Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transkript

1 Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköings Universitet Datum för tentamen Sal TER3 Tid 4-8 Kurskd TFKE52 Prvkd TEN Kursnamn/benämning Prvnamn/benämning Grundläggande kemi Skriftlig tentamen Institutin IFM Antal ugifter 5 ugifter à 0 äng (sm ingår i tentamen) Jur/Kursansvarig (ange vem sm besöker salen) Helena Herbertssn Telefn under skrivtid Besöker salen ca kl. 6 Kursadministratör Rita Fantl / 38/ ritfa@ifm.liu.se Tillåtna hjälmedel Peridiskt system ch miniräknare Redvisa beräkningar ch mtiveringar Övrigt (exemel när resultat kan ses å webben, betygsgränser, visning, övriga salar tentan går i m.m.) Vilken ty av aer ska användas, rutigt eller linjerat Antal exemlar i åsen 70 Rutigt OBS: Fullständiga ch mtiverade lösningar skall alltid ges! LYCKA TILL!

2

3 . a) Litiumnitrid bildas då litium reagerar med kvävgas enligt: 6 Li(s) + N 2 (g) 2 Li 3 N(s) Litiumnitrid har föreslagits sm ett slags förvaringsmedium för vätgas, det vill säga sm en slags energibärare. Hur mycket litiumnitrid erhålls m 5.00 g av vardera reaktanten blandas ch det rcentuella utbytet är 88.5%? (3) b) Iburfen, den verksamma substansen i det smärtstillande läkemedlet Iren, innehåller 75,69% kl, 8,80% väte ch resten syre ch har en mlmassa å ungefär 206 g/ml. Bestäm den emiriska frmeln resektive mlekylfrmeln. c) En bit klsyreis (CO 2 (s)) sm vägde 5.50 g lacerades i ett slutet kärl sm rymmer 0.0 liter sm redan innehöll luft till ett tryck av 705 trr vid 24 C. Klsyreisen mvandlas snabbt till gasfrm (CO 2 (g)). Vad blir ttaltrycket i behållaren efter fullständig mvandling? Ange även hur trycket skulle åverkas m temeraturen ökade. d) Oxalsyra finns bland annat i harsyra ch i rabarber ch bidrar till deras syrliga smak. För att bestämma halten xalsyra i ett rv kan man titrera med en kaliumermanganatlösning (i sur miljö) enligt följande balanserade reaktinsfmel. Balansera frmeln ch ange vilket ämne sm fungerar sm xidatinsmedel. MnO 4 + C 2 O 4 2 Mn 2+ + CO 2 Obalanserad reaktin! e) Om man vill knstatera att ett känt rv består av en viss metalljn kan man sätta till en mtjn för att se m en fällning bildas. i) Vilken mtjn, OH -, Br - eller SO 2-4, skulle du välja m du misstänkte att rvet innehöll Mg 2+? ii) Vilken mtjn, NO - 3, Br - eller SO 2-4, skulle du välja m du misstänkte att rvet innehöll Ag +? () 2. a) Beräkna H samt rtlysgraden i 0.5 M natriumacetat (NaCH 3 COO). K a för ättikssyra är b) En buffert bestd av 0.0 M NH 3 (K b ) ch 0.5 M NH 4 Cl. i) Beräkna H i bufferten. ii) Vad blir H m 2.5 ml 0.20 M HCl adderas till 25 ml buffert? c) Vilken av följande lösningar har högst H? Mtivera ditt svar. A: 0.0 M NaNO 3 B: 0.0 M NaCH 3 COO (natriumacetat) () d) För att testa kemistuderandes förmåga att genmföra ch tlka resultatet av en syrabastitrering med H-meter delades följande svaga enrtniga syrr ut till studenterna: Namn Frmel Mlmassa (g/ml) K a rinsyra CH 3 CH 2 COOH smörsyra CH 3 (CH 2 ) 2 COOH trans-krtnsyra CH 3 (CH) 2 COOH ättiksyra CH 3 COOH

4 En av studenterna löste g av sin syra i avjnat vatten så att lösningens ttalvlym blev 00 ml. Hela rvlösningen titrerades sedan med 0.50 M NaOH, varvid följande titrerkurva erhölls: H ml i) Vilken av syrrna van hade vår student fått? Mtivera med uträkning. ii) Hur kan man se å titrerkurvan att den titrerade syran är en svag syra (m man nu inte hade vetat det från början)? Ange minst ett kännetecken. () e) Beräkna lösligheten för karhydrxid (Cu(OH) 2 ) uttryckt i g/l ch förklara varför saltet är mer lösligt i sur lösning än i basisk. K s för Cu(OH) 2 är a) Vilken atm har elektrnknfiguratinen s 2 2s s s? () b) Vad har atmen med det kemiska tecknet S för elektrnknfiguratin? () c) En rbital för en elektrn i en atm har huvudkvanttalet n 4. Vilka värden å bikvantalet l skulle kunna vara möjliga för denna rbital? () d) Vilken atm har störst radie av Ga, In ch Sn? () e) Rita Lewisstrukturerna för föreningarna nedan. Behövs flera resnansstrukturer? Ange även m mlekylen har ett dilmment: i) NH 3 ii) NO + iii) SO 4 2- (6)

