 g/mol) 3.41 g b) ph skal beregnes i 0,20 M eddiksyre. Eddiksyre CH3COOH er en monoprotisk svak syre med pka 4,76. For enkelhetsskyld skriver vi ofte eddiksyre som HAc, der Ac tilsvarer acetationet CH3COO. HAc(aq) H + (aq) + Ac (aq) Start : 0.2 0 0 Likevekt : 0.2 x x x Ka ([H + ] [ Ac ])/[HAc] 10 4.76 Ka (x) (x)/(0.2 x) 10 4.76 Antar x << 0.2 slik at ligningen kan forenkles til : Ka (x) (x)/(0.2) 10 4.76 x 2 0.2 10 4.76 10 5.46 x 10 (5.46)/2 10 2.73 [H + ] x ph log([h + ] 2.73-5 -
Vi må sjekke om antakelsen er OK. Generelt kan en si at en antakelse er OK hvis det tallet en neglisjerer er mindre enn 10% av det tallet en sammenligner med. Hvis antakelsen ikke er OK, så må man løse en fullstendig 2. gradsligning. En god regel er at man til slutt alltid sjekker antakelsen. [(10-2,73 )/(0.2)] 100 % 0,9 % Mindre enn 10% betyr at antakelsen er OK. c) En ønsker å skille Cl og I ved hjelp av selektiv felling. Fast AgNO3 tilsettes langsomt til en løsning som inneholder 1.0 10 3 mol/l av Cl og 1.0 10 3 mol/l av I. Finner løselighetsprodukt fra tabell 19 i SI-CD. Ksp(AgCl) 1.8 10 10 Ksp(AgI) 8.3 10 17 Beregner hvor stor konsentrasjonen av Ag + må være før en får felt ut henholdsvis AgCl(s) og AgI(s). Finner løselighetsprodukt fra tabell 19 i SI-CD. Ser først på AgCl(s) AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Q [Ag + ] [Cl ] Utfelling skjer når Q > Ksp [Ag + ] [Cl ] > Ksp [Ag + ] > (1.8 10 10 )/(1.0 10 3 ) 1.8 10 7 mol/l AgCl(s) felles ut når [Ag + ] er større enn 1.8 10 7 mol/l Ser deretter på AgI(s) AgI(s) Ag + (aq) + I (aq) Q [Ag + ] [I ] Utfelling skjer når Q > Ksp [Ag + ] [I ] > Ksp [Ag + ] > (8.3 10 17 )/(1.0 10 3 ) 8.3 10 14 mol/l AgI(s) felles ut når [Ag + ] er større enn 8.3 10 14 mol/l Konklusjon : AgI(s) felles ut først. - 6 -
Oppgave 4 Oppgave 5-7 -
Oppgave 6-8 -