b) H2O (l) (likevektspiler) H2O (g).
Hvorfor er (delta)Go = 0 for denne reaksjonen når rent vann koker
ved 100oC?
Svar: Hvis det er likevekt er (delta)G = 0. Hvis rent vann koker
ved 100oC, betyr det at vannet er rent og at vanndamptrykket er 1 atm (ved
vannets normale kokepunkt). Dermed er alle komponenter i standardtilstand
og (delta)G = (delta)Go = 0
Annet fullgodt svar: K = 1/1 = 1 => (delta)Go = -RTlnK = 0.
Ikke fullgodt svar: At det er likevekt forklarer bare hvorfor (delta)G
= 0, ikke hvorfor (delta)Go = 0.
Oppgave 2.
a) NH3 (g) (likevektspil) NH3 (aq)
Finn likevektskonstanten og deltaGo for reaksjonen utfra tabellen for
løselighet av gasser i vann.
Svar: Slå opp i tabell 27 (26) og finn løselighet i
g/kg. L => 480 g/L => [NH3 (aq)] = 28.2 mol/L
[NH3 (g)] = p(NH3) = 1 =>K = [NH3 (aq)]/ p(NH3) = 28,2/1
= 28,2 (K er uten enhet!)
b) Bruk tabellen for pKa-verdier, og finn K for følgende reaksjon:
NH3 (aq) + H+ (aq) (likevektspil) NH4+ (aq).
- Utfra dette, hva er K for følgende reaksjon: NH3 (g) + H+
(aq) (likevektspil) NH4+ (aq)?
- Ved hvilken pH er 1 atm NH3 (g) i likevekt med 1M NH4+ (aq)?
Svar: pKa = 9,24 => Ka = 10-9,24 =>
K = 109,24 (reaksjonen er motsatt av Ka)
NH3 (aq) + H+ (aq) (likevektspil) NH4+ (aq)
K = 109,24
+ NH3 (g) (likevektspil) NH3 (aq)
K = 28,2
= NH3 (g) + H+ (aq) (likevektspil) NH4+ (aq)?
K = 28,2 x 109,24 = 4 x 1010
K = [NH4+]/p(NH3)x[H+] => [H+] = [NH4+]/K x p(NH3) = 1/K
x 1 = 1/K = 1 x 10-11
=> pH = 10,7
Oppgave 3.
a) - Angi reaksjonslikning når etanol forbrenner fullstendig
i luft.
- Finn varmemengden som avgis når 1L 96% alkohol brenner (tettheten
antas lik 0,800 kg/L).
- Hvor mye øker den spesifikke brannbelastningen i et rom på
7mx7m med 3 meter takhøyde hvis det er en beholder på 10 liter
96% alkohol inne i rommet?
Svar: CH3CH2OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O
(delta)Ho = 3 x (-242) + 2 x (-394) - (-235) + 3 x (0) = -1279 kJ/mol
0,96 x 0,8 kg/L x 1L = 0,768 kg => 0,768kg / 46,1 g/mol =
16,7 mol etanol.
varmeutvikling av 1 L 96% alkohol: - (-1279 kJ/mol) x 16.7
mol = -21,3 MJ
Brannbelastning fra 10L : 213 MJ
Rommets samlede flate: 2 x 7m x 7m + 4 x 3m x7m = 182 m2
Økning i spesifikk brannbelastning: 213 MJ/182m2 = 1,2 MJ/m2
b) - Hva er flammepunkt, samt øvre og nedre flammegrense?
- Hvilke av disse faktorene er avgjørende for kategorisering
av væskers brannfarlighet?
Svar: Flammepunkt er minimum temperatur for at væskedampen
skal kunne være brennbar. Øvre og nedre flammegrense er maksimum
og minimum konsentrasjon i gassfase som gjør væskedampen brennbar.
Det er flammepunktet som avgjør kategoriseringen.
Oppgave 4.
a) I en blyakkumulator skjer følgende reaksjoner: Pb -> PbSO4
og PbO2-> PbSO4
- Finn de balanserte halvreaksjonene, totalreaksjonen og standard cellespenning.
