TENTAMEN KEM 011, DEL A och B

Transkript

1 TENTAMEN KEM 011, DEL A och B Göteborgs Universitet Institutionen för Kemi Kurs: KEM 011 VT2011 Datum: Tid: Sal: Kursansvarig: Övriga lärare: V-huset, se anslagstavla Per Hall (tel ) S. Wall ( ) D. Turner ( ) J. Poulsen ( ) Z. Abbas ( ) LÄS DETTA INNAN DU BÖRJAR!! Obs!! Endast EN uppgift per blad!! Skriv namn och uppgiftsnummer på varje ark!! Lösningarna skall vara överskådliga och lättlästa. Definiera tydligt införda beteckningar och motivera uppställda ekvationer. Skriv reaktionsformler! Ofullständiga motiveringar ger poängavdrag! För godkänt fordras 50 % av maximal poängsumma. Utöver Godkänd utdelas betygen Underkänd och Väl Godkänd. Hjälpmedel: Räknedosa (även grafritande, men ej nätansluten) utan instruktionsbok. Formelsamling ( gröna blad ) som utdelades vid kursstart (utan egna anteckningar). Om ej annat anges: Temperatur = 25 C; pkw = 14.00; aktivitetsfaktorer = 1 Tentamensresultat: Tentamensresultat anslås torsdag 14/4 på anslagstavlan vid studieexpeditionen kemi. Tentamensvisning sker samma dag kl i rum Tentamen makuleras inom 12 månader från tentamensdatum. Kursutvärdering: Hjälp oss förbättra grundkursen i kemi genom att noga fylla i blanketten för kursutvärdering. Tack på förhand! Del A = Fråga 1-8. Del B = Fråga LYCKA TILL!!! 1

2 DEL A 1. Du gör upprepade mätningar i ett havsvatten på ett visst stort vattendjup (under havets solbelysta ytvattenzon). Du kan betrakta vattnet som stagnant, dvs. inget utbyte med angränsande vattenmassor äger rum. Du observerar att koncentrationen av organiskt kol och av syrgas i vattnet sjunker medan koncentrationen av CO 2 ökar som funktion av tiden, och konstaterar att en mineraliseringsprocess sker i vattnet. Redogör för: a. Vilken substans oxideras? (2 p) b. Vilken substans reduceras? (2 p) c. Vilket ämne fungerar som oxidationsmedel? (2 p) d. Vilket ämne fungerar som reduktionsmedel? (2 p) 2. Balansera följande reaktion: Fe 2+ + Cr 2 O H + Fe 3+ + Cr 3+ + H 2 O (4 p) 3. Förklara Le Chatelier s princip (5 p) 4. a. Vad är en amfotär substans (eng. amphoteric substance)? (2 p) b mol av den starka syran HA löses i 1 L rent vatten. Vad blir ph? Redovisa uträkningen. (2 p) c. Du har 250 ml av en 1,00 mm HF-lösning. Till denna vattenlösning tillsätter du 100 ml 0,50 mm NaF-lösning. Förklara kvalitativt hur ph förändras i HF-lösningen av denna tillsats. Motivera svaret. (2 p) d. Vad måste en lösning innehålla för att fungera som en buffert? (2 p) 5. a. Ovan visas tre fördelningsfunktioner (betecknade med siffrorna 1, 2 och 3) för hastigheterna för tre gaser vid 25 o C. Gaserna är O 2, He och N 2. Tillordna de tre kurvorna de tre gaserna. Motivera dina ställningstaganden. (3 p) b. Det finns ingen enhet på abskissan (x-axeln). Föreslå någon lämplig enhet. Motivera ditt val. (2 p) 2

3 6. Betrakta en solid box med två avdelningar vardera med volymen 1 L. Den ena avdelningen är fylld med ammoniak vid 50 o C och 0.5 atm. Den andra avdelningen är fylld med metan vid 90 o C och 0,35 atm. Anta nu att de båda avdelningarna befinner sig i termisk kontakt och efter en viss tid befinner sig de båda avdelningarna i termisk jämvikt. Beräkna vilken temperatur de bägge gaserna har då. För NH 3 är C v =26,75 JK -1 mol -1 och för CH 4 är C v = 27,00 JK -1 mol -1. Dessa värmekapaciteter antas för enkelhets skull vara oberoende av temperaturen. Bägge gaserna kan betraktas som ideala. (5 p) 7. Svavelväte H 2 S är en giftig och reaktiv gas vars närvaro kan detekteras vid mycket låga halter på grund av dess dåliga lukt. En människa med normalt luktsinne kan känna lukten då dess tryck är ca atm. Den reagerar med t.ex SO 2 till vatten och elementärt (rombiskt) svavel enligt formeln 2H 2 S(g) + SO 2 (g) 3S(s) + 2H 2 O(g) a. Beräkna G o för reaktionen som går åt höger vid 25 o C utgående från tabelldata. (3 p) b. Beräkna därefter G för samma reaktion då trycket av H 2 S är atm och trycket av SO 2 är 0,01 torr. Vattenångans tryck är 23,76 torr (mättnadstrycket vid 25 o C). Utgående från din beräkning avgör om reaktionen vid de angivna trycken går åt vänster eller höger. (4 p) 8. a. Skissa fasdiagrammet för vatten, dvs ett diagram där du har tryck på ordinatan (yaxeln) och temperatur på abskissan (x-axeln). Ange vad de olika linjerna och ytorna står för. (2 p) b. Identifiera trippelpunkten och den kritiska punkten och diskutera den fysikaliska innebörden av dessa begrepp. (3 p) c. Utgående från ditt fasdiagram förklara varför isen ute i naturen smälter vid en temperatur (0 o C), som ligger under temperaturen (0,0098 o C) för trippelpunkten. (3 p) 3

