Stöduppgifter för kemi 1-30 hp Lund den

Transkript

1 Stöduppgifter för kemi 1-0 hp Lund den Kemisk bindning. (KEMA00, KEMA0)... Kemisk jämvikt. (KEMA00, KEMA0)... 5 Protolysjämvikter. (KEMA00, KEMA0)... 1 Termokemi. (KEMA00) Elektrokemi. (KEMA0)... 0 rganisk kemi. (KEMA01)... Kinetik. (KEMA0, KEMA0)... 0

2 Kemisk bindning (KEMA00, KEMA0) 1. a) Mellan H molekylerna förekommer svaga dipol-dipol krafter. Na är en jonförening där jonbindning är den dominerande bindningen mellan jonerna. Jonbindning är en stark bindning. Na har alltså högst kokpunkt. b) Både CH 4 och SiH 4 är opolära molekyler, vilket innebär att mellan molekylerna dominerar i båda fallen dispersionskrafter. Dispersionskrafter ökar med ökad storlek av molekylerna, vilket i detta fall betyder att SiH 4, som är störst, har starkast krafter mellan molekylerna och därmed högst kokpunkt. c) HF och H är polära molekyler. Mellan HF molekylerna dominerar vätebindning, medan dipol-dipol krafter dominerar mellan H molekylerna Eftersom vätebindning är den starkaste av dessa bindningstyper har HF högst kokpunkt trots att HF molekylen är minst. d) Både mellan H molekylerna och mellan CH H molekylerna dominerar vätebindning. Den är starkast mellan H molekylerna vilket innebär att H har högst kokpunkt. Ju större kolkedjan blir i en envärd alkohol (en H grupp) desto mindre kan vätebindningen göra sig gällande och desto större betydelse får den svaga dispersionskrafter. Det är en förklaring till varför endast alkoholerna med korta kolkedjor som CH H, C H 5 H och C H 7 H är lösliga i vatten medan alkoholerna med längre kolkedjor svårlösliga i vatten.. a) Ädelgasena förekommer som enatomiga molekyler. Både mellan Xe-molekylerna och mellan Ar-molekylerna dominerar dispersionskrafterna. Eftersom Xe-atomerna är större än Ar-atomerna blir krafterna mellan Xe-atomerna starkare och alltså har Xe högre smältpunkt. (Dispersionskrafterna ökar med storleken av molekylerna) b) Mellan NH -molekylerna dominerar vätebindning och mellan PH molekylerna dominerar dipol dipol attraktion. Eftersom vätebindning är betydligt starkare än dipol dipol bindning blir kokpunkten för NH högre än kokpunkten för PH.. a) NH löses i H. Båda ämnena är polära. Lika löser lika. b) H löses i H. Samma svar som i a) c) I löses i C 4. Båda ämnena är opolära. Lika löser lika. d) K löses i H. K är en jonförening och löses då av polärt lösningsmedel. 4. a) Gruppen NH är polär liksom NH och alltså hydrofil. b) CH är opolär liksom CH 4, och alltså hydrofob. c) H gruppen är polär och alltså hydrofil. 5. Allmänt gäller att en karbonat eller vätekarbonat reagerar med saltsyra under bildning av koldioxid, C. Reaktionsformeln i detta fall kan skrivas: CaC (s) + H(aq) C (g) + H (l) + Ca (aq) - -

3 6. a) Korrekt. I sura oxider är det kovalenta inslaget stort vilket medför att sura oxider är molekylföreningar. b) Fel. Kalciumoxid är en basisk oxid, vilken löses av en syra: Ca + H H + Ca. c) Korrekt. Fosfor(V)oxid är en ickemetall oxid och alltså en sur oxid d) Fel. xidationstalet för svavel i S är +IV och oxidationstalet för svavel i S är +VI. Den oxid som har det högsta oxidationstalet på svavel ger den starkaste syran. e) Korrekt. Koppar(II)oxid är en basisk oxid och löses av en syra. 7. A) S S xidationstalet (T) för svavel i S = 0, i S 4 = +VI. Ökning av T betyder oxidation. B) S S -. T för svavel i S = 0, i S - = -II. Minskning av T betyder reduktion. C) S - S -. T för svavel i S - - = -II, i S = +IV. Ökning av T betyder oxidation. - D) S 4 S T för svavel i S 4 = +VI, i S = +IV. Minskning av T betyder reduktion E) S - HS -. T för svavel i S - = -II, och i HS - = -II. Här är alltså ingen ändring i T. Varken oxidation eller reduktion. 8. Skillnaden i elektronegativitet mellan atomerna i de olika föreningarna är störst i KF. KF är svaret på frågan. 9. Ca och Na är metalloxider dvs basiska oxider. De övriga är icke-metall oxider dvs sura oxider. 10. Ca + H Ca(H). Som framgår ur reaktionsformeln ger 1 mol Ca upphov till 1 mol Ca(H). Vi måste beräkna hur stor substansmängd 100 kg Ca motsvarar. Vi vet att m n = där M = (40,1 + 16,0)g/mol = 56,1 g/mol och massan m = 100 kg. Då blir M n= 1,78 10 mol. Enligt reaktionsformeln blir n(ca(h) ) = 1,78 10 mol. 56,1 Molmassan för Ca(H) är M = 74,1 g/mol. Massan för Ca(H) ges då av m = n M dvs m = 1, , g = 1 kg. - -