Svar:
Pb + HSO4- -> PbSO4 + H+ + 2e-
Eo = 0,36 V (snudd i forhold til SI)
PbO2 + 3 H+ + HSO4- +2 e- -> PbSO4 + 2H2O
Eo = 1,69 V
Pb + PbO2 + 2 H+ + 2 HSO4- -> 2 PbSO4 + 2H2O
Eo = 2,05 V
b) - Hvilke konsentrasjoner endrer seg under utladning av akkumulatoren?
- Utfra dette, forklar hvordan og hvorfor cellespenningen endrer seg
når akkumulatoren utlades.
Svar: Syremengden ([H+] og [HSO4-]) minker og vannmengden ([H2O
]) øker.
Endringene i disse konsentrasjonene gjør at Q = [PbSO4]2[H2O]2/[Pb][PbO2][H+]2[HSO4-]
øker, slik at Eo = E - 0,0592/n logQ minker.
Oppgave 5.
a) Nylig har det vært eksplosjoner om bord i noen aluminiumsbåter
med betongballast. Her har aluminium reagert med vann og dannet en eksplosiv
gass.
- Finn halvreaksjoner, totalreaksjoner og Eø for reaksjonen
mellom aluminium og vann.
- Hvilken reaksjon skjedde under eksplosjonen?
Svar: Al -> Al3+ + 3e-
Eo = 1,68V (Snudd i forhold til rx. i SI) (x2)
2H+ + 2e- -> H2 (g)
Eo = 0
(x3)
Total : 2Al + 6 H+ -> 2 Al3+ + 3 H2 (g)
Eo = 1,68V
Man kan alternativt bruke halvreaksjonen 2 H2O + 2e- -> H2 + 2 OH-,
og får da Eo = 0,86V
Eksplosjonen skyldes følgende reaksjon: 2H2 + O2 -> 2 H2O
b) Reaksjonen skjedde fordi aluminium ikke lenger var passivt.
- Forklar hvorfor og hvordan betong ødelegger passiviteten til
aluminium, og forklar hvorfor dette muliggjør at aluminium kan reagere
med vann.
Svar: Betong er svært basisk, og dette gjør at den
beskyttende passivfilmen av aluminiumoksid løser seg opp. Dette
skjer fordi aluminiumionene ved høye pH-vrdier danner hydroksidkomplekser,
Al(OH)4-.
Oppgave 6.
a) - Hva er luftingscellekorrosjon?
- Hvordan og hvorfor endrer pH seg der katodereaksjonen skjer?
- Hvordan og hvorfor endrer pH seg der anodereaksjonen skjer?
Svar: Luftingscellekorrosjon oppstår det to deler av samme
metall er i miljøer med ulik oksygenkonsentrasjon.
Der katodereaksjonen skjer vil pH øke på grunn av følgende
reaksjon O2 + 4 H+ + 4e- -> 2 H2O eller O2 + 2 H2O + 4 e- -> 4 OH-.
Ved anodereaksjonen vil metallionene reagere med vann (hydrolysere)
slik at vannet blir surt.
b) Tegn opp en celle som leverer strøm og hvor man har oksidasjon
av jern i et kammer og reduksjon av oksygen i det andre. Angi anode/katode,
elektrodenes fortegn, og hvor og hvordan strømmen beveger seg.
- Hvor mange mL oksygengass må til for at ett gram jern skal
omdannes til rust?
Svar:
- anoden skal være negativ og være jernanoden.
- katoden skal være positiv og ha et inertmetall (eks platina)
med oksygen.
- elektronene skal gå fra anoden til katoden.
- det må være en saltbro eller porøs skillevegg
mellom kamrene, men ingen elektroner beveger seg her.
- det skal ikke være noen strømkilde
1 g jern Fe => 1 g/55,85 g/mol = 0.0179 mol.
2Fe + 3/2 O2 + H2O -> 2FeOOH (Rust er treverdig jern!) =Antall
mol O2 forbruk er 0,0179 x 3/4 = 0,01345 mol
= > 0,01345 mol x 24,5 L/mol = 329 mL
Oppgave 7.
a) Avløpsvannet fra en bedrift inneholder SO42--ioner som kan
omdannes til H2S før vannet blir renset.
- Hva er de største problemene ved dannelse av H2S?
- Vis at pH påvirker dannelsen av H2S.
