Oppgave 1.
a) - Hva er konsentrasjonen av [H+] og [OH-]
ved pH=11?
- Hva er [NH4+] i en 1M løsning av
ammoniakk (NH3) ved pH=11?
- Hva er løseligheten av Cu(OH)2 ved pH=11?
Svar: - 10-11 og 10-3
- Ka = [NH3][H+]/[NH4+]
= 10-9,24 => [NH3]= 1, [H+] = 10-11
=> [NH4+] = [NH3][H+]/10-9,24
=
1 x 10-11 / 10-9,24 = 10-1,76 =
0,0147 M
- Ksp = [Cu2+][OH-]2 = 1
x 10-20 => [Cu2+] = 1 x 10-20/[OH-]2
= 1 x 10-20/(10-3)2 = 10-14.
b) - Hvis man tilsetter saltsyre til en løsning av
sølvioner, felles det ut et hvitt sølvklorid. Skriv opp
den balanserte likevektsreaksjonen og finn verdien av
likevektskonstanten.
- Hvis man i stedet tilsetter ammoniakk, vil sølvionene danne et
kompleks med ammoniakk. Skriv opp den balanserte likevektsreaksjonen og
finn
verdien av likevektskonstanten.
- Kombinér de to reaksjonene og finn likevektskonstanten hvis
sølvklorid løses med ammoniakk.
Svar: 1) Ag+
+ Cl- =
AgCl
K1 = 1/Ksp = 1/(2 x 10-10)
2)
Ag+ + 2 NH3 = Ag(NH3)2+
K2 = K = 107
2) - 1) AgCl +
2 NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl-
K = K2/K1 = 107 x 2 x 10-10
= 2 x 10-3
Oppgave 2.
a) - Hvor mye varme utvikles i følgende reaksjon: 2 H2S
+ O2 (g) <=> 2 H2O (g) + 2 S (s)?
- Hva er temperaturen etter endt reaksjon hvis all varme ble
værende i produktene og hvis start-temperaturen er 25oC?
Svar: (delta)H o= (delta)fHo
(produkt) - (delta)fH o(reaktant) = 2
(-242
kJ/mol) + 0 -2 (-21 kJ/mol) -0 = -442 kJ/mol.
cp (produkter) = 2 x Cp(H2O (g)) + Cp(S (s)) = 2 x 34
J/Kmol + 2 x 23 J/Kmol = 114 J/Kmol.
T = q/Cp = - H /Cp = (442 kJ/mol)/(114 J/Kmol) = 3877 K. Dvs.
temperaturen blir ca. 3900 oC.
b) Ett mol H2S er fordelt i en beholder på 1000L
ved
80oC. Totaltrykket er 1 atm.
- Hva er partialtrykket av H2S i beholderen?
- Hvor mye H2S løses i 0,1 L vann ved disse
betingelsene?
Svar: PV = nRT n=1; V=1000L; T = 353K; R = 0,0821 Latm/Kmol
=> P = 1 x 0,0821 x 353 /1000 = 0,029 atm (Partialtrykket er het
uavhengig av totaltrykket)
Løselighet = 0,77g/Latm x 0,1 L x 0,029 atm = 2,2 x 10-3
g.
Oppgave 3.
a) - Hva kan man finne ut hvis man kjenner (Delta)G for en reaksjon?
- Hva kan man finne ut hvis man kjenner (delta)Go for en
reaksjon?
- Hvilke formler må man bruke for å finne (delta)G for en
reaksjon ved 100oC?
Svar: - Om reaksjonen er i likevekt og hvilken vei den evt. vil
gå.
- Likevektskonstanten
- (delta)Go = (delta)Ho - T
(delta)So og (delta)G = (delta)Go +
RTlnQ
b) NO + O3 -> NO2
- Balansér ligningen og finn verdien av likevektskonstanten ved
80o C.
- Ved hvilken temperatur er reaksjonen i likevekt hvis totaltrykket er
1 atmosfære, hvis det er like mye NO og NO2, og hvis
ozontrykket er 10-12 atmosfærer?