4 11. Ba(H) 8H löses i vatten enligt formeln Ba(H) 8H (s) Ba + (aq) + H - (aq). Substansmängden H - och koncentrationen av H - blir dubbelt så stor som den ursprungliga mängden och koncentrationen av Ba(H) 8H. Vi börjar därför med att beräkna substansmängden och koncentrationen för Ba(H) 8H. m(ba(h) 8H ) = 1,06 g ; M(Ba(H) 8H ) = 17, + (16,0 + 1,008) + 8( 1, ,0) = 15,4 g/mol m 1, 06 n n= n= 0,00608mol. Koncentrationen ges av c = och blir då M 15,4 V 0,00608 c = 0, mol / dm. 0,600 Hydroxidjonkoncentrationen blir då: [H - ] = 0, mol/dm = 0,011 mol/dm. Neutralisationsreaktionen blir H S 4 (aq) + NaH(aq) H + Na S 4 (aq). Ur formeln framgår att mol NaH neutraliserar 1 mol H S 4. Aktuell substansmängd NaH beräknas ur sambandet n= c V vilket ger n(nah) =,0 0, = 40, mol. Antalet mol svavelsyra som neutraliseras är hälften dvs 0, mol. Eftersom koncentrationen av H S 4 är 4,0 mol/ dm blir volymen n 0 10 V = vilket ger V = = 5, 0 10 dm = 5, 0cm = 5, 0ml c 4,0-4 -

5 Kemisk jämvikt. (KEMA00, KEMA0) Inledande övning: a) P + P 5 ändring - 0, mol - 0, mol +0, mol vid jämvikt 0,7 mol 1,7 mol 0, mol b) H + I HI ändring - 0,7 mol - 0,7 mol + 1,4 mol vid jämvikt 1, mol 0, mol 1,4 mol c) N + H NH ändring -0, mol - 0,9 mol + 0,6 mol vid jämvikt 1,7 mol 0,1 mol 0,6 mol d) N + H NH ändring -,0 mol - 6,0 mol + 4,0 mol vid jämvikt 1,0 mol 1,0 mol 4,4 mol 1. a) H S(g) + CH 4 (g) CS (g) + 4H (g) b) K =. Alla påståenden sanna. c,d 4 [ CS] [ H] [ HS] [ CH] 4 enhet M. 4. Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen P 5 P Substansmängder vid jämvikt 0,8 mol 0, mol 0, mol Koncentrationer vid jämvikt 0,8/5,00 M = 0,16 M 0,/5,00 M = 0,04 M 0,/5,00 M = 0,04 M Insättning i jämviktsekvationen K [ P] [ ] [ P ] = ger 5 K 0,04 0,04 = M = 0,01 M 0,16-5 -

6 5. Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen S S Substansmängder vid jämvikt 0,040 mol 0,060 mol 0,1 mol Koncentrationer vid jämvikt 0,040/0,40 M = 0,10 M 0,060/0,40 M = 0,15 M 0,1/0,40 M = 0,0 M Insättning i jämviktsekvationen K = [ S ] 0,0 1 ger K = M S 0,10 0,15 = 60 M -1. [ ] [ ] 6. Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen H I HI Substansmängder vid jämvikt 1,76 mol 0,00 mol x mol Koncentrationer vid jämvikt 1,76/V M 0,00/V M x/v M Insättning i jämviktsekvationen x = 1, mol HI. K = [ HI ] [ H ] [ I ] ger ekvationen 50,0 x ( ) V 1,76 0,00 V V = vilket ger 7. a) Jämvikten förskjuts åt höger b) Jämvikten förskjuts åt vänster c) Jämvikten förskjuts åt vänster d) Trycket påverkar inte jämviktsläget e) Jämvikten förskjuts åt höger f) Katalysatorn påverkar inte jämviktsläget. 8. Molmassan för NH är 17,0 g/mol Koncentrationer vid jämvikt för reaktionen NH (g) tabellen N (g) + H (g) beräknas enligt Substansmängder vid start Ändring Substansmängder vid jämvikt Koncentrationer vid jämvikt NH N H 6,8 17,0 mol = 0,40 mol 0 0 -(0,40 mol 0,04 mol) + 0,6/ mol = + 0,6/ mol = = - 0,6 mol + 0,18 mol + 0,54 mol 0,04 mol 0,18 mol 0,54 mol 0,04 mol/,0dm = 0,0 M 0,18 mol/,0dm = 0,09 M 0,54 mol /,0dm 0,7 M Insättning i jämviktsekvationen K [ N] [ H] [ NH ] = ger K 0,09 0, 7 = M = 4,4 M. 0,0-6 -

7 9. Jämviktsformeln är C(g) + (g) C (g) Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen C C Substansmängder 4, mol 4, mol 0 vid start Ändring -, mol -, mol +, mol Substansmängder (4, , ) (4, , ) mol =, mol vid jämvikt mol = 1, mol 1, mol Koncentrationer vid jämvikt 1, mol /0,491dm, M 1, mol /0,491dm, 10 - M, mol / 0,491dm 6, M Insättning i jämviktsekvationen M -1. K = [ C ] [ C] [ ] ger 6, K =,118 10, 10 M -1 = 1, Jämviktsformeln och jämviktsekvationen är S (g) + N (g) S (g) + N(g) [ S ] [ N] = K = 9,0 [ S] [ N] Jämviktskoncentrationerna ges i tabellen nedan. Antagen enligt tabellen. S N S N Substansmängd, mol, mol 0 0 vid start Ändring - x mol - x mol + x mol + x mol Substansmängd (, x) mol (, x) mol x mol x mol vid jämvikt Koncentrationer vid jämvikt (, x)/1,00 M = (, x) M (, x)/1,00 M = (, x) M x/1,00 M = x M x/1,00 M = x M x x Insättning i jämviktsekvationen ger ekvationen = 9,0, vilken kan (,00 10 x) (,00 10 x) x skrivas som 9,0 =,00 10 x Denna andragradsekvation kan lösas genom att man drar kvadratroten ur x båda leden:, 0,00 10 x =±. Här kan den negativa roten ur 9,0 (= -,0) förkastas eftersom både x och (, x -x) måste vara positiva tal. Vi får då ekvationen.0,00 10 x = vilken ger x =, mol, 10 - mol

