Tentamen i Allmän Kemi, del 2

Transkript

1 Linköpings Universitet Institutinen ör Fysik, Kemi ch Bilgi (IFM) Tentmen i llmän Kemi, del (NKE04 m.l.) Måndg den 4 kter 0, kl Hjälpmedel: peridiskt system, rmelsmling (igs tentn) miniräknre, rdk nsvrig lärre: Helen Herertssn Per-Olv Käll Henrik Pedersen Tentn mttr 6 uppgiter m 0 päng 60 p Säkert gdkänt 0 p OBS : Fullständig lösningr skll lltid ges! OBS : Om ej nnt nges är temperturen 5 C ch trycket.00 tm. Uppgit ) Skriv jämviktsuttrycket ör 4NH (g) 5O (g) 4NO(g) 6H O(g). Åt vilket håll örskjuts jämvikten m jämvikten ställts in i ett slutet kärl ch kärlets vlym minskr? Mtiver. ( p) ) Jämviktsknstnten ör rektin () nedn är vid 700 C. () H (g) S (g) H S(g) Beräkn utirån dett jämviktsknstnten ör rektin (): () H S(g) H (g) ½S (g) ( p) c) Initilt örs 4.0 ml vätejdid, HI, in i ett kärl sm rymmer 9.60 l. När jämvikten HI(g) H (g) I (g) ställt in sig vid 40 C kunde mn knstter tt det nns M H i systemet. Beräkn K c smt K p ör jämvikten. ( p) d) En student vill ered en cettuert sm sk h ph Hn utgår rån 0.00 l 0.5 M ättikssyr (pk 4.76) ch sätter till st ntriumcett (NOOCCH ). Hur mycket ntriumcett sk hn tillsätt? Brtse rån eventuell vlymökning. ( p) Uppgit ) Studentern på en kurs i llmän kemi genmörde syr-stitrering med ph-meter v öljnde svg, enprtnig syrr: Nmn Frmel Mlmss Ättiksyr CH COOH nilinhydrklrid C 6 H 5 NH Cl 9.58 Bensesyr C 6 H 5 COOH. Butnsyr (smörsyr) C H 7 COOH 88.0 En v studentern löste 0.59 g v sin syr i vjnt vtten, så tt lösningens ttlvlym lev 80 ml. Prvlösningen titrerdes med 0.50 M NOH, vrvid öljnde titrerkurv erhölls:

2 0 9 ph ml (i) vgör genm lämplig eräkning vilken v syrrn vn vår student titrerde. (4 p) (ii) nge ett ungeärligt pk -värde ör syrn. ( p) ) Beräkn lösligheten ör klciumst, C (PO 4 ), i rent vtten (uttryckt i g/dm ). K sp ör C (PO 4 ) är. 0. ( p) c) Är C (PO 4 ) mer löslig i sur, neutrl eller sisk lösning? Mtiver ditt svr. ( p) d) Briumsult, BSO 4, är ett svårlösligt slt sm nvänds sm kntrstmedel vid röntgenundersökning v rämst mg- ch trmknlen. Kmmer en ällning v riumsult tt ilds m 0.0 ml M N SO 4 sätts till 00 ml. 0 4 M BCl? För BSO 4 är K sp ( p) Uppgit mmniumnitrt, sm nvänds åde ör knstgödning ch sm sprängämne, kn sönderdels i lustgs (dikvävexid) ch vttenång enligt: NH 4 NO (s) N O(g) H O(g) Termdynmisk dt ör de ktuell ämnen är: Ämne H (kj ml ) (kj ml ) S (J K ml ) NH 4 NO (s) N O(g) H O(g) ) vgör åt vilket håll rektinen vn är örskjuten vid 5 C. ( p) ) Är rektinen ex- eller endterm? ( p)

3 c) Ökr eller minskr entrpin ör rektinen sm den är skriven? Diskuter m entrpiörändringen är örväntd eller inte. ( p) d) Beräkn den termdynmisk jämviktsknstnten, K, ör rektinen vid 5 C. ( p) e) (i) Teckn rektinskvten (rectin qutient), Q, ör rektinen vn. (Rektinskvten är ju det termdynmisk jämviktsuttrycket ör rektinen innn jämvikt uppnåtts.) ( p) (ii) ntg tt rektinen vn sker i ett slutet kärl med knstnt vlym vid 5 C. ntg vidre tt NH 4 NO (s) öreligger i översktt ch tt P NO P HO 0.0 tm. Beräkn ändringen i den ri energin () ör systemet. ( p) Uppgit 4 ) Ordn öljnde ämnen eter stignde kkpunkt. Mtivering krävs! vtten (H O) hexn (C 6 H 4 ) helium (He) vätesulid (H S) ( p) ) vgör vilken/vilk typer v krter, sm håller ihp öljnde ämnen i st tillstånd: mmnik (NH ) kvrts (SiO ) ntriumrmid (NBr) ( p) c) Förklr vrör 0.05 M NCl(q) örvänts h någt lägre kkpunkt än 0.05 M CrCl (q) ( p) d). g svvel löstes i g kldisulid (CS ). För ren CS är kkpunkten 46.0 C. Eter tt svvlet löst sig ökde kkpunkten till 46.5 C. vgör i vilken mlekylär rm (S x ) svvlet löser sig i CS. För kldisulid är K.4 C kg ml ( p) e) Metllen vndin (V) kristlliserr i ett rymdcentrert kuiskt gitter (dy centred cuic cc). tmrdien ör vndin är pm. (i) Hur mång tmer innehåller vndins enhets? ( p) (ii) Beräkn densiteten ör V(s). ( p) Uppgit 5 Mn lät tillverk öljnde elektrkemisk : g(s) gi(s) NI(q, c M) gno (q, 0.05 M) g(s) De två hlvrektinern ör denn är: E 0 g (q) e g(s) 0.80 V gi(s) e g(s) I (q) 0.5 V ) Vd är E 0? ( p)

