Oppgave 1. Tilsvarer deleksamen 1.
a) - Angi pH for 1 mL 10-2 M HCl fortynnet til 1 L med
vann.
- Forklar hvorfor Pb(OH)2 er mer løselig i syre enn i rent
vann.
- Forklar hvorfor PbCl2 er mer løselig i rent vann enn i 1 M
HCl.
Svar: 5. Fordi [OH-] er lavere og [Pb2+] = Ksp/[OH-]2. Fordi [Cl-] er høyere og [Pb2+] = Ksp/[Cl-]2.
b) Vedlagt oppgavene finner du et pH/log[X]-diagram for 0,1M eddiksyre. Bufferkapasiteten er inntegnet.
- Ved hvilke pH-verdier vil pH påvirkes mest ved tilsats av små
mengder sterk syre eller base?
- Hva er forholdet mellom eddiksyre- og acetationkonsentrasjonen ved
pH=7? Finn forholdet ved beregning, men kontroller gjerne ved hjelp av
diagrammet.
Svar: Når bufferkapasiteten er lavest, ved pH ca.9. Ka = [H+][Ac-]/HAc] --> [HAc]/[Ac-] = [H+]/Ka = 10-7/10-4,74 = 10-2.26.
Oppgave 2. Tilsvarer deleksamen 2.
a) - Konsentrasjonen av en ideell gass er 1 mol/L. Hva er
partialtrykket av gassen hvis T = 0oC?
- Hva er løseligheten av Cl2-gass ved 20oC hvis
totaltrykket er 12 atm og gassfasen inneholder 20 mol-% Cl2?
b) - Finn varmemengden som frigjøres hvis 0,4 mol svovel brenner til
luft og danner SO2.
- Hvor mye vil temperaturen stige hvis 0,5 mol SO2 varmes
opp med 1,6 kJ?
Svar: S + O2 --> SO2. q = - ΔHo = -(- 297 kJ/mol – 0 – 0)
x 0,40 = 119 kJ/mol.
q = T Cp --> T = 1600 J/ 0,5 mol x 40 j/Kmol = 80K
Oppgave 3. Tilsvarer deleksamen 3.
Ta utgangspunkt i reaksjonen Fe2O3 à Fe3O4 + O2.
a) - Balansér ligningen og finn entropi- og entalpi-endringen ved
reaksjonen.
- Finn endring i standard Gibbs fri energi når det dannes 1 mol Fe3O4
etter den balanserte reaksjonen ved 300oC.
- Finn likevektskonstanten ved 300oC.
b) - Beregn partialtrykket av oksygen i likevekt med ren Fe2O3
og ren Fe3O4 ved 300oC.
- Finn endring i Gibbs fri energi når det dannes 1 mol Fe3O4
etter den balanserte reaksjonen ved 300oC og partialtrykket
av oksygen er 0,1 atm.
- Ved hvilken temperatur er det likevekt hvis partialtrykket av oksygen
er 0,1 atm?
Svar: K = PO2 = 10-52
atm. ΔG = ΔGo + RTlnQ = 292 kJ/mol + 8,31x693 x ln0,1 = 292
kJ/mol – 13 kJ/mol = 279 kJ/mol.
T = ΔHo / (ΔSo
– RlnQ) = 472000 / (267 – 8,31 ln 0,1) = 472000 / (267 – 19) = 1650 K.
Oppgave 4. Tilsvarer deleksamen 4.
a) - Angi formlene for saltsyre og natronlut og angi det kjemiske
navnet på saltet som dannes når de to reagerer med hverandre.
- Angi reaksjonen når svovelsyre reagerer med kalk (kalsiumkarbonat) og
danner gips og en ikke brennbar gass.
- Jern kan ha to ulike oksidasjonstall. Angi formlene for de to
jernsaltene av fosforsyre. (Jeg spør etter fosfater, ikke
hydrogenfosfater, polyfosfater, fosfitter eller lignende.)