Svar: NO + O3 -> NO2 => 3
NO + O3 -> 3 NO2
(delta)Ho = 3 x 33 - 143 - 3 x 90 = - 314 kJ/mol
(delta)So = 3 x 240 - 239 - 3 x 211 = - 152 J/Kmol
(delta)Go = (delta)H o- T
(delta)So = - 314 kJ/mol - 353 K x (- 152 J/Kmol)
= - 314 kJ/mol + 54 kJ/mol = -260 kJ/mol
(delta)Go = -RTlnK => ln K = - (delta)Go
/RT = (260.000 J/mol)/(8,31 J/Kmol x 353K) = 88,7
=> K = 3x1038
(delta)G = (delta)Go + RTlnQ = H - T S + RTlnQ = 0
=> (delta)Ho = T (delta)So -
RTlnQ => T = Ho /( So - RlnQ)
Q = P(NO2)3/P(NO)3P(O3)
= 1/P(O3) = 1012 => RlnQ = 8,31 J/Kmol x 27,6
= 230 J/Kmol
T = (delta)H o/((delta) So -
RlnQ) = - 314 kJ/mol/(- 152 J/Kmol - 230 J/Kmol) =
-314 kJ/mol /(-382 J/Kmol) = 822K = 550 C.
Oppgave 4.
a) - Tegn opp en elektrokjemisk celle som leverer strøm. I
det
ene kammeret er det sink metall i kontakt med en løsning av
sinkioner, i den andre er det kopper metall i kontakt med kopperioner.
- Forklar hvor og hvordan strømmen beveger seg i cellen.
- Angi anode og katode, samt elektrodenes fortegn. Begrunn kort valgene.
Svar: Se figur
- Pass på saltbro.
- Strømmen ledes av elektroner i ledningen og av ioner i
løsningen.
- Anoden er sink og den er negativ. Sink går i
oppløsning, den oksideres, og når det produseres positive
ioner må det samtidig produseres fri elektroner.
b) - Finn totalreaksjon og standard cellespenning.
- Hva blir cellespenningen hvis konsentrasjonen av sinkionene er 0,01M
og konsentrasjonen av kobberionene er 1M?
- Denne totalreaksjonen kan brukes som et batteri. Hvor stor
strømstyrke vil batteriet gi hvis det forbrukes 1,0 g Zn pr.
time?
Svar: - Zn + Cu2+ -> Cu + Zn2+
Eo = 1,10V (Daniel-celle)
- Q = [Zn2+]/[Cu2+ ] = 0,01/1 = 0,01
E = Eo - 0,0592/2 x log 0,01 = 1,10V + 0,059V =
1,16V
1,0g/65,39 g/mol = 0,01529 Zn = 0,0306 mol e- =>
ladning = 0,0306 mol x 96500 C/mol = 2952 C Strøm = 2952
As/3600s = 0,82
A
Oppgave 5.
a) - Tegn opp vannmolekylet slik at man kjenner igjen molekylets
form.
- Hva er formelen for saltsyre?
- Er saltsyre en sterk eller en svak syre? Begrunn svaret kort.
- Hva kalles saltene av saltsyre?
- Hva slags faremomenter må man, ifølge faremerkingen, ta
hensyn til hvis man skal arbeide med saltsyre?
Svar: H2O, O i midten, bøyd (ca. 105o ); HCl; En sterk syre, spaltes nesten fullstendig (kan sees fra Ka); Klorider; Saltsyre er etsende.
b) - Angi to oksider som kan dannes når svovel brenner i luft.
- Angi navn og formel for de to syrene som dannes når disse to
oksidene løses i vann.
- Hvilket alvorlig og omfattende miljøproblem er disse oksidene
hovedopphav til?
Svar: SO2 og SO3, H2SO3 = svovelsyrling; H2SO4 = svovelsyre; Sur nedbør (eneste svar som aksepteres).
Oppgave 6.
a) - Skriv opp en halvreaksjon for reduksjon av oksygengass til OH--ioner
eller vann.
- Ved hvilken pH er E = Eo ,
forutsatt at alle andre stoffer er i standard tilstand?
- Hvor mye spenning må påtrykkes for å spalte vann i
oksygengass og hydrogengass?
Svar: O2 + 4 H+ + 4e- => 2 H2O,
eller O2 + 2 H2O + 4e- => 4 OH-
I den første er pH=0, i den andre er pH=14.
Man må bruke to halvreaksjoner som har E ved samme pH for
å få svar direkte fra Eo => 1,23V
b) I en celle har man i begge kamrene klorgass i likevekt med en 1M
løsning av kloridioner. I det venstre kammeret er løst
klorgass i standard tilstand, i det høyre er klorgassen i
standard tilstand.
- Hva er spenningen over cellen?
- Hva er klorgasstrykket i hvert av de to kamrene?