8 11. I jämviktsekvationen [ CH ] [ ] CCH5 H [ CHCH 5 ] [ CHH ] [ CHCCH5] [ H ] Q =. [ C H CH ] [ CH H ] 5 = K ingår kvoten m Q = K = 4 är systemet i jämvikt, om Q K råder inte jämvikt. Med de angivna (1, 0 / V) (1, 0 / V) koncentrationerna blir Q = = 1, 0 < 4. Systemet är inte i jämvikt. (1, 0 / V) (1, 0 / V) Q måste öka för att uppnå värdet 4. Detta innebär att nettorektionen sker åt höger. 1. a) [ H ] [ ] K H = b) + Ba S 4 = K 1. Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen S N S N Substansmängder vid start,60 mol x mol 0 0 Ändring -1,0 mol -1,0 mol +1,0 mol +1,0 mol Substansmängder vid jämvikt 1,40 mol (x-1,0) mol 1,0 mol 1,0 mol Koncentrationer vid jämvikt 1,40/V M (x-1,0)/v M 1,0/V M 1,0/V M Insättning i jämviktsekvationen [ S ] [ ] N [ S ] [ N ] x = 1,54. Alltså skall 1,54 mol N tillsättas. = K ger ekvationen 1,0 1,0 V V x V V = varav 1,40 1,0,

9 14. Molmassan för H =,016 g/mol. Molmassan för I = 5,8 g/mol Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen H (g) + I (g) HI(g) H I HI Substansmängder 1, 00 vid start,016 mol 46,0 5,8 mol 0 Ändring 44,1 5,8 mol 46,0 1,9 5,8 mol 44,1 = 5,8 mol 44,1 + 5,8 mol Substansmängder 1, 00 vid jämvikt,016 mol 44,1 5,8 mol 1, 90 5,8 mol 44,1 7, mol + 5,8 mol 0, mol 0,475 mol Koncentrationer vid jämvikt 0, mol/vdm 7, mol/ Vdm 0,475 mol /Vdm Insättning i jämviktsekvationen K = 50,1. [ HI ] [ H ] [ I ] = K ger ekvationen 0,475 ( ) V 0, 7, V V = K varur - 9 -

10 15. Jämviktsformeln blir C H 5 CH + CH H CH CC H 5 + H Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen. Antaganden enligt tabellen. C H 5 CH CH H CH CC H 5 H Substansmängder vid start a mol a mol 0 0 Ändring - 0,67a mol - 0,67a mol + 0,67a mol + 0,67a mol Substansmängder vid jämvikt 0,a mol 0,a mol 0,67a mol 0,67a mol Koncentrationer vid jämvikt 0,a/V M 0,a/V M 0,67a/V M 0,67a/V M Insättning i jämviktsekvationen [ CH ] [ ] CCH5 H [ CHCH] [ CHH] 5 = K ger ekvationen varur K = 4,1. Nu vill vi att 99 % av syran skall reagera. Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen. Antaganden enligt tabellen. 0,67a 0,67a V V 0,a 0,a V V C H 5 CH CH H CH CC H 5 H Substansmängder 100 g/(74,0 g/mol) x mol 0 0 vid start = 1,514 mol Ändring mol = - 1,8 mol + 1,8 mol + 1,8 mol - 1,8 mol Substansmängder 0,015 mol (x 1,8) mol 1,8 mol 1,8 mol vid jämvikt Koncentrationer vid jämvikt 0,015/V M (x 1,8)/V M 1,8 /V M 1,8 /V M Insättning i jämviktsekvationen [ CH ] [ ] CCH5 H = K CHCH CHH ger ekvationen 1,8 1,8 V V 0,015 x 1,8 4,1 V V [ ] [ ] 5 = ger x =,5. Det behövs alltså,5 mol metanol. Molmassan för metanol är,0 g/mol. Massan blir,5,0 g = 107 g = 1,1 kg. = K

11 16. Jämviktsreaktionen är N 4 (g) N (g) Koncentrationer vid jämvikt beräknas enligt tabellen. Antaganden enligt tabellen. N 4 N Substansmängder vid start a mol 0 Ändring - 0,167a mol + 4a mol Substansmängder vid jämvikt 0,8a mol 0,4a mol Koncentrationer vid jämvikt 0,8a/V M 0,4a/V M Vi kan beräknas ur allmänna gaslagen. Totala substansmängden gaser vid jämvikt = 0,8a mol + 0,4a mol Allmänna gaslagen ger: nrt (0,8a + 0,4 a) 8,14 98 V = = m = 0,085a m = 8,5a dm. 5 P 1,01 10 Jämviktskonstanten beräknas sedan: [ N ] [ N] K = = 4 0,4a ( ) 8,5a 0,8a ( ) 8,5a mol/dm = 4, mol/dm