Svar: HCl, NaOH, natriumklorid. H2SO4 + CaCO3 à CaSO4 + H2O + CO2. FePO4, Fe3(PO4)2.
b) De viktigste nitrogenioner i forurenset vann er nitrittioner, nitrationer og ammoniumioner.
- Angi de tre syrelikevektene disse tre ionene inngår i.
- Hva er det viktigste problemet med for mye nitrogenioner i avløpsvann?
- Angi tre viktige forurensingsproblemer tilknyttet utslipp av
nitrogenoksider til luft, og angi evt. hvilke nitrogenoksider det
gjelder.
Svar: HNO2 à NO2- + H+; HNO3 à NO3- + H+; NH4+ à H+ + NH3. Overgjødsling (eutrofiering), algedannelse, oksygenunderskudd. N2O gir drivhuseffekt. NO og NO2 gir sur nedbør, smog og eutrofiering. Alle tre gir nedbrytning av ozonlaget.
Oppgave 5. Tilsvarer deleksamen 5.
En galvanisk celle består av to kamre. Det ene kammeret har en jern-elektrode i kontakt med 0,1 M jern(II)sulfat, det andre har en krom-elektrode i kontakt med 0,1 M krom(III)klorid. Begge saltene er lettløselige i vann.
a) - Tegn opp cellen slik at den kan levere strøm. Angi anode og
katode og fortegn på elektrodene. Angi også strømretning og
ladningsbærere i de ulike delene av cellen.
- Forklar hvorfor vi må dele cellen opp i to kamre, og hvorfor og
hvordan vi kobler de to kamrene sammen til en celle.
b) - Finn halvreaksjonene, totalreaksjonen og standard
cellespenning.
- Finn likevektskonstanten for totalreaksjonen.
- Denne cellen kan brukes om et batteri som også kan lades opp. Hva
kaller man prosessen man bruker for å lade batteriet, og hvilken
spenning må vi sette på for å utføre prosessen?
Svar: Fe2+ + 2e- --> Fe; Cr3+ +
3e- --> Cr. Total: 2 Cr3+ + 3 Fe --> 3 Fe2+ + 2 Cr3+. Eo = 0,74V
- 0,44V = 0,30V. E = Eo - 0,0592/n log K = 0 --> Log K =
nEo/0,0592 = 6x 0,30/0,0592 = 34,5. K = 1034,5.
(Det finnes flere måter å finne svaret.) Elektrolyse, min. 0,30V
Oppgave 6.
Ta utgangspunkt i følgende elektrokjemiske celle: Fe | Fe2+ || OH- | O2 | Fe
a) - Angi anode- og katodereaksjon.
- Finn totalreaksjon og standard cellespenning.
- Forklar hvorfor denne cellen illustrerer galvanisk korrosjon.
- Hvis cellen var en modell for et virkelig system og du skulle hindre
korrosjon, da ville du malt jernelektroden i høyre kammer og ikke den i
venstre. Forklar hvorfor det ville hjelpe, mens det motsatte ville vært
ufornuftig?
Svar: Anode: Fe à Fe2+ + 2eˉ. Katode: O2 + 4H+ + 4eˉ à 2H2O. Totalreaksjon: O2 + 2 Fe + 4 H+ à 2 Fe2+ + 2 H2O. Eo = 1,23 V + 0,44V = 1, 67 V. (Brukes man den andre O2-reaksjonen blir Eo = 0.84V) Katodereaksjonen og anodereaksjonen er de samme som i luftoksidasjon av jern, og de to halvreaksjonene er på forskjellig sted men i galvanisk kontakt. Ved å male katoden stopper man også anodereaksjonen. Ved å male anoden stopper også anodereaksjonen, men bare så lenge malingen er helt uskadet. En liten skade på malingen vil da lage en liten anode og sterk korrosjon på ett lite punkt.
b) - Forklar hvorfor og hvordan pH endrer seg i hver av cellene
etter som reaksjonen går.
- Forklar ved hjelp av Pourbaixdiagrammet for jern hvorfor det er
jernet i venstre kammer som korroderer og ikke jernet i høyre kammer
(der det er oksygengass).
