Tenta 2012-05-28

Tentamen i TFKE52 Grundläggande kemi
Måndagen den 28 maj 2012, kl 1400-1800
Hjälpmedel:
Tentamen omfattar:
Säkert godkänt ger:
Ansvariga lärare:
Periodiskt system och miniräknare
6 uppgifter om 10 poäng = 60 p
30 p
Helena Herbertsson, 070-5669944
Lars Ojamäe, 281380
Stefan Svensson, 281366
OBS: Fullständiga lösningar skall alltid ges!
LYCKA TILL!
1.
a) Koncentrerad vätebromidlösning innehåller 48% HBr. Densiteten är 1.50 g/ml. Hur mycket
av lösningen måste man ta för att bereda 250 ml 0.1 M HBr?
(2p)
b) I gummiindustrin används svaveldiklorid, S2Cl2, för att öka töjbarheten hos gummi (s k
vulkning). Föreningen bildas genom att svavel upphettas i klorgas:
S8(l) + 4 Cl2(g)  4 S2Cl2 (l)
Vad är det procentuella utbytet om man erhåller 6.55 g S2Cl2 när 4.06 g S8 upphettas i
närvaro av 6.24 g Cl2?
(3p)
c) Ett hydrat av magnesiumsulfat har formeln MgSO4 · xH2O. Om 54.2 g av hydratet upphettas
för att ta bort vattnet blir ångtrycket 24.8 atm vid 120◦C i en behållare som rymmer 2.00 l.
Bestäm x i MgSO4 · xH2O.
(3p)
d) Balansera följande reaktion där permanganatjoner reagerar med jodatjoner varvid
manganoxid och perjodatjoner bildas. Redoxreaktionen sker i basisk lösning. Ange även
vilket ämne som fungerar som oxidationsmedel.
MnO4- + IO3-  MnO2 + IO4(2p)
2. a) Avgör med hjälp av Ka-värdet vilken av följande baser som är starkast:
Koffein (C8H10N4O2)
Ka = 2.4 ∙ 10-11
Anilin (C6H5NH2)
Ka = 2.6 ∙ 10-5
Ammoniak (NH3)
Ka = 5.6 ∙ 10-10
Motivera ditt svar.
(1p)
b) En student fick i uppdrag att ta reda på vilken av följande syror som fanns i ett prov:
1. iso-butansyra
C3H7COOH
M = 88.10 g/mol
2. bensoesyra
C6H5COOH
M = 122.12 g/mol
3. salicylsyra
(OH)C6H4COOH
M = 138.12 g/mol
4. triklorättiksyra
CCl3COOH
M = 163.38 g/mol
Studenten löste 0.1761 g av syran i avjonat vatten, så att lösningens totalvolym blev 100 ml.
Provlösningen titrerades med 0.150 M NaOH och ekvivalenspunkten nåddes efter tillsats av
8.5 ml NaOH.
i) Vilken av syrorna fanns i provet? Redovisa hur du kom fram till ditt svar.
(2p)
ii) Skissa en schematisk titrerkurva för ovanstående titrering.
(1p)
c) Beräkna pH i en buffert bestående av 0.408 M NH3 och 0.153 M NH4Cl (Kb(NH3) = 1.8∙10-5)
och beräkna hur pH förändras vid tillsats av 0.5 g KOH till 500 ml buffert. Bortse från
eventuell volymförändring.
(3p)
d) i) Beräkna lösligheten för järnsulfid (FeS, Ksp = 3.72·10-19) och järn(ii)hydroxid (Fe(OH)2,
Ksp = 4.87·10-17) och avgör vilken som är mest löslig i vatten. Redovisa hur du kom fram till
ditt svar.
(2p)
ii) Är Fe(OH)2 mer löslig i sur, neutral eller basisk lösning? Motivera ditt svar.
(1p)
3. a) Betrakta följande molekyler:
CH4
CO2 (C är centralatom)
O3 (en av syreatomerna är centralatom)
i) Rita Lewisstrukturer för ovanstående molekyler.
ii) Ange ungefärliga vinklar kring centralatomen i vardera molekyl.
b) Vilken elektronkonfigurationen har atomen Mn respektive jonen Mn2+ ?
(3p)
(3p)
(2p)
c) Ange vilka kvanttal som motsvaras av (eller kan associeras med) en orbital med
beteckningen 4p.
(1p)
d) Vilken atom har störst radie av Cl, Ga och Se?
(1p)
4. a) Beräkna det arbete som utförs när 10.0 g natrium reagerar vid trycket 1.00 bar och
temperaturen 25C enligt reaktionsformeln nedan. Antag att H2 är en ideal gas.
Na(s) + H2O(l)  Na+(aq) + OH-(aq) + ½ H2(g)
(4p)
b) Följande standardbildningsentalpier och standardentropier har inhämtats från
ett lämpligt tabellverk:
Hf( KNO3(s) ) = 498 kJ/mol, Hf( KNO2(s) ) = 370 kJ/mol,
S( KNO3(s) ) = 133 J mol-1 K-1, S( KNO2(s) ) = 152 J mol-1 K-1,
S( O2(g) ) = 205 J mol-1 K-1.
Betrakta reaktionen
KNO3(s)  KNO2(s) + ½ O2(g)
Antag att reaktionsentalpin och reaktionsentropin inte beror av temperaturen, och att
trycket är 1 bar. Vid vilka temperaturer sker ovanstående reaktion spontant? (4p)
c) Vad menas med en rymdcentrerad kubisk (body-centered cubic) enhetscell?
5.
(2p)
a) För reaktionen i gasfas nedan
4 PH3  P4(g) + 6 H2(g)
har man bestämt att reaktionshastigheten för PH3 är 0.15 mol dm-3 s-1. Vad är
reaktionshastigheten för P4 och för H2 ?
(2p)
b) Inom kinetiken, vad menas med att en reaktion är av andra ordningen?
(2p)
c) Reaktionen
A(g)  B(g) + 2 C(g)
är av andra ordningen (med avseende på partialtrycket för A). Processen studeras
i ett slutet kärl, i vilket enbart ämne A finns vid tiden 0. Trycket är då 0.030 bar.
Efter 20.0 sekunder, räknat från tiden 0, hade det totala trycket ökat till 0.045 bar.
Beräkna hastighetskonstanten för reaktionen!
(6p)
6.
a) Namnge följande föreningar samt ange vilken struktur som inte är isomer till de
övriga.
(2.5 p)
OH
O
OH
I
II
O
III
IV
b) Rita den mest stabila konformationen i en valfri tredimensionell projektion av:
(2p)
V) butan
resp.
VI) metylcyklohexan
c) Rita en diastereomer i Fischerprojektion till den stereokemi av aminosyran L-Treonin
som finns i figuren nedan samt ange vilken konfiguration (R) eller (S) som LTreonin i figuren visar för C-2 (kolatom nr 2).
(3p)
d) Ange förväntad huvudprodukt samt rita mekanism för följande eliminationsreaktion.
(2.5 p)
Formelsamling för Grundläggande kemi
Grundläggande fysikaliska samband
F  mg ; Newtons 2:a lag
u  v
hc
E  hv 

