Provmoment Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen TK051B Bt2 (Högskoleingenjör i Bioteknik, Åk 2) eller motsvarande. TentamensKod:

Transkript

1 Fysikalisk Kemi Povmoment Ladokkod: Tentamen ges fö: TentamensKod: 7,5 högskolepoäng Tentamen TK051B Bt2 (Högskoleingenjö i Bioteknik, Åk 2) elle motsvaande Tentamensdatum: 23/10/2017 Tid: 14:00 18:00 Hjälpmedel: Valfi miniäknae Fomelblad som delas ut vid tentamen Totalt antal poäng på tentamen: Tentamen omfatta sammanlagt 60 poäng. Fö att få espektive betyg kävs: Fö godkänt (betyg 3) kävs 24 poäng, fö betyget 4, 36 p och fö betyget 5, 48 p Allmänna anvisninga: Nästkommande tentamenstillfälle: Se Konox Rättningstiden ä som längst te vecko Viktigt! Glöm inte att skiva namn på alla blad du lämna in. Lycka till! Ansvaig läae unde tentamen: Telefonnumme:

2 Motivea alla sva!! (Note that English tanslation is given fo some wods. Howeve, the Swedish question is the official question that must be answeed.) 1a) Redogö fö de te antaganden som den kinetiskagasteoin ä basead på (3) b) Vad ä, enligt kinetisk gasteoi, kollisionsfekvensen mellan kväve gasmolekyle (N 2 ) vid 298 K och 3.0 ba? (6) ( a) What ae the thee assumptions that the kinetic gas theoy is based on? b) Accoding to the kinetic gas theoy, what is the collision fequency between nitogen gas molecules at 298 K and 3.0 ba?) 2 Vilket (expansions) abete utfös nä g etanol, C 2 H 5 OH(l), föbänns vid 2,5 atm och 25 o C? Ge svaet i kj. (7) (What is the wok of expansion when g ethanol combusts at 2,5 atm and 25 o C? Give the answe in kj.) 3.a) Anta att fenol, C 6 H 5 OH(s), kan bildas fån gundämnena C(s), O 2 (g) och H 2 (g) vid 45 o C och 1 ba. Använd standadbildningsentalpie och standadentopie vid 25 o C fö att beäkna det maximala nyttiga (icke-expansions) abetet som kan utföas nä 1 mol C 6 H 5 OH(s) bildas vid 45 o C. (8) b) Ä bildningen av fenol spontan vid 45 o C och 1 ba? Motivea ditt sva!! (1) ( a) Assume that phenol, C 6 H 5 OH(s), can fom fom C(s), O 2 (g) och H 2 (g) at 45 o C and 1 ba. Use standad enthalpies of fomation and standad entopies at 25 o C to calculate the maximum useful (non-expansion) wok that can be done when 1 mol C 6 H 5 OH(s) is fomed at 45 o C. b) Is the fomation of phenol spontaneous at 45 o C and 1 ba? Motivate you answe.) 1

3 4. Figuen ovan visa fasdiagammet fö två flyktiga vätsko A och B, vid 1 ba. a) Vilken vätska ä flyktigast? Motivea ditt sva! (1) b) Föklaa i detalj hu man kan ehålla en blandning med molbåket χ =0,9 u en A blandning med molbåket χ =0,2. Använd alla punkte a-g i din motiveing och A föklaa vilken/vilka fasena ä. (5) c) Vad ä ångtycket av sygas, O 2, öve en lösning som innehålle 0,006 g sygas och 10,0g vatten? (3) (The above figue shows the phase diagam fo two volatile liquids A and B at 1 ba. a) Which liquid is the most volatile? Motivate you answe! b) Descibe in detail how one can get a mixtue with mol faction χ =0,9 fom a mixtue with mol faction χ =0,2. Use all A A points a-g in you motivation and explain what phases ae pesent. c) What is the vapou pessue of oxygen above a solution that contains g of oxygen and 10.0 g of wate?) 2

4 5 Betakta en Al 3+ (aq)/al(s) och en Cu 2+ (aq)/cu + (aq) halvcell vid 298 K och standadtillstånd. a) Skiv ned den balanseade spontana eaktion som ske nä man koppla ihop dessa halvcelle. (1) b) Använd elektokemiska data fö att beäkna cellpotentialen fö denna eaktion. (2) c) Använd temodynamiska data fö att beäkna cellpotentialen fö denna eaktion. (4) d) Beäkna eaktionskvoten, Q, fö denna cell vid jämvikt. (2) (Conside the Al 3+ (aq)/al(s) and Cu 2+ (aq)/cu + (aq) half cells at 298 K and standad conditions. a) Wite down the balanced, spontaneous eaction when these two half cells ae coupled togethe. b) Use electochemical data to calculate the cell potential fo this eaction. c) Use themodynamic data to calculate the cell potential fo this eaction. d) Calculate the eaction quotient, Q, fo this cell when it is at equilibium.) 6.a) Häled hastighetsutycket (integated ate law) fö en eaktion av nollte odningen med avseende på eaktant A. Böja med hastighetsekvationen (ate law) och visa alla steg. (5) b) Reaktionen A + B --> C + D ä av nollte odningen med avseende på A. Expeimentella studie visade att koncentation av A minskade fån 30 mol dm -3 till 10 mol dm -3 efte 60 s. Vad ä eaktionshastigheten med avseende på A? (2) c) Vad ä halveingstiden fö A? (2) ( a) Deive the integated ate law fo a eaction that is of zeoth ode with espect to eactant A. Stat with i) the definition of the eaction ate with espect to eactant A and ii) the ate law fo a eaction that is of zeoth ode with espect to eactant A and show all steps. b) The eaction A + B C + D is of zeoth ode with espect to eactant A. Expeimental studies show that the concentation of A deceased fom 30 mol dm -3 to 10 mol dm -3 in 60 s. What is the ate constant with espect to A? c) What is the half-life of A?) 3