12 Protolysjämvikter. (KEMA00, KEMA0) 1. a) - b) HS 4 - c) P 4 - d) HC - e)h. a) HN b) HS 4 - c) H P 4 - d) H - e) H f) NH 4 +. NH 4 + NH, H H -, H P 4 - HP 4 -, H + H, HC - C -, HS - S H C + H HC - HC - + H C - + H + + H + 5. a) ph = -lg, =,70 ( heltalssiffran i en logaritm räknas inte in i antalet gällande siffror) b) ph = -lg4, = 9,4 c) ph = -lg,5 = -0,40 6. a) [ H + ] = 10-4,85 M = 1, M b) [ H + ] = 10-8,7 M = 10-9 M a) [ H + ] = 10 -(-0,0) M =,0 M 7. H(aq) + H H a) ph = -lg1,0 = 0 b) ph = -lg0,050 = 1,0 8. H S 4 (aq) + H H + + S 4 - [ H + ] = 0,000 M = 0,0004 M ph = -lg0,0004 =,40 9. H stark syra och fullständigt protolyserad. a) [ H + ] = 10 -,70 M =, M c(h) =, M b) [ H + ] = 10-0,5 M = 0,0 M c(h) = 0,0 M 10. NaH(aq) Na + (aq) + H - (aq) ph = -lg0,0 = 0,70 ph = 14,00 0,70 = 1,0, 40g 11. n(nah) = = 0,0600 mol 40,0 g/ mol [H - 0,0600mol ] = 0,500dm = 0,10 M ph = -lg0,10 = 0,91 ph = 14,000 0,91 = 1,

13 1. a) ph = 0,05 [H - ] = 10-0,05 M = 0,9 M b) ph = 11,85 ph = 14,00 11,85 =,15 [H - ] = 10 -,15 M = 7, M 1. HN (aq) + H H N [ H + 0,05 10 dm 16M ] = 1, 00dm = 8, M ph = -lg8, =,097, [ H + 1, 0dm 1, 0M ] = = 0,50 M ph = -lg0,50 = 0,0,0dm [ Na + 0, 0mol ] =,0dm = 0,10 M [ N - 1, 0dm 1, 0M + 0, 0mol ] =,0dm = 0,60 M 15. Ca(H) (s) Ca + (aq) + H - (aq) [H - ] = 0,00005 M = 0,00010 M ph = -lg0,00010 = 4,0 ph = 10,0 16. ph = 1,0 ph = 1,70 [H - ] = 10-1,70 M = 0,00 M efter spädning: [H dm 0,00M ] = = 0,000 M dm ph = -lg0,000 =,70 ph = 11,0 17. H(aq) + NaH(aq) Na(aq) + H n = c V: 0,050 dm M 0,050 dm 4 M = 0,10 mol = 0,0 mol efter reaktion: 0 mol 0,0 mol 0,10 mol= 0,10 mol Lösningen blir basisk med [H - 0,10mol ] = 0,100dm = 1,0 M ph = -lg1,0 = 0 ph = 14,0 och [ H + ] = 1, M 18. ph = 1,0 ph = 1,70 [H - ] = 0,00 M ; ph = 1,0 [ H + ] = 0,050 M H - + H + H n = c V: 0,150 dm 0,00 M 0,050 dm 0,050 M= 0,000 mol 0,005 mol efter reaktion: (0,000 0,005) mol = 0 mol 5, mol Total volym = 0,00 dm

14 [H - 4 5, 0 10 mol ] = 0, 00dm = 0,005 M ph = -lg0,005 =,60 ph = 11,40 + HC H = 19. a) HCH + H HC - + H + a [ HCH ] b) CH NH + H CH NH + + H - Kb [ CH NH ] K + CHNH H = 0. HA + H A - + H + start: 0,60 M 0 0 jämvikt: (0, ,7 ) M 10 -,7 M 10 -,7 M K a + A H = [ HA] K a = 10 10,7,7,7 (0, ) M K a = 1, M 1. ph = 9,8 ph = 4,18 [H - ] = 6, M. B + H HB + + H - start: 0,114 M 0 0 jämvikt: (0,114-6, ) M 6, M 6, M K b + H HB = [ B] K b 6, ,61 10 = (0,114 6,61 10 ) M K b =, M. a) NH 4 (s) NH + 4 (aq) + - (aq). + NH 4 + H NH + H + start: 0,5 M 0 0 jämvikt: (0, ,96 ) M 10-4,96 M 10-4,96 M [ NH ] + H 4,96 4,96 K a = K + a = M K 4,96 a = 4, M NH (0,5 10 ) 4 b) pk a = -lg4, = 9, pk b = 14,00 9, = 4,68 K b = 10-4,68 M =, M. Antaganden enligt följande: HAc + H A - + H + start: 0,050 M 0 0 jämvikt: (0,050-x) M x M x M Eftersom protolysen i ättiksyra är liten försummar vi x jämfört med 0,050 ( x<<0,050) Ekvationen blir då x x 4,76 = 10 vilket ger x = 9, 10-4 dvs 0,050 [ H + ] = 9, 10-4 M

15 och ph =,0 4. a) sur b) neutral c) basisk d) basisk e) sur f) basisk g) basisk h) sur