- Forklar hvorfor man ikke kunne brukt jern som inertelektrode hvis
løsemiddelet i høyre kammer var sjøvann og ikke vanlig, rent ferskvann.
Oppgave 7.
a) Ta utgangspunkt i korrosjon av sink ved hjelp av oksygen. Det
dannes toverdige sinkioner i reaksjonen.
- Hvor mange gram O2 må forbrukes for å korrodere 1g sink?
- Hvor lenge kan en celle av sink og oksygen levere 1 A hvis
sinkelektroden veier 1g og det er mengden sink som er begrensende.
Svar: Totalrx gir
1/2 mol O2 per mol Zn. Masse O2 = 1g x 1/2 x molvekt O2/molvekt
Zn = 1g x 1/2 x 32/65,39 =
0,245g. 1 g Zn/ 65,39 = 0,0153 mol Zn tlsv: 0,0306
mol e- --> 0,0306 mol x 96.500 C/mol = 2950 C = 2950 As, dvs. 1 A i
2950 s eller ca. 49 min.
b) Oksygeninnholdet i luft er 21%.
- Hvor mange liter vann måtte man ha hatt ved 20oC og 1 atm
lufttrykk for å løse opp 1g O2?
- I en annen sammenheng skal du løse opp 1g CO2 i vann. Da må du i tillegg kjenne pH. Hvorfor? Angi hvilke likevekter du må bruke for å kunne beregne løseligheten av CO2 i vann ved varierende pH. (Jeg ber kun om likevektsreaksjonene, ikke konstantene. Jeg ber heller ikke om noen beregninger.)
Svar: Løselighet: 0,0434 g/Latm x 0,21 atm = 0,00911 g/L. Dvs. man
trenger ca. 110 L. CO2 vil i vann reagere med H+-ioner.
Derfor må du ta hensyn til syrelikevektene (Ka1 og Ka2 for CO2
(aq), og du må kjenne pH.
Oppgave 8.
a) - Forklar hvordan elektronegativitet kan brukes til å forutsi
bindingsforhold i faste stoffer. F. eks. sammenlign NaCl, Fe og C.
- Forklar hvilke bindingstyper man har mellom molekyler, og angi hva
forskjellen mellom de ulike bindingstypene har med elektronegativitet å
gjøre.
- Forklar hvordan man utfra bindinger mellom molekyler kan forutsi
hvilke stoffer som er blandbare/løser seg i hverandre og hvilke som har
høyest kokepunkt. F. eks. hvorfor har etanol (C2H6O)
et høyere kokepunkt enn pentan (C5H12), og
hvorfor løser etanol seg i vann mens pentan ikke gjør det?
b) Det er mulig å løse gull i kongevann, som er en blanding av 1 del konsentrert salpetersyre og 2 deler konsentrert saltsyre. Begge de rene syrene kan antas å ha konsetrasjoner på ca. 40%. Salpetersyren er oksidasjonsmiddel, mens saltsyren gir kloridioner slik at gullionene omdannes til AuCl4--komplekser. Finn de likevektene som inngår i denne prosessen og gi et omtrentlig estimat på hvor stor likevektskonstanten for kompleksdannelsen må være for at kongevann skal kunne løse opp gull.
Svar: I denne reasjonen oksderes gull
til Au3+ ved hjelp av salpetersyre, HNO3. Gullionene vil så
komplekseres av kloridioner til AuCl4-.
De tre reaksjonene man da må diskutere er: Au --> Au3+ +
3e-, NO3- + 4H+
+ 3e- --> NO (g)
+ 2H2O og Au3+
+
4 Cl- --> AuCl4-. Den
første er i SI splittet opp i to enkelreaksjoner. Totalt blir det
derfor slik:
Au --> Au+ + e- | log K = -28,6 |
Au+ --> Au3+ + 2e- | log K = -47,7 |
NO3- + 4H+ + 3e- --> NO (g) + 2H2O | log K = 48,4 |
Au3+ + 4Cl - --> AuCl4- | log K > 15 |
Totalreaksjon: NO3-+ 4H+ + Au + 4 Cl- --> NO (g) + 2H2O + AuCl4- | log K > -13 |
Oppgave 9.