emitterad effekt
 T 4 ;  = 5.670108 W m2 K4 ; Stefan-Boltzmanns lag
objektets ytarea
Tmax  1.44102 K m ; Wiens lag
h
  ; p  mu ; de Broglies våglängd
p
h
; Heisenbergs osäkerhetsrelation
x  p 
4
Bohrs atommodell: E = -2.1781018(Z2/n2)
Termodynamik
1:a huvudsatsen U  w  q
H  U  PV ; definition av entalpi
H  U  RT ngas
p
H   mi H
o
i 1
q
o
f ,i
(produkt )   n j H of , j (reaktant )
2:a huvudsatsen S 
j 1
T2

C p (T )
T1
T
dT
S  k B ln W ; Boltzmanns entropitolkning
p
q
i 1
j 1
S o   mi S io (produkt )   n j S oj (reaktant )
G  H  TS ; definition av Gibbs fria energi
G  H  T  S ; G o  H o  T  S o
p
q
i 1
j 1
G o   mi G of ,i (produkt )   n j G of , j (reaktant )
För reaktionen aA + bB +… eE + fF +… definieras reaktionskvoten Q 
Ee Ff ...
Aa Bb ...
, där
 =
aktiviteten för resp. ämne1
G  G o  RT ln Q
G o   RT ln K ; K = termodynamisk jämviktskonstant
 S o 
 H o
S o H o 1
 exp  
ln K 


 K  exp 
R
R T
 R 
 RT



1) Vid utspädd lösning resp. vid måttliga gastryck kan man ansätta {A(aq)}  [A(aq)] (molar el. molal) och {A(g)}
 PA (atm). För rent ämne A gäller att {A}=1. Exempel på rena ämnen är H2O(l), Fe(s) osv; för dessa ämnen gäller
alltså normalt att {H2O(l)} = {H2O(s)} = {Fe(s)} = {SiO2(s)} = 1. Observera att aktiviteten, { }, liksom den
termodynamiska jämviktskonstanten, K, saknar enhet.
Kemisk jämvikt
För lösningsjämvikten aA + bB +…
e
f

E   F  ...
eE + fF… är K c 
Aa  Bb  ...
För gasjämvikten aA(g) +… eE(g) +… är K p 
Kp
Kc
PEe  ...
PAa  ...
; massverkans lag
; massverkans lag
 RT 
ngas
Se även fotnot 1) under Termodynamik
Syrajämvikt HA + H2O ⇋ H3O + A (aq) , K a
+

H O 
A 
;K


3
-
HA 
a
syrakonstant (dissociationskonstant)
Kw = [H3O+][ OH]  1.01014 (25 ºC); vattnets jonprodukt
pKw = pH + pOH = 14 (25 ºC)
Basjämvikt B + H2O ⇋ BH+ + OH , K b 
OH 
 HB 
;K

-
B
b
baskonstant
Kw = KaKb ; pKw = pKa + pKb
 
 A- 
 ; Henderson-Hasselbalch (buffertekvation)
pH  pK a  log 


HA


  B 
Löslighetsjämvikt ApBq(s) ⇋ pAm+(aq) + qBn+(aq) , K sp  A
Kinetik
0 : e ordningens hastighets ekvation 
A  Ao  kt
(integrera d form)
1 : a ordningens hastighets ekvation 
ln A   ln A o  kt (integrera d form)
A  Ao  e kt
m p
dA
k ;
dt
dA 
 k A  ;
dt
(exponenti ell form)
ln 2
; halverings tid 1 : a ordningens hastighets ekvation
2
k
dA 
2
2 : a ordningens hastighets ekvation 
 k A  ;
dt
1
1

 kt (integrera d form)
A Ao
t1 
t1 
2
1
; halverings tid 2 : a ordningens hastighets ekvation
k A o
n q
k  Ae

Ea
RT
ln k  ln A 
; Arrheniuse kvationen
Ea 1
 (logaritme rad form)
R T