16 5. a) CH CH(aq) svag syra; K a = 10-5 M b) NH 4 (aq) NH 4 + svag syra; K a = M c) NaHS 4 (aq) HS 4 - svag syra ; K a = M d) Na P 4 (aq) P 4 - svag bas; K b =, 10 - M e) Na HP 4 (aq) HP 4 - amfolyt men starkast som bas; K b = 1, M; K a = 4, M Den suraste lösningen är den starkaste syran. Den lösning som är mest basisk är den starkaste basen. rdningen blir därför: c) a) b) e) d) 6. a) NH 4 (aq) b) Na P 4 (aq) c) KN (aq) d) KHC (aq) e) Na(aq) sur basisk neutral basisk neutral Lägst ph-värde i den sura lösning dvs i NH a) sant. [ H + ] = K a [ HAc] b) sant. Eftersom [ ] = ,8 M. Vilket ger ph = 4,8 Ac HAc = 0,8 finns det både ättiksyra och acetatjoner i lösningen, Ac dvs blandning av svag syra och svag bas. c) sant eftersom det är en buffert d) falskt. [ H + ] = ,8 M. Vilket ger ph = 4,4 8. a) acetatjonen CH C - K b = 5, M b) ammoniak NH K b = 1, M - c) karbonatjonen C K b =, M - d) sulfatjonen S 4 K b = 1, M Svagast bas är sulfatjonen och starkast är karbonatjonen. rdningen blir d) a) b) c) 9. a) K a =, M taget ur tabell [ H + ] = K a [ HAc] ; [ H + ] =, M 0,0 M Ac 0,70M = 8, M ph = 5,07 b) [ H + ] = 5, M 0,050dm 0,50M 0,15dm 0,075dm 1,0M 0,15dm = 1, M ph = 9,7 0. Resultaten med de olika indikatorerna ger följande ph-intervall: ph > 5,4 6,0 < ph < 7,6 ph > 6, 6,8 < ph < 8,4 vilket ger 6,8 < ph < 7,6 1. Sätt HC 6 H 6 N = HA HA + H - A - + H Enligt reaktionsformeln gäller n(ha) = n(h - ) = 0,1000 M 6, 10 - dm =, mol. M(HC 6 H 6 N ) = 15 g/mol

17 m(hc 6 H 6 N ) = n M =, mol 15 g/mol = 0,4575 g 0, 4575g mass-% HC 6 H 6 N : = 0,9756 = 97,6 % 0, 465g. Eftersom indikatorn ger samma färgnyans både i syran och i buffertlösningen drar man slutsatsen att lösningarna har samma ph-värde. 8,9 10 dm 0,00M a) Buffert: [HAc] = = 0,178 M 10,0 10 dm [Ac - 1,1 10 dm 0,00M ] = = 0,0 M 10,0 10 dm [ H + ] = K a [ HAc] ph =,84 Ac ; [ H + ] = 1, M 0,178 M 0,0M = 1, M b) Syran:. HA + H A - + H + start:, M 0 0 jämvikt: (, , ) M 1, M 1, M K a + A H = [ HA] K a 1, , = (,5 10 1, ) M K a = 9, M

18 Termokemi. (KEMA00) 1. a) enligt diagrammet: reaktanterna b) exoterm c) enligt diagrammet 0 kj/mol NH. d) dubbelt så stor som för 1 mol dvs 440 kj/ mol NH. e) omvända reaktionen är endoterm, dvs H=0 kj/mol.. c) är felaktigt eftersom H< 0 visar att reaktionen är exoterm.. Enligt reaktionsformeln är entalpiändringen för reduktion av mol Fe : H = +500 kj. För reduktion av 1 mol Fe blir då H = +50 kj. m 4. 0,0 g NaH motsvarar 0,50 mol NaH ( n=, M( NaH) = 40,0 g/ mol) M Entalpiändringen beräknas ur sambandet n H = m c T, - tecken eftersom energi avges. Med alla värden insatta : 0,50 H = ( ) 4,18 (5, 0,) vilket ger H = 4,6 kj / molh 5. Reaktionen Ss ( ) + ( g) S( g) erhålls om reaktionerna Ss () + ( g) S( g) och 1 S( g) + ( g) S( g) adderas. Då adderas även entalpiändringarna och H 1 = H + H dvs H 1 = -98 kj + (-97) kj = -98 kj. 6. Förbränningsentalpin avser reaktionen C 6 H 14 (l) + 19/ (g) 6C (g) + 7H (g) För förbränning av 1 g hexan är H = -48, kj. 1 mol hexan väger 86,1 g. Då blir förbränningsentalpin H c o = 86,1 (-48,) kj/mol hexan - 4, 10 kj/mol hexan. 7. a) C 7 H C + 8H ; CH H + C + 4H b) 1,00 dm heptan väger 0,68 kg = 680 g. M(heptan) = 100,1 g/mol. Substansmängden m 680 heptan blir då n = dvs n= g/ mol = 6,79 g/ mol. Den värmemängd som frigörs blir M 100,1 då 6, kj 000 kj. c) 1 mol metanol ger värmemängden 715 kj. För att avge värmemängden 000 kj behövs 000/715 = 46, mol vilket motsvarar 46,,0 = 1480 g = 1,48 kg (m = n M och M(CH H) =,0 g/mol). Med hjälp av densiteten för metanol som är 0,79 kg/dm kan m m 1, 48 volymen beräknas: ρ = V = V = dm = 1, 87dm V ρ 0,