Svar: Cl- =>1/2 Cl2 (g) + e-
Eo = -1,36V log K = -23,0
1/2 Cl2 (aq) + e- => Cl-
Eo = 1,40V log K = 23,6
1/2 Cl2 (aq) = 1/2 Cl2
(g)
Eo = 0.04V log K = 0,6
Cl2 (aq) = Cl2
(g)
Eo = 0.04V log K = 1,2 K = 15,8 = P(Cl2)/[Cl2]
Høyre: P(Cl2) = 1 atm.
Venstre: K = 15,8 = P(Cl2)/[Cl2]; [Cl2]
= 1 => P(Cl2) = 15,8 atm.
Oppgave 7.
a) Anodereaksjon og katodereaksjon ved korrosjon behøver ikke
skje på samme sted.
- Hva er forutsetningene for at korrosjon skal kunne skje på
denne måten?
- Tegn opp et eksempel hvor korrosjon skjer på denne måten.
- Hva kalles slik korrosjon?
Svar: At det er både en metallisk og en ioneleder mellom
elektrodene, at det kan dannes en sluttet krets.
(dråpen, viren, spaltkorrosjon er eksempler som er
gjennomgått); Galvanisk korrosjon.
b) - Forklar hvorfor pH kan stige der katodereaksjonen skjer, mens
pH
gjerne synker der anodereaksjonen skjer.
Svar: Katodereaksjonen forbruker H+ eller produserer OH-.
Metallionene reagerer med vann slik at vannet blir surt.
Oppgave 8.
Pourbaixdiagram for diverse metaller er gitt som vedlegg.
a) - Hvordan kan man lese av diagrammene om et metall er edelt eller
reaktivt?
- Hva betyr de to stiplede, parallelle skrålinjene som går
igjen i alle diagrammene?
- Ved pH=7 vil stål, utfra Pourbaixdiagrammet, korrodere i
oksygenfritt vann, men ikke i oksygenrikt. Hvordan ser man det utfra
Pourbaixdiagrammet?
Svar: Man ser hvor høyt grensen for immunt går. Jo
høyere, jo edlere.
De angir de to katodereaksjonene, og angir katodespenning i
oksygenrikt og iksygenfritt vann.
ved pH = 7 er det passivt nær øvre linje, men aktivt
nær nedre.
b) Besvar disse spørsmålene utfra kjemiske reaksjoner
og
sammenhenger.
- Hvorfor er aluminium og sink aktive i sterkt basisk miljø?
- Hvorfor har stål et større aktivt område i
saltvann
enn i ferskvann?
Svar: De danner komplekser med hydroksidionet som løser
opp
passivskiktet.
Jern danner komplekser med klorid slik at passivskiktet løses
opp.
Oppgave 9.
a) Tegn opp strukturene for etan, propen, 1,3-butadien, syklopentan
og bensen. Tegn inn alle atomene og pass på at alle atomer har
riktig
antall bindinger.
Svar: Se figur.
b) Metan kan oksideres i følgende trinn: Metan, metanol,
formaldehyd, maursyre og til slutt karbondioksid. Angi struktur for
alle disse molekylene. Tegn inn alle atomene og pass på at alle
atomer har riktig antall
bindinger.
Svar: Se figur.
Oppgave 10.
a) - Hva er forskjell mellom addisjonspolymerisasjon og
kondensasjonspolymerisasjon?
- Vis hva som skjer når eten polymeriseres, og vis hvilke
bindinger som brytes og hvilke som dannes ved reaksjonen.
- Vis strukturen for polypropen. (Du får plusspoeng hvis du kan
forklare forskjellen på isotaktisk og ataktisk polypropen.)
- Tegn opp strukturen på polymeren som dannes når
etylenglykol og ftalsyre polymeriserer. Struktur av etylenglykol og
ftalsyre er oppgitt i vedlegg.
Svar: Ved kondensasjonspolymerisasjon dannes det også vann
eller et annet lite molekyl i tillegg. En addisjonspolymer inneholder
alle atomene som fantes i monomerene. En kondensasjonspolymer er nesten
alltid polar, en
addisjonspolymer er ofte upolar.
- Se figur.
b) Isopren er det samme som 2-metyl 1,3-butadien.
- Tegn opp molekylet.
- Isopren polymeriserer ved at begge dobbeltbindingene brytes og det
dannes en ny dobbeltbinding i tillegg til at det dannes bindinger
mellom monomerene. Vis hvordan dette skjer.
- Naturgummi er en naturlig polyisopren. Hva betyr det at gummi
vulkaniseres, og hvorfor må gummien vulkaniseres før man
får en gummi som holder formen - også når den blir
varm?
Svar: Se figur.
- Vulkanisering betyr at det dannes kryssbindinger mellom kjedene
slik at det blir en herdeplast.