Fasediagram for Sn/Pb og Fe/C er vedlagt oppgavene.
a) - Velg en sammensetning og en temperatur hvor du har både fast
bly og en smelte som er en blanding av bly og tinn, og marker dette
punktet i diagrammet. Den valgte temperaturen og totalsammensetningen
er svaret du skal gi på dette spørsmålet.
- For dette punktet: Angi sammensetningen av hver av de to fasene og
hvor mye det er av hver fase. Forklar eller vis kort hvordan du finner
fram til svarene.
- Ta utgangspunkt i sammensetningene av de to fasene og vis at
smeltepunktet nødvendigvis må være lavere for legeringer enn for rene
metaller. (Entropi- og entalpiendring er begge alltid positive for
smelting av metaller.)
Svar: Eksempel 20% Sn og 250oC. Punktet må være innen områder hvor det står S + alfa. Trekk en horisontal linje og les av sammensetningene der denne krysser fasegrensene. Her blir Sn-innholdet ca. 10% og 40% i alfa og S. Mengdeforholdet finnes av vektstangprinsippet, og det blir ca. 2/3 alfa, og 1/3 smelte. Reaksjonen er Sn(s) à Sn(l) à K = X(Sn(l))/X(Sn(s)). Fordi det alltid er mer av fremmedstoffet i smelten enn i den faste fasen, blir Q < 1. Delta G = deltaHo - TdeltaSo + RTlnQ à T = deltaHo/(deltaSo - RlnQ). Når både entalpi og entropi øker ved smelting betyr det at T minker når Q er mindre enn 1.
b) - I fasediagrammet er det oppgitt to ulike former for jern:
alfa-jern og gamma-jern. Forklar hva som er forskjell på disse to
fasene når det gjelder struktur, hvilke temperaturer de er stabile ved
og løselighet av karbon i metallet.
- Ved det eutektoide punktet omdannes gammajern til perlitt. Forklar
hva perlitt er og hvorfor du får en slik overgang.
- Sementitt (eller jernkarbid) er hardere og sprøere enn det rene
jernet. Forklar denne forskjellen utfra grunnstoffenes egenskaper og
bindingsforhold.
Oppgave 10.
a) - Tegn molekylstrukturen for fire molekyler: Et alifatisk, et
olefinisk, et alisyklisk og et aromatisk hydrokarbon. Alifater og
alisykliske hydrokarboner har bare enkeltbindinger, og alisykliske har
minst en ring. Olefiner har minst en dobbelbinding og aromater har
minst en bensenring. Tegn opp alle bindinger og ta med alle atomene i
alle fire molekyler. Angi for hvert av molekylene hvilken type det er.
- En aminosyre har en syregruppe og et amin på to naboatomer. Et
eksempel er 3-metyl- 2-amino- butensyre. Tegn opp molekylstrukturen til
en tenkt aminosyre som har 6 karbonatomer og 8 hydrogenatomer og 1
kloratom. Pass på å få med alle bindingene og alle atomene.
- Tegn et molekyl som både er aldehyd, keton og ester. Ta med alle
bindingene og atomene.
b) - Tegn molekylformlene for en syre og en alkohol som sammen ville
gitt en polyester.
- Polyester og polyeten tilhører to forskjellige hovedgrupper av plast.
Hvilke grupper er dette, og hva består forskjellen i?
- Polyeten er en hardplast bare hvis den krystalliserer, mens mange
polyestre kan være harde og faste uten å være krystalline. Forklar
denne forskjellen utfra bindingsforholdene mellom plastmolekylene.
- Hvorfor kan ikke gummien fra brukte bildekk smeltes om og brukes til
andre formål? Forklar dette utfra bindingsforholdene mellom kjedene, og
angi hva fordelen med disse bindingsforholdene er.