19 8. a) Pb(N ) (s) Pb(s) + N (g) b) Enligt reaktionsformeln bildas mol gas ur 1 mol m Pb(N ). Aktuell substansmängd Pb(N ) beräknas ur n = och M(Pb(N ) ) = 91, g/mol M 0,0 vilket ger n= mol = 0,0010mol. Då blir substansmängden för kväve: 91, n(n ) = 0,0010 mol = mol. Trycket av N beräknas ur allmänna gaslagen n R T PV = nrt P=. Insättning av värdena n = 0,0009 mol, V R=8,14 Pa m /(mol K), T = 600 K och V = 1, m erhålls 0,0009 8, P = Pa 15,4 10 kpa= 15, 4MPa 6 1, 0 10 Reaktionsformlerna för de tre förbränningsreaktionerna är (1) 4 B(s) + (g) B (s) H o (1) = -509,1 kj () H (g) + (g) H (l) H o () = -571,6 kj () B H 6 (g) + (g) B (s) + H (l) H o () = -147,5 kj m vi bibehåller reaktion (1) oförändrad, multiplicerar reaktion () med och vänder reaktion () samt multiplicerar med blir reaktionsformlerna med tillhörande entalpivärden följande: 4 B(s) + (g) B (s) H o (1) = -509,1 kj 6 H (g) + (g) 6 H (l) H o () = -1714,8 kj B (s) + 6 H (l) B H 6 (g) + 6 (g) - H o () = +495,0 kj Därefter adderas samtliga tre reaktionsformler och resultatet blir 4 B(s) + 6 H (g) B H 6 (g) med H o = -509,1 kj + (-1714,8) kj + 495,0 kj = +71,1kJ m vi dividerar reaktionsformeln med fås den önskade reaktionen nämligen B(s) + H (g) B H 6 (g) och H o f (B H 6 (g)) = 71,1/ kj/mol B H 6 (g) = 5,6 kj/mol B H 6 (g)

20 Elektrokemi. (KEMA0) 1. a) falskt b) falskt c) sant d) falskt e) falskt f) sant. I.) a) - Mg(s) Mg + (aq) Ag + (aq) Ag(s) + b) E = 0,80 V (,7 V) =,17 V c) pol: Mg(s) Mg + (aq) + e - + pol: Ag + (aq) + e - Ag(s) strömdrivande reaktion: Mg(s) + Ag + (aq) Mg + (aq) + Ag(s) I.) a) - Ni(s) Ni + (aq) Cu + (aq) Cu(s) + b) E = 0,4 V ( 0,5 V) = 0,59 V c) pol: Ni(s) Ni + (aq) + e - + pol: Cu + (aq) + e - Cu(s) strömdrivande reaktion: Ni(s) + Cu + (aq) Ni + (aq) + Cu(s) III.) a) - Pb(s) Pb + (aq) H + (aq) H (g, 1,0 atm), Pt(s) + b) E = 0,00 V ( 0,1 V) = 0,1 V c) pol: Pb(s) Pb + (aq) + e - + pol: H + (aq) + e - H (g, 1 atm) strömdrivande reaktion: Pb(s) + H + (aq) Pb + (aq) + H (g, 1 atm) IV.) a) - Pb(s) Pb + (aq) Fe + (aq), Fe + (aq) Pt(s) + b) E = 0,77 V ( 0,1 V) = 0,90 V c) pol: Pb(s) Pb + (aq) + e - + pol: Fe + (aq) + e - Fe + (aq) strömdrivande reaktion: Pb(s) + Fe + (aq) Pb + (aq) + Fe + (aq). a) A och D. b) Pb(s) + Cu + (aq) Pb + (aq) + Cu(s) och Zn(s) + Cu + (aq) Zn + (aq) + Cu(s) 4. d) Kommentar: Fe, - och Zn är redan i de reducerade formerna. Av de två övriga har redoxparet / - högst normalpotential. 5. a) sant b) falskt c) sant d) falskt 6. a) Kromskiktet löses upp, nickelskiktet hindrar järn från att rosta. b) Först löses kromskiktet upp och därefter börjar järnet att rosta. 7. I smältan finns Pb + och Br -. Anodreaktion: Br - Br + e - Katodreaktion: Pb + + e - Pb 8. a) På den positiva elektroden sker Pb (s) PbS 4 (s). Elektrodens massa ökar (jämför molmassorna). b) På den negativa elektroden sker Pb(s) PbS 4 (s). Elektrodens massa ökar. c) Ur elektrolyten försvinner H S 4 samtidigt som samma mängd H tillförs. Elektrolytens massa minskar. 9. a) Normalpotentialen för redoxparet H + /H är 0,00 V. emk definieras som E = E +pol E -pol vilket ger att E -pol = E +pol E = 0,00 V 0,40 V = - 0,40 V b) Den strömdrivande reaktionen blir Cd(s) + H + Cd + + H (g) eftersom elektrodreaktionerna är pol: Cd(s) Cd + + e - +pol: H + + e - H (g) - 0 -

21 10. Ja. Totalförlopp: Fe + + Fe(s) Fe + - pol: Fe(s) Fe + + e - + pol: Fe + + e - Fe Sambandet n(e - ne ( ) F ) F = I t ger att t =. Katodreaktionen är Cu + + e - Cu(s), vilket I ger molförhållandet n(e - ) = n(cu) = 100kg/(6,55 g/mol) =, mol. Tiden t beräknas 4, ,65 10 till t =, sek vilket motsvarar ca 51 dagar dvs 50 veckor Katodreaktionen är Al + + e - Al(s), vilket ger n(al) = 1/ n(e - ). Substansmängden I t elektroner ges av n( e ) =, t = 1 dygn = sek, I = A vilket ger F nal ( ) = =,4 10 mol. 4 9,6510 m(al) =,4 10 mol 7,0 g/mol 600 kg. 1. I elektrolyten finns H +, - och H. a) +b) Vid katoden sker en reduktion: H + + e - H + H Vid anoden sker en oxidation: - + e - Totalrektionen blir: H H + + H 14. : Redoxparet är /H har E o = 0,68 V och redoxparet Mn - 4 /Mn + har E o = 1,51 V Dessa redoxpar kan finnas i en galvanisk cell där redoxparet Mn - 4 /Mn + blir pluspol. Vid pluspolen sker en reduktion: Mn H + + 5e - Mn H Vid minuspolen sker en oxidation: H + H + + e - Cellreaktionen blir: Mn H + 6 H + Mn H vilket är den spontana reaktionen. Svaret är alltså att reaktionen är spontan åt vänster. 15. I elektrolyten finns Na +, - och H. I vattenlösning kan metalliskt natrium inte bildas. Vid katoden sker en reduktion: H + e - H + H - Vid anoden sker en oxidation: - + e - Totalrektionen blir: H + - H + + H - m i stället anoden hade varit av koppar hade anodreaktionen blivit: Cu(s) Cu + + e -. Redoxparet Cu + /Cu har E o = 0,4 V och redoxparet / - har E o = 1,6 V - 1 -