4 ) Teckn ttlrektinen ör en. ( p) c) ntg tt c 0.05 M. Vd lir då ens EMK (E )? ( p) d) Vid mätning v en känd jdidkncentrtin ( c ) nn mn tt E V. Beräkn [I (q)] i prvet. ( p) e) Beräkn löslighetsprdukten (K sp ) ör silverjdid, gi(s), ur vnstående elektrkemisk dt. ( p) Uppgit 6 Sönderllet v kvävexyrmid, NOBr, sker med en : rdningens rektin enligt NOBr(g) NO(g) Br (g) Vid ett experiment utört vid 0 C mättes kncentrtinen v kvävexyrmid, [NOBr], sm en unktin v tiden, t, ch öljnde tell erhölls: t / s [NOBr] / ml dm ) Vis tt rektinen är v ndr rdningen genm tt på lämpligt sätt vsätt dt ör kncentrtinen mt tiden. nvänd millimeterppper! ( p) ) Beräkn hstighetsknstnten, k, ör rektinen ch nge krrekt enhet. ( p) c) ntg tt experimentet utörs i ett slutet kärl med knstnt vlym. ntg dessutm tt vid tiden t 0 s kärlet endst innehåller NOBr(g). Beräkn ttltrycket i kärlet (välj själv tryckenhet) vid (i) t 0 s respektive t s ( p) (ii) t 00 s ( p) Listn över persner sm ått Nelpriset mer än en gång är inte lång. Den upptr endst yr nmn, ch örst på listn återinns en kvinn: Mrie Skldwsk Curie (867-94). Mrie Curie ick priset örst gången år 90 tillsmmns med sin mke Pierre ch ysikerkllegn Henri Becquerel. Mrie Curie vr då 6 år ch de tre delde ysikpriset ör upptäckten ch studiet v rdiktiv grundämnen. I Vetenskpskdemiens mtivering ör tt ge en hlvn v priset till mkrn Curie sägs tt de år priset 4

5 såsm ett erkännnde v den utmrdentlig örtjänst de inlgt genm sin gemensmt utörd reten rörnde de v Pressr Henri Becquerel upptäckt strålningsenmenen. Ått år senre, 9, ick Mrie Curie priset ör ndr gången. Den gången ick hn ensmt t emt priset i kemi ch mtiveringen löd såsm ett erkännnde ör den örtjänst hn inlgt m kemins utveckling genm upptäckten v grundämnen rdium ch plnium, genm krkteriserndet v rdium ch dess islernde i metlliskt tillstånd smt genm sin undersökningr ngående dett märklig grundämnes öreningr. Vid dett tillälle vr mken Pierre redn död. Hn hde mkmmit i en triklyck en vårdg i Pris tre år eter det tt de tgit emt priset i Stckhlm. Mri Slme Skldwsk öddes sm det yngst v em syskn i Wrszw i det då rysk Plen. Båd öräldrrn vr lärre. På tiden visserligen ett yrke med hög sttus men knppst ett sm resulterde i örmögenhet. Sysknens rmtidsutsikter i det ryskstyrd Plen vr dessutm dålig, då åd öräldrrn km rån miljer sm gjrt sig känd genm sitt enggemng ör Plens självständighet. Tjugyr år gmml lyttde Mri därör till Pris ör tt studer vid det erömd Srnne, där en syster till henne redn enn sig. För tt kunn innsier sin studier hde systrrn kmmit överens m tt Mri örst skulle ret i två år ör tt understödj systerns studier, vrpå de skulle skit ch systern örsörj Mri under lik lång tid. Mri lyttde in i den tidens studentrum, en ytterst primitiv vindskup, ch örjde läs ysik, kemi ch mtemtik vid universitetet. År 894 träde hn den ått år äldre lärren ch ysikern Pierre Curie ch ett år senre gite de sig. Mrie Curies ndr Nelpris vr resulttet v viss servtiner hn gjrt när hn ch Pierre hde studert egenskper hs rdiktiv ämnen. Mrie hde då örstått tt det måste inns ler rdiktiv grundämnen örutm urn ch genm en erhörd nlytiskkemisk retsinsts lyckdes det henne tt ren rm ch isler de två dittills känd grundämnen rdium ch plnium. Det sistnämnd grundämnet nmngv hn eter sitt hemlnd Plen. Plnium hr mycket krt hlveringstid, mindre än en sekund, ch kn endst servers sm sönderllsprdukt v långsmmre sönderllnde grundämnen. Vid denn tid insåg mn ännu inte till ull rn med jnisernde strålning ch det är trligt tt Mrie Curies häls tg llvrlig skd v hennes rete med rdiktiv ämnen ch genm hennes senre rete med röntgenstrålning. Mkrn Curie ick två döttrr: Irène Jlit-Curie ( ), sm km tt gå i öräldrrns tspår. Tillsmmns med sin mke Frédéric Jlit elöndes hn med Nelpriset i kemi 95 endst ett år eter tt hennes mmm vlidit. Dttern Ève Curie ( , hn lev lltså över 00 år) lev örttre ch skrev lnd nnt en erömd igri m sin mr (svensk titel Min mr Mrie Skldwsk Curie ). Idg vet vi tt Ève Curie i igrin undvek tt t upp någr v de mer smärtsmm episdern i Mrie Curies liv ch tt ilden v denn smmnstt ch pssinerde kvinn knske därmed lev någt idylliskt tillrättlgd. Å ndr sidn är det knske inte så lldeles enkelt ör en dtter tt skriv ullständigt jektivt m en världserömd mr. 5