5 7) Fö att Cl 2 ska kunna bilda två Cl atome måste de få enegi fån kollisione med anda gasmolekyle, M. Reaktionen ä Cl 2 + M 2Cl + M Fån denna eaktionsfomel skulle man fövänta sig att bildningshastigheten fö Cl ä = 2k[Cl 2 ][M], men expeimentella studie visa att den ä = k[cl 2 ] vid höga koncentatione av M föeslog Lindemann en mekanism som va i öveensstämmelse med den expeimentella hastighetsekvationen ovan. a) Skev ne de steg som ingå i Lindemanns mekanism fö eaktionen ovan. (3) b) Använd steady state appoximationen (SSA) fö att visa att mekanismen ä i öveensstämmelse med den expeimentella hastighetsekvationen vid höga koncentatione av M. (5) ( In ode fo Cl 2 to dissociate to two Cl atoms it must obtain enegy fom collisions with othe gas molecules, M. The eaction is Cl 2 + M 2Cl + M. Fom this equation one may expect that the ate of eaction fo Cl is = 2k[Cl 2 ][M], but expeimental studies show that = k[cl 2 ] at high concentation of M. Lindemann poposed a eaction mechanism that was consistent with these expeimental obsevations. a) Wite down the steps that ae included in the Lindemann mechanism fo the above eaction. b) Use the steady state appoximation (SSA) to show that this mechanism is consistent with the expeimental ate law at high concentations of M.) 4

6 5

7 6

8 7

9 8

10 9

11 10

12 11

13 12

14 13

15 14

16 15

17 16

18 17

19 Fomelsamling i fysikalisk kemi p = ρ g h 1J = 1V x 1A x 1s Enhete: 1J = 1 kg m 2 s -2 1Pa = 1 kg m -1 s Pa = 1 atm Pa = 1 ba 760 To = 1 atm Kinetisk gasteoi p = c = nmc 3V 2 3RT M f = 4π 2π M RT 3 / 2 s 2 exp(-ms 2 /2RT) s λ = RT 2N Aσp σ = π d 2 c = λ z Tillståndsekvatione pv m = 1 + RT B C + 2 V m V m +. p = nrt V nb - a 2 n V 18

20 Temokemi U = q + w w = -p ex V w (max) = -p dv (evesibelt abete i slutet system) = -nrtln V V f i (ideal gas) q = C T H = q (konstant p) U = C v T (konstant volym) H = C p T (konstant tyck) ds = T dq S = nrln S = nrln S = C v ln fus S = vap S = V V P f i P T fus T i f f Ti H f vap T b H (evesibel pocess, ideal gas, konstant tempeatu) (konstant volym) H = U + p V (konstant tyck) G = H - T S (konstant tyck och tempeatu) G = - T S total (konstant tyck och tempeatu) G = w (max) (konstant tyck och tempeatu) G Θ Θ = n f G pod) pod H Θ Θ = n f H pod) pod S Θ = ns Θ pod) pod eak ( - ( - ( - Θ Θ n f G ( eak) eak Θ n f H ( eak) eak ns ( eak) dg = V dp S dt G m = RT ln p f pi (ideal gas, konstant tempeatu) 19

21 Clausius-Clapeyons ekvation: ln p f p i ΔH vap 1 1 = R T i T f G = G Θ + RT lnq G Θ = -RT lnk Θ p µ J (g) = µ J (g) + RT ln J (ideal gas) Θ Θ µ J (l) = µ J (g) + RT ln Θ F=C-P+2 p p p J * + RT ln χ J (ideal lösning) p j = χ j K j p j = χ j p* T f = K f b j T b = K b b j Π V n j R T h RT Bc = 1+ + c ρgm M )= n n ( χ A χ A c ( χ A χ A ) Kichhoffs lag: H Θ (T 2 ) = H Θ (T 1 ) + C p T van t Hoff ekvation: ln K(T 2 ) = ln K(T 1 ) + H Θ R 1 T1 1 T 2 20

22 Elektokemi G = -ν FE (evesibel stöm) Nenst ekvation: E = E Θ - E Θ = RT νf RT νf S Θ = ν F lnk E ln Q Θ ( T ) E Θ ( T T2 T1 S Θ H Θ = G Θ + T 2 1) Reaktionkinetik = k [A] = k [A][B] = k [A] 2 = k [A][B][C] [ A ] 0 ln =kt [ A] 1 [ A ] = 1 [ A ] 0 + kt k = A exp(-e a /RT) ln k( T2 ) E = a 1 1 k( T1 ) R T1 T2 Langmiu isothem: p θ = A k p des A + k ads Lindemann: kakb AB M = k M + k [ ][ ] a'[ ] b Michaelis-Menten: d = [ P] k b [ S] = dt [ S] + K M [ E ] ν dä 0 K M k = a' + k k a b 21

23 22