22 16.a) I elektrolyten finns Cu +, Br - och H. Vid katoden sker en reduktion: Cu + + e - Cu(s) Vid anoden sker en oxidation: Br - Br + e - b) I elektrolyten finns K +, S - 4 och H. Elektrolysen blir en sönderdelning av vatten. Vid katoden sker en reduktion: H + e - H + H - Vid anoden sker en oxidation: H + 4 H + + 4e - c) I elektrolyten finns Na +, H - och H. Vid katoden sker en reduktion: H + e - H + H - Vid anoden sker en oxidation: 4 H - + H + 4e a, b och c är sanna. Vid katoden sker en reduktion: Cu + + e - Cu(s) Vid anoden sker en oxidation: Cu(s) Cu + + e Vid katoden sker en reduktion: H + + e - H Vid anoden sker en oxidation: H + 4 H + + 4e - Totalreaktion: H (g)+ H (g) n(h ) = n( ) = 1/4 n(e - I t 1 0,5A 15 60sek ) och n( e ) =. Detta ger n(h ) = 4 1 F 4 96,5 10 C mol 1, mol n( ) = 1, / mol = 0, mol n(total) = 1, mol. n R T Allmänna gaslagen P V = n R T ger V =. Med insatta värden erhålls P 1, ,14 (7+ 0) V tot = = 5, m = 5, dm = 57,9 cm 58 cm = 19. Elementet får följande poltecken: - Zn(s) Zn + (aq) Ag + (aq) Ag(s) + Vid polen sker en oxidation: Zn(s) Zn + (aq) + e - Vid + polen sker en reduktion: Ag + (aq) + e - Ag(s) Den strömdrivande reaktionen är Zn(s) + Ag + (aq) Zn + (aq) + Ag(s) Zinkelektrodens massa minskar med 0,1 g vilket motsvarar 0,1 g/ (65,8 g/mol) =, mol. Under samma tid måste silverelektrodens massa öka med, mol. Massan silver blir, mol 107,87 g/mol = 0,4 g. - -

23 rganisk kemi. (KEMA01) 1. a) Det finns fyra olika isomerer Br Br Br Br Br Br Br Br 1,1-dibrompropan 1,-dibrompropan 1,-dibrompropan,-dibrompropan b) Det finns fem olika isomerer: 1,1,1-trikloropropan 1,1,-trikloropropan 1,1,-trikloropropan 1,,-trikloropropan 1,,-trikloropropan. CH =CH-CH + Br CH Br-CHBr-CH. Produktens namn 1,-dibromopropan med strukturen. Br Br. CH -CH + CH -CH + H Produktens namn kloretan med strukturen a),,4-trimetylheptan b),,5-trimetylhexan c) -metylpentan d) 5-metyl--hexen e) -pentyn f) 1,1-dimetylcyklohexan g) 1-metyl--etylbensen 6. C 5 H C + 6 H 7. c) d) - -

24 8. a) b) c) 9. b) d) 10. d) 11. C 7 H C + 8H,,5 kg vatten 1 mol C 7 H 16 8 mol H. 1,00 kg = 1,00 10 g. M(C 7 H 16 ) = 100,1 g/mol; n(c 7 H 16 ) = 1,00 10 /100,1 = 9,99 mol. n(h ) = 8 9,99 = 79,9 mol. M(H ) = 18,0 g/mol m(h ) = 79,9 18,0 g = 1,44 kg. 1. a) b) cis--penten trans--penten -metyl-4-etyl-cis-1-hepten 1. 1-buten cis--buten trans--buten -metyl-1-propen 14. a) b) c) d) e) - 4 -

25 15. a) b) c) Br Br d) e) 16., Br 17. c) 4-metyl-cis--hexen 4-metyl-trans--hexen Br,-dibrom-4-metylhexan 18. Antag att det finns 100 g av ämnet. m(c) =,8 g; m(h) = 5,9 g; m() = 70, g. n = m/m n(c) =,8/1,0 mol = 1,98 mol; n(h) = 5,9/1,008 mol = 5,85 mol; n() = 70,/5,5 mol = 1,98 mol. n(c) : n(h) : n() = 1,98 : 5,85 : 1,98 1 : : 1. Alltså blir den empiriska formeln CH ,9 g C H 6 Br motsvarar 1,9/ 01,8 = 0,069 mol (n = m/m) Enligt reaktionsformeln blir n(c H 6 ) = 0,069 mol. Molvolymen = 4, dm /mol V(C H 6 ) = 0,069 4, dm = 1,55 dm. 0. Br Br 1. a) 100 g CaC motsvarar 100/64,1 mol = 1,56 mol. Enligt reaktionsformeln är n(c H ) = n(cac ). Antalet mol etyn blir då 1,56 mol. b) Allmänna gaslagen P V = n R T V = n R T/P V = 1,56 8,14 98/( ) = 0,087 m = 8,7 dm