5 4. a) Vid temeraturen 78 C ch trycket atmsfär, vilken av CO 2 (s) ch CO 2 (g) bör ha högst inre energi? () b) Beräkna reaktinsentalin för rstning av yrit till magnetit enligt nedanstående frmel: 3 FeS 2 (s) + 8 O 2 (g) 6 SO 2 (g) + Fe 3 O 4 (s) Följande standardbildningsentalier vid 25,0 C ch vid knstant tryck inm temeraturmrådet gäller: Ämne f H θ (kj/ml) FeS 2 (s) -78,2 Fe 3 O 4 (s) -8,4 SO 2 (g) -296,8 O 2 (g) 0 Ange ckså m reaktinen är endterm eller exterm. (3) c) Vad är innebörden av termdynamikens tredje lag ( tredje huvudsatsen)? () d) För reaktinen i gasfas nedan 2 NO(g) + 2 H 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O(g) har man bestämt att hastighetsekvatinen har utseendet: 2 v k NO H [ ] [ ] i) Vilken är den ttala reaktinsrdningen? () ii) Vid ett visst ögnblick är reaktinshastigheten för bildandet av N ml dm 3 s då kncentratinerna för NO resektive H 2 är 0.5 ml dm 3 resektive 0.05 ml dm 3. Vad är hastighetsknstanten? e) Sönderfallsreaktinen för acetaldehyd undersöktes vid lika temeraturer. Vid 700 K var hastighetsknstanten 0.0 M -/2 s - ch vid 80 K M -/2 s -. (M ml dm -3.) Bestäm aktiveringsenergin a) Asartam är ett sötningsmedel sm är 00 ggr sötare än vanligt scker. Ange de fyra lika funktinella gruerna markerade med ilar sm ingår i asartams struktur:

6 b) β-d-gluks har en sterestruktur enligt figuren nedan. Figuren är ritad i kilfrm där inte alla väten bundna till kl har ritats ut. Rita föreningen i dess stabilaste stlfrmsknfrmatin. c) I vilken av följande lösningsmedel kan man förvänta sig att lösligheten av β-d-gluks (van) är störst. Ge krt förklaring till ditt svar. Bensen Etanl Dietyleter d) Vilken är den förväntade rdukten A för följande reaktin? Ange både struktur ch systematiskt namn. e) Namnge förening B med ett systematiskt namn (utan ntering av sterekemi). Rita även u alla stereismerer av föreningen i Fischer-frm.

7

8 Frmelsamling för Grundläggande kemi Grundläggande fysikaliska samband F mg ; Newtns 2:a lag u λv hc E hv λ emitterad effekt 4 σt ; σ W m 2 K 4 ; Stefan-Bltzmanns lag bjektets ytarea Tλ max K m ; Wiens lag h λ ; mu ; de Brglies våglängd h x ; Heisenbergs säkerhetsrelatin 4π Termdynamik :a huvudsatsen U w + q H U + PV ; definitin av entali H U + RT H i m H i n gas f, i (rdukt) T2 C ( T ) 2:a huvudsatsen S dt T T q j n H S k lnw ; Bltzmanns entritlkning S B i m S i i (rdukt) q j n j S j j f, j (reaktant) G H TS ; definitin av Gibbs fria energi G H T S ; G H T S G i m G i f, i (rdukt) q j n G j f, j (reaktant) (reaktant) För reaktinen aa + bb + ee + ff + definieras reaktinskvten e f { E}{ F}... Q, där {} a b { A} { B}... aktiviteten för res. ämne G G + RT ln Q G RT ln K ; K termdynamisk jämviktsknstant S H S H ln K K ex ex R R T R RT ) Vid utsädd lösning res. vid måttliga gastryck kan man ansätta {A(aq)} [A(aq)] (mlar el. mlal) ch {A(g)} P A (atm). För rent ämne A gäller att {A}. Exemel å rena ämnen är H 2 O(l), Fe(s) sv; för dessa ämnen gäller alltså nrmalt att {H 2 O(l)} {H 2 O(s)} {Fe(s)} {SiO 2 (s)}. Observera att aktiviteten, { }, liksm den termdynamiska jämviktsknstanten, K, saknar enhet.

9 Kemisk jämvikt e f [ ] [ ] [ ] [ ]... E F... För lösningsjämvikten aa + bb + ee + ff är K c ; massverkans lag a b A B För gasjämvikten aa(g) + ee(g) + är K K n ( RT) gas K c Se även ftnt ) under Termdynamik Syrajämvikt HA + H 2 O H 3 O + + A (aq), K a P e E P a A... ; massverkans lag [ H 3 O ][ A ] [ HA] K w [H 3 O + ][ OH ] (25 ºC); vattnets jnrdukt K w H + OH 4 (25 ºC) - + Basjämvikt B + H 2 [ OH ][ HB ] O BH + + OH, K b ; K [ B] b basknstant K w K a K b ; K w K a + K b - [ ] H A K lg [ HA] ; a + Hendersn-Hasselbalch (buffertekvatin) Löslighetsjämvikt A B q (s) A m+ (aq) + qb n+ m+ n+ (aq), [ ] [ ] q K s A B ; K a syraknstant (dissciatinsknstant) Kinetik 0 : e rdningens hastighetsekvatin [ A] [ A] ln[ A] ln[ A] [ A] [ A] e ln 2 k ; (exnentiell frm) [ A] d k ; dt kt (integrerad frm) d[ A] k dt kt (integrerad frm) : a rdningens hastighetsekvatin t 2 A A A [ ] [ ] [ ] kt [ A] halveringstid : a rdningens hastighetsekvatin 2 : a rdningens hastighetsekvatin t 2 k Ea RT + kt ; (integrerad frm) [ A] d dt k ; 2 [ A] halveringstid 2 : a rdningens hastighetsekvatin k A e ; Arrheniusekvatinen Ea ln k ln A (lgaritmerad frm) R T ;

10