NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt fr materialteknlgi Faglig kntakt under eksamen: Dagfinn Bratland, tlf. 93976 EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI Lørdag 12. august 2006 kl. 0900-1300 Hjelpemidler: C Trykte hjelpemidler: Aylward & Findlay: SI Chemical Data Frmelark (siste ark i ppgaveteksten). Sensuren faller uke 36 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) Et metall M (s) reagerer fullstendig med HCl (aq) g danner H 2 (g) g en løsning av MCl 2 (aq). Skriv reaksjnligningen - Bestem atmvekten til M (s) når 5,000 10-3 ml M (s) reagerer g danner 0,9165 g MCl 2 (aq). - Hvilket metall M (s) var det sm reagerte? 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) Hvrdan defineres ph g pk a 25,0 ml HCl (aq) av ukjent knsentrasjn titreres med 0,100 M NaOH. Ved ekvivalenspunktet er ttalvlumet av syren g tilsatt base lik 40,0 ml. Hva var knsentrasjnen av syre i løsningen før tilsats av base? - Hvr mange ml av 0,100 M NaOH må tilsettes HCl-løsningen fr at ph skal bli 2,0? b) Baseknstanten, K b, fr den rganiske basen trimetylamin er 6,5 10-5. Beregn syreknstanten, K a, fr trietylammniuminet, (CH 3 ) 3 NH +. - Slå pp K a fr HCN i SICD. Beregn K b fr cyanidinet CN -. Oppgave 3 (Tilsvarer deleksamen 3) a) Betrakt reaksjnen mellm jern(iii)ksyd g aluminium metall: Fe 2 O 3 (s) + 2 Al (s) 2 Fe (s) + Al 2 O 3 (s) (1) - Hvr mye varme utvikles når 1 ml Fe 2 O 3 reagerer? -Hvilken temperatur får prduktet hvis all reaksjnsvarmen blir igjen i reaksjnsprduktet? Side 1 av 5
TMT4110 Kjemi 12.08.2006 Side 2 av 5 b) - Beregn H ved 25 C fr reaksjnen H 2 SO 4 (l) = 2 H + + SO 4 2- (aq) - Hva blir temperaturen i vannet når 1 ml H 2 SO 4 (l) løses i 1 L vann g utgangstemperaturen er 0 C? Gå ut fra at varmekapasiteten i svvelsyreløsningen er den samme sm fr rent vann. Oppgave 4 (Tilsvarer deleksamen 4) a) Kmplettér g balansér følgende reaksjnsligninger: - I sur løsning Cr 2 O 7 2- + H 2 SO 3 = Cr 3+ + HSO 4 - - I basisk løsning Cr(OH) 3 - + IO 3 - = CrO 4 2- + I - b) Bruk standard reduksjnsptensialer i SICD fr å beregne standard celleptensial ved 25 C fr reaksjnen - 6 Br - (aq) + Cr 2 O 7 2- (aq) + 14 H + (aq) 3 Br 2 (l) + 2 Cr 3+ (aq) 7 H 2 O (l) - beregn gså likevektsknstanten Oppgave 5 a) Beregn løseligheten av sølvsulfat, Ag 2 SO 4, i hver av de følgende: - vann - 0,10 M AgNO 3-0,20 M K 2 SO 4 b) Hva er frutsetningen fr at den relative løseligheten av t salt kan sammenlignes direkte ved å sammenligne verdien av løselighetsprduktene? Bestem fr hvert av de følgende t par av faste stff, hvilket stff sm har lavest mlar løselighet: - CaF 2 (s) eller BaF 2 (s). - Ca 3 (PO 4 ) 2 eller FePO 4. Oppgave 6 a) - Etan kan spaltes til eten g hydrgen. Reaksjnsligningen er C 2 H 6 (g) = C 2 H 4 (g) + H 2 (g) (1) - Beregn H g G fr reaksjnen ved 25 C. (Pass på benevning!) - Er reaksjnen endterm eller eksterm? - Hvrdan vil likevekten frskyves når vi øker temperaturen? b) Beregn likevektsknstanten til reaksjn (1) ved 25 C - Anta at H g S er uavhengige av temperaturen, g beregn G fr reaksjnen ved 727 C. - Nevn i stikkrds frm mmenter sm underbygger denne antagelsen. - Hvrfr kan du ikke benytte tabellverdien fr G i denne beregningen?
TMT4110 Kjemi 12.08.2006 Side 3 av 5 Oppgave 7 a) - Hva betyr det at en kjemisk reaksjn er av 2. rden? - Den generelle kjemiske reaksjn A B + C (1) er av 2. rden. Angi den differensielle hastighetsligning. - Bruk dette uttrykket til å utlede den integrerte hastighetsligning - Hvrdan kan aktiveringsenergien fr en reaksjn reduseres? - Gi et eksempel på en reaksjn der aktiveringsenergien er redusert. b) Ved 25 C er hastighetsknstanten til reaksjn (1) k = 1,10 10-2 (ml L -1 ) -1 s -1. Begynnelsesknsentrasjnen til A er 3,20 ml L -1. Hvr lang tid vil det ta før begynnelsesknsentrasjnen til reaktant A er halvert? - Ved 40 C halveres begynnelsesknsentrasjnen av A (det vil si 3,20 ml L -1 ) på 12 s. Beregn aktiveringsenergien til reaksjn (1). Oppgave 8 a) Den såkalte ktettregelen er et nyttig hjelpemiddel fr å freslå mlekylstrukturer. Frklar krt hva regelen går ut på. Ammniakk g brtriflurid reagerer g danner en frbindelse NH 3 + BF 3 = H 3 NBF 3 Gi en frklaring på reaksjnen ut fra mlekylenes lewisstruktur. Vis lewisstrukturen til følgende mlekyler: H 2 O, HCl, BF 3, PCl 3.. b) Gjør krt rede fr elektrnparfrastøtningsmdellen fr mlekylstrukturer. (VSEPR.) (2-3 setninger.) Freslå mlekylgemetri g bindingsvinkler fr H 2 O g BrF 3 ved hjelp av denne mdellen. Oppgave 9 a) Beskriv krt de tre typer kjemisk binding: Kvalent binding, inebinding g metallbinding. - Fr hver av bindingstypene nevn tre eksempler på frbindelser. - Hva mener vi med begrepet elektrnegativitet? - Hvrledes kan verdiene fr grunnstffenes elektrnegativitet benyttes til å frutsi bindingenes natur i en frbindelse? b) Frklar hva sm menes med hydrgenbinding - Angi kkepunktet fr følgende stff: HF, HCl, HBr, HI. (Jf. SICD.) - Hvrledes kan du frtlke variasjnen i disse dataene ved hjelp av ideen m hydrgenbinding. - Tettheten fr vann er høyere enn fr is. Prøv å gi en krt frklaring på denne kjennsgjerning
TMT4110 Kjemi 12.08.2006 Side 4 av 5 Oppgave 10 a) Nevn de ulike typer alkhler. - Hva er en eter? - Hvrledes fremstilles eterne? b) Gi rasjnale navn (IUPAC-navn) på følgende frbindelser:
TMT4110 Kjemi 12.08.2006 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