26 . H H H 1-pentanol (primär) -pentanol (sekundär) -pentanol (sekundär) H H H -metyl-1-butanol (primär) H -metyl- -butanol (tertiär) H -metyl- -butanol (sekundär) -metyl-1-butanol (primär),-dimetyl-1-propanol (primär). H H 4. primära: b), e) sekundära: c) tertiära: a), d). 5. Det bildas -metylpropanal 6. a) först etanal (acetaldehyd) CH -CH, sedan etansyra (ättiksyra) CH CH b) -metyl--butanon c) propansyra (propionsyra) CH CH CH 7. H H H H H H 1,-dihydroxibensen 1,-dihydroxibensen 1,4-dihydroxibensen b) 1,4-dihydroxibensen. Det är en symmetrisk molekyl. 8. CH CH CH etylmetyleter - 6 -

27 9. H Butansyra (smörsyra) H -metylpropansyra 0. De intermolekylära bindningarna är mycket starkare i etanol (vätebindningar mellan molekylerna) än i dimetyleter (dipol dipol bindningar). 1. Substansmängden NaH i 5,0 cm 0,100 M är 0,005 mol. m syran är enprotonig, är substansmängden syra också 0,005 mol vilket ger molmassan = 5 g/mol ( 0,10/0,005). m syran är tvåprotonig behövs dubbelt så stor substansmängd NaH som syra dvs substansmängden syra är (0,005/) mol, vilket ger molmassan för syran = 104 g/mol. Med dessa förutsättningar kan man konstatera att alternativ c) är korrekt.. CH CH CH + H qe CH CH C - + H +. -pentanol och -pentanol 4. a) -hexanol och c) -metyl-1-butanol 5. a) b) c) H + H H + H H + H + + H + H H H H + H + H + H 6. C H 5 CC 4 H 9 + H - C H 5 C - + C 4 H 9 H - 7 -

28 7. Reaktionsprodukterna är propansyra och etanol H H 8. a) etylpropanoat b) metylstearat c) propylmetanoat 9. a) pentyletanoat och butylmetanoat b) CH (CH ) CC 5 H 11 och CH (CH ) CC H c) och e) är korrekta 41. Föreningen i a) är -metyl-1-propanol vilken oxideras i två steg: först till -metylpropanal och därefter till -metylpropansyra. 4. a) Aminogruppen NH och karboxylgruppen CH b) Hydroxigruppen H och karboxylgruppen CH 4. a) Alkoholer b) etrar c) karboxylsyror d) aldehyder e) alkener f) omättade karboxylsyror g) estrar h) ketoner 44. a) C=C alkener b) etrar c) H alkoholer d) aldehyder e, g) estrar f) ketoner H 45. a) addition b) oxidation c) kondensation d) elimination e) substitution f) addition g) kondensation 46. H H NH H + N H NH + H NH alanin glycin alanylglycin 47. R H N H N N H R1 H R 48. a) Glycerol och fettsyror b) monosackarider c) aminosyror 49. alternativ d) är korrekt - 8 -

29 50. alternativ e) är korrekt 51. a), c), e) metyletanoat etylmetanoat dietyleter metylpropyleter metyl-isopropyleter 54. -pentanon -pentanon -metyl--butanon 55. Kolvätet är C 4 H 10 Molförhållandet kolväte : C : H = 0, mol : 0,8 mol : 1,0 mol = 1,0 mol : 4,0 mol : 5,0 mol. Detta innebär 4 C och 10 H dvs C 4 H a) Förening II är en aldehyd och kan reducera silverjoner till fritt silver. b) Förening II kan bildas genom oxidation av primär alkohol c) Förening I är en keton, vilken bildas genom oxidation av sekundär alkohol d) Förening IV kan förekomma i två optiskt aktiva former. Tredje kolatomen från vänster är en asymmetrisk kolatom. e) Förening III kan uppvisa cis-, trans-isomeri f) Föreningarna III och IV innehåller en dubbelbindning och kan addera brom

30 Kinetik. (KEMA0, KEMA0) 1. Reaktionshastigheten för en homogen reaktion beror dels av de reagerande ämnenas natur, dels av yttre faktorer såsom de reagerande ämnenas koncentration, temperatur och eventuellt katalysator.. Upplösningen kan påskyndas genom uppvärmning. Temperaturhöjningen ökar upplösningshastigheten per areaenhet av den fasta fasens yra. Upplösningen kan också påskyndas genom pulvrisering av saltet samt genom omrörning eller omskakning. Härigenom ökas arean av gränsytan mellan den fasta fasen och lösningen. [ N] [ N] 5 t 5 t1. Medelreaktionshastigheten definieras som vmedel = där t 1 är starttiden t t1 och t är sluttiden. Med värdena insatta blir medelreaktionshastigheten,08, 1, 10 v medel = = mol N 5 dm - min -1 =, 10-5 mol N 5 dm - min b) Eftersom det enligt reaktionsformeln bildas dubbelt så många N -molekyler som N 5 - molekyler blir reaktionshastigheten dubbelt så stor dvs 4, mol N dm - s rdningen blir = dvs andra ordningen b) rdningen blir 1 + = dvs tredje ordningen 5. Värdena från tabellen i uppgiften avsatta i ett diagram visas nedan. Den tid det tar för att partialtrycket ska minska till hälften är ca 0 min dvs t ½ 0 min. P(N5) som funktion av tiden P(N5)/Pa t/min Serie1-0 -