6 Pierre ch Mrie Curie i ders lrtrium i Pris mkr Bilden vn är rån den erömd Först Slveyknerensen i ysik ch kemi i Bryssel år 9. Snett km den vid rdet sittnde Mrie Curie, sm vr den end kvinnlig deltgren (med huvudet vilnde mt hndltn), ses lnd ndr den unge lert Einstein (nr rån höger). 6

7 Linköpings universitet ht 0 Institutinen ör Fysik, Kemi ch Bilgi (IFM) Termdynmik H U PV H U RT H S n gs n H (prdukt) ns (prdukt) G H TS G H T S Frmelsmling ör llmän Kemi, del deinitin v entlpi n (prdukt) ms m H deinitin H (rektnt) m (rektnt) v Gis T S (rektnt) ri energi e { E} { F} { } { B}... För rektinen B... ee F... är rektinskvten Q... G Kemisk jämvikt RT ln K RT ln Q K termdynmisk jämviktsknstnt e { E} { F} { } { B} { } ktivitet... För jämviktsrektinen B... ee F... är K Mssverkns lg... Vid utspädd lösning resp. vid måttlig gstryck kn mn nsätt {(q)} [(q)] (M) ch {(g)} P (tm). För rent ämne gäller tt {}. Oserver tt ktiviteten, { }, liksm den termdynmisk jämviktsknstnten, K, sknr enhet. K p n ( RT ) gs K c Syrjämvikt H H K w O H O - syrknstnt K - 4 [ H O ][ OH ].0 0 (5 C) vttnets jnprdukt pk w ph poh 4.0 (5 Bsjämvikt B H O OH HB sknstnt K w w C) K K K pk pk pk - [ ] - [ H O ] [ ] [ H] - [ OH ] [ HB ] [ B] ph pk lg uertekvtinen H H O HO [ H] m n Löslighetsjämvikt pbq (s) p qb löslighetsprdukt Ksp [ ML n ] [ M] [ L] Kmplexjämvikt M nl ML n stilitetsknstnt K β n - m p n [ ] [ B ] q 7

8 Elektrkemi E E E E E E - E, E är nrmlptentiler (stndrd reductin ptentils) ör respektive hlv EMK (elektrmtrisk krt) E E nfe nfe Kinetik [ ] [ ] RT ln Q nf RT ln K 0 : e rdningens hstighetsekvtin kt ln[ ] ln[ ] [ ] [ ] e ln k (integrerd rm) : rdningens hstighetsekvtin t [ ] [ ] [ ] Nernsts ekvtin ör rektinen (ttlrektin) (expnentiell rm) K termdynmisk jämviktsknstnt [ ] d dt [ ] d dt kt (integrerd rm) kt k k [ ] hlveringstid : rdningens hstighetsekvtin : rdningens hstighetsekvtin t k k e E RT kt E ln k ln R T (integrerd rm) [ ] d dt k [ ] hlveringstid : rdningens hstighetsekvtin rrheniusekvtinen Klligtiv egenskper P P X Rults lg ör idel lösning i i [ ] k H P Henryslg Ptt P P prtiell ångtrycket ör T K cm kkpunktsörhöjning T K cm Π V nrt smtiskt tryck i ryspunktssänkning 8