TENTAMEN I KEMI TFKE

Transkript

1 Linköpings Universitet IFM-Kemi. Kemi för Y, M. m. fl. (TFKE09) TENTAMEN I KEMI TFKE Lokal: TER2. Skrivtid: Ansvariga lärare: Nils-la Persson, tel. 1387, alt Stefan Svensson, tel alt Tillåtna hjälpmedel: Poänggränser: Räknedosa, formelblad (bifogas tentamen), periodiskt system. Minst halva antalet poäng för godkänt.

2 Linköpings Universitet IFM-Kemi TFKE09 Formelsamling för allmän kemi för Y m.fl. Gaslagar. P V = n R T P A = x A P tot n Allm. gaslagen Partialtryck och molbråk A x A = Molbråk (även andra faser) n tot Ångtryck P = P P A = x A P A * & Ävap ' exp $ ( % R ' T #! " 0 Ångtrycks temperaturberoende Raoults lag för lösningsmedel. Kolligativt ΔT = k b i π = c i R T Fryspunktneds. och kokpunktsförhöjn. smotiskt tryck Kemisk jämvikt. aa + bb +... #!! " pp + rr +... ( ) K = K! R! T p c " n p r { } { } a b { } { } P! R!... A! B!... = K Jämviktsekv. (Massverkans lag) Samband K p - K c (gaser) 2 2 #!! " [ 3 + ] [ ] = K w Vattnets jonprodukt p + p = pk w a + 2 #!! " b b + 2 #!! " + b! 3 = Ka a "! a + a! b = K b Syrakonstant Baskonstant p = pk log b a + a Buffertekv. Ka! K b = Kw pk a + pk b = pk w Samb. syra- - baskonst. A p B q (s) #!! " pa n+ + qb m [A n+ ] p. [B m ] q = K s Löslighetsprodukt Termodynamik. = U + p. V Δ = ΔU + R. T. Δn gas Entalpi G = T. S ΔG = Δ T. ΔS (T = konst.) Gibbs fria energi aa + bb +... #!! " pp + rr +... Vid jämvikt: ΔG = 0 och ΔG o = R. T. ln K Elektrokemi. ΔG = n. F. E E cell = E + - E o R " T E = E! n " F Reaktionskinetik. { } { ox} ln red p r { } { } a b { A} { B}! G! G R T ln P R o " "... = + " " " "... Ritas med + till höger (formellt). " Nernst formel för halvceller

3 aa + bb +... pp + rr +... r v =! 1 d A 1 d P... a " dt = = p " dt Reaktionshast. ln A o = k! t 1:a ordn. A 1 1! = k " t 2:a ordn. lika konc. A A o Ea lnk =! + R T lna Arrhenius ekvation " Konstanter. Elementarladdningen e 1, As eller C Avogadros konstant N A 6, mol 1 Faradays konstant F (= N. A e) 9, As. mol 1 Boltzmanns konstant k 1, J. K 1 Gaskonstanten R (= N. A k) 8,31451 J. K 1. mol 1 8, liter. bar. K 1. mol 1 8, liter. atm. K 1. mol 1 6, liter. torr. K 1. mol 1 Plancks konstant h 6, J. s Atomära massenheten u 1, kg Elektronens massa m e 9, kg Tryckomvandlingar: 1 atm = 760 torr = 1,01325 bar = Pa. Periodiska systemet.

4 Tentamen i Kemi, TFKE09, a) Skriv kemisk formel för följande två ämnen: Magnesiumklorat och ammoniumvätesulfit. b) Namnge följande ämnen: SbN och KI 3. c) Skriv reaktionsformel för följande reaktion: Klorgas framställs genom att man låter konc saltsyra droppa ned på fast brunsten (Mn 2 ). Det bildas då dessutom bl. a. mangan(ii) klorid i vattenlösning. d) Två rena grundämnen förekommer vid rumstemperatur (25 o C) och atmosfärstryck i vätskeform, kvicksilver och brom. Ge en molekylär förklaring till hur dessa vätskor skiljer sig åt i fråga om i) Ångtryck ii) Elektrisk ledningsförmåga (4 p) 2. a) Bromoform har grundämnessammansättningen 94,85 % brom, 0,40 % väte och 4,75 % kol. Bestäm bromoforms empiriska formel (d.v.s. minsta möjliga formelenhet). (3 p) b) Bromoform är gasformigt vid C och 1,000 atm tryck. Densiteten för denna gas är 6,950 g/l. Bestäm härur och med hjälp av svaret från uppg. a) molekylformeln för bromoform. Ångan må anses som ideal gas. c) Beräkna molariteten hos 30,0 % saltsyra. Densiteten är g/ml d) Vad menas med att joner är hydratiserade i vattenlösning? Vilken typ av bindningar är det som uppträder? Ange vilken jon som bör vara starkast hydratiserad av litiumjoner eller natriumjoner och motivera ditt val. (3 p) 3 a) En elektron i en atom karakteriseras i kvantmekaniken av sin vågfunktion, Ψ(r,θ,φ). ur kan man ur denna bestämma elektrontätheten i en punkt? (1 p) b) ur är den radiella fördelningsfunktionen för en elektron relaterad till vågfunktionen? Rita upp dess principiella utseende som en funktion av r för en 2s-orbital för väteatomen. (3 p) c) Skriv upp elektronkonfigurationen för klor och förklara härur några viktiga egenskaper hos halogener. (3 p) d) Skissera utseendet av enhetscellerna för natriumklorid och cesiumklorid. Vad förklarar skillnaden i kristallstruktur? Visa också att molförhållandena mellan jonerna i enhetscellerna blir de rätta i båda fallen (4 p)