4 DEL B 9. a. Hur många elektroner i en atom kan ha beteckningen (i) 6f; (ii) 6d xy, (iii) 7p? (3 p) b. Följande joniseringsenergier gäller för Mg: Mg = Mg + + e - I 1 = 735 kj/mol Mg + = Mg 2+ + e - I 2 = 1445 kj/mol Mg 2+ = Mg 3+ + e - I 3 = 7730 kj/mol Varför är I 2 större än I 1? Varför sker så stor ökning mellan I 2 och I 3? (3 p) c. Gruppen 6 i det periodiska systemet utgörs av grundämnena Cr, Mo, W och Sg. Dessa har följande elektronstrukturer i grundtillståndet: Cr: [Ar] 4s 1 3d 5 Mo: [Kr] 5s 1 4d 5 W: [Xe] 6s 2 5d 4 Sg: [Rn] 7s 2 6d 4 Vilka faktorer avgör om grundtillståndet har strukturen av typ s 1 d 5 eller s 2 d 4? Vilken faktor dominerar vid respektive strukturtyp? (4 p) 10. a. Rita Lewisstrukturer för SO 3 (S är centralatomen) och XeO 4. (2 p) b. Ange för dessa respektive molekyler vilken geometri som förväntas enligt VSEPR-teorin (2 p) c. Ange vilken hybridisering som måste åberopas vid S- resp- Xe-atomerna i dessa molekyler (2 p) 11. Svara på följande frågor för var och en av gaserna N 2, O 2, NO, Ar: Behöver man ett diagram över molekylorbitalerna för att kunna avgöra huruvida respektive gas är diamagnetisk eller paramagnetisk? Motivera svaren. (4 p) 12. Betrakta gasfas reaktionen 2 N O ( g) 4 NO ( g) O ( g) I ett experiment har följande koncentrationer av ( ) 2 5 tid / sekunder [ NO 2 5] / (mol/l) Bestäm om reaktionen är av första eller andra ordningen med avseende på 2 5 ( ) N O g. Bestäm också hastighetskonstanten. (5 p) 4

5 13. För en bestämd reaktion gäller att reaktionshastigheten fördubblas när temperaturen ökar från 293K till 303K. Bestäm aktiveringsenergin för reaktionen från Arrhenius ekvationen: (5 p) k1 R T2 T1 k2 E 1 1 ln( ) a. Obs! Fråga skall ej besvaras av LKE110 studenterna! 14. a. Atomradien för en kopparatom är 1,28 Å (1 Å = 10-8 cm). Koppar kristalliserar i en ytcentrerad (fcc) kubiskt tätpackad struktur. Beräkna enhetscellens kantlängd och kopparens densitet. (6 p) b. Selen (Se) är en halvledare. Den används i kopiatorer. Vilken typ av halvledare skulle man få om en liten mängd Indium (In) skulle tillsättas till ren selen? (2 p) c. De kristallina föreningarna Na 2 O, CdS och ZrI 4 kan alla beskrivas som kubisk tätpackade strukturer av anjoner med katjoner i det tetraedriska hålet. Alla har enhetcell fcc. Vilken fraktion av det tetraedriska hålet är besatta i varje förening? (2 p) 15. a. Hur varierar generellt atomradien och jonradien längs en period och längs en grupp för s- och p- block elementen? Argumentera enbart utifrån grupperna 1A, 2A, 6A och 7A, när det gäller jonradierna. (3 p) b. Visa med hjälp av två tydliga bilder skillnaden i strukturerna hos grafit och diamant. Ange hybridisering i kolbindningarna i dessa två former av kol. Varför uppvisar normalt inte kisel dessa två allotropa former? (3 p) c. Namnge följande komplexa föreningar i) [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 2 ii) [Pt(H 2 O)(CO) 3 ]Br 2 (2 p) d. Förklara vad som menas med länkande-isomerism, stereoisomerism, och optiskisomerism. (2 p) 5