5 4. a) Vi tänker oss att två väteatomer närmar sig varandra från oändligt långt avstånd. Rita en kurva hur den potentiella energin varierar med avståndet mellan atomerna när de närmar sig varandra. Vilka krafter är det som dominerar i de olika delarna av kurvan? Vad kallas den typ av bindning som uppkommer. (3 p) b) Rita i kurvan i a) (eller en likadan) upp dissociationsenergin och bindningslängden. c) Rita upp en eller flera Lewisstrukturer för svaveldioxid och avgör utifrån dem om molekylen är linjär eller vinklad. (3 p) d) ur är molekylen SF 6 uppbyggd? Detta överensstämmer inte med oktettregeln. ur kan man teoretiskt förklara detta och vad kallas fenomenet? 5. a) Lantan(III)fosfat kristalliserar som hemihydrat. Vid upphettning avger det sitt vatten enligt en första ordningens reaktion: 2 LaP 4 1 / 2 2 (s) 2 LaP 4 (s) + 2 (g) Denna reaktion kan följas genom att man mäter mängden bildad vattenånga som funktion av tiden. Man har fått följande värden på hastighetskonstanten vid olika temperaturer: Temperatur ( o C) ast.konst. (s 1 ) 2, , , , Beräkna ur dessa data aktiveringsenergin och den pre-exponentiella faktorn (= frekvensfaktorn). (6 p) b) Reaktionen mellan kväveoxid och syrgas: 2 N(g) + 2 (g) 2 N 2 (g) kan antas ha en allmän hastighetsekvation: dp( 2 ) r = " = k! p( N) m! p( ) n 2 dt Ange en försöksserie som skulle kunna avgöra värdena på reaktionsordningarna med avseende på de båda reaktanterna, m resp. n med hjälp av att mäta med ett ämne i stort överskott. Vi antar att vi har behållare och mätmöjligheter för de hastigheter och tryck som behövs. c) Silverbromid har löslighetsprodukten 5, Vad blir lösligheten för AgBr i vatten, uttryckt i g/l? 6. a) Kolsyra 2 C 3, är en svag syra med K a1 = 4, (M) och K a2 = 4, (M). Beräkna p i en 0,100 M vattenlösning av natriumkarbonat (Na 2 C 3 ). (5 p) b) Vad skiljer en galvanisk cell från en elektrolyscell? c) Skriv halvcellektrodreaktioner och den totala cellreaktionen för den elektrokemiska cellen Zn Zn(N 3 ) 2 (aq,0,10m) AgN 3 (aq, 0,10M) Ag + Ange också standardcellspänningen, E o cell om E o (Ag + /Ag) = 0,80V och E o (Zn 2+ /Zn) = 0,76 V

6

7 7. Namnge följande föreningar och ange vilken/vilka av dem som är optiskt aktiva, dvs. kan vara i enantiomer form. (10 p) a b c d e f 8.a) Etanol och dimetyleter har samma molekylvikt, men föreningarnas kokpunkt skiljer sig avsevärt. Vilket bör ha högst kokpunkt och vad är anledningen till detta? (3 p) b) Avge med en förklaring vilken förening i nedanstående par som har lägst pk a (dvs har surast väte)? (4 p) 3 C C eller Cl 2 C C eller c) Ange de båda stolformerna av cis-3-etyl-1-metylcyklohexan och förklara vilken som är stabilast. (3 p) 9 a) En blandning av bensoesyra, anilin och metylbensoat löst i ett organiskt lösningsmedel skakas (extraheras) med i tur och ordning: 0,1M Cl-lösning och 0,1 M Na-lösning. Vad finns i varje lösning efter denna extraktion? Förklara kortfattat vad som sker i varje extraktionsteg. (6 p) b) Ange vilken produkt som erhålls vid följande reaktioner. (4p) a)!!!! C=C 2 + Br!!!!!!!! b)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! + Na 2 Cr c) Bensoesyraanhydrid + anilin d) Me + C3-I

8 10 a) Ange reaktionstyp S N 1, S N 2, E1 eller E2 för följande reaktioner: (4 p) C Br C 2 5 Na C C C Br C C C 2 5 C 2 5 Br C 2 5 Na C 2 5 C 2 5 C Br C C C b) Estern etyl 2-metylbutanoat kan hydrolyseras med hydroxidlösning till 2-metylbutansyra och etanol. Ange esterns sterokemi som (R) eller (S), samt visa mekanismen för hydrolysen. (1+5 p) 3 C C C