Svar: H2S lukter svært ille. S-setningene i SI viser at H2S
er svært giftig og i tillegg brannfarlig.
rx. SO42- + 10H+ + 8 e- -> H2S + 4H2O
[H+] inngår i Q = [H2S]/[SO42-] x[H+]10
og dermed i (delta)G eller E for halvreaksjonen.
b) Både O2 og SO42- kan oksidere organiske forbindelser i vannet.
Hvilken av disse to reagerer først, når det er gitt at avløpsvannet
inneholder 1 mg/L O2, 25 mg/L SO42-, 0,01 mg/L H2S og når pH=7?
Svar: Undersøk E for de to halvreaksjonene, og se hvilken
som har høyest E-verdi. Den med høyest E vil skje først.
- O2 + 4H+ + 4e- -> 4H2O
E = Eo - 0,0592/4 log (1/[O2]x[H+]4) = 1,23V + 0,0148 log (6,25x10-4
x (10-7)4) =
1,23V + 0,0148 log(6,25 x 10-32) =
- SO42- + 10H+ + 8 e- -> H2S + 4H2O
E = Eo - 0,0592/8 log ([H2S]/[SO42-] x[H+]10 ) = 0,78V + 0,0074
log (2,93 x 10-7/2,6 x 10-4 x (10-7)10 ) =
0,78 - 0,0074 log (1,13 x 10-67) =
(Svaret kommer når jeg finner kalkulatoren min)
Oppgave 8.
a) Et metall med polyedrisk kornstruktur blir varmvalset. Forklar og
vis med enkle skisser hvordan kornformen endres under valsingen, og hvordan
rekrystallisasjon foregår.
Svar: Kornene deformeres ved valsingen. Etterpå vil det vokse
fram nye korn, som vokser fra kim i grenseflatene mellom de deformerte
kornene.
b) - Et stål består av korn som har alfa-jern ytterst og
ellers består korna av perlitt. Forklar hvordan dette stålet
kan ha blitt dannet.
- Et annet stål består av bare alfa-jern overmettet med
karbon. Forklar hvordan dette stålet kan ha blitt dannet.
- Hva kalles dette siste stålet, og hvilke egenskaper har det?
Svar: Det første stålet dannes ved langsom nedkjøling
av gamma-jern med mindre enn 0,8 % C.
Det andre stålet dannes ved bråkjøling i vann.
Det bråkjølte stålet kalles martensitt, og er
en sprø og hard - dårlig - stålkvalitet.
Oppgave 9.
a) - Hvilke forbindelser i betongen gjør den så basisk?
- Hva er typisk pH for porevannet i norsk standardsement?
Svar: Na2O og K2O (og delvis Ca(OH)2, selv om den ikke gir tilstrkkelig
høy pH alene). ca. 13.5
b) - Hva betyr det at betong karbonatiserer?
- Hvorfor er det normalt ugunstig at betongen karbonatiserer?
- Hva har v/c-forholdet og RF å si for karbonatiseringshastigheten?
Svar: At det tas opp CO2 i porevannet som så reagerer med
basiske oksider i betongen.
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O
pH minker slik at passivbeskyttelsen av armeringsjern kan forsvinne.
I tillegg til at armeringen ødelegges, kan utviklingen av voluminøs
rust føre til at betongen sprekker opp. Høyt v/c-forhold
(mye fuktighet ved laging som gir høy permeabilitet) og RF rundt
50-60% (ikke for tørr, og ikke tilstoppet av vann) gir høyest
karbonatiseringshastighet.
Oppgave 10.
a) PVC er polymerisert vinylklorid.
- Angi struktur for monomer og polymer.
- Hvorfor utgjør PVC et særlig problem ved brann?
Svar: CH2=CHCl ; -(CH2-CHCl)- . Fordi PVC inneholder klor,
danner den saltsyregass og meget giftige klorerte organiske forbindelser
som f. eks. dioksin.
b) PVC inneholder normalt myknere for å få de riktige egenskapene,
og noen av de mest omdiskuterte myknerne er ftalatene. Ftalater er estere
av ftalsyre. - Tegn opp strukturen til et valgfritt ftalat ut fra følgende
opplysninger: a) Ftalsyre er en bensenring med to syregrupper. b) Syren
er forestret med to ulike alkoholer.
Svar: Eks: CH3-O-CO-C6H4-CO-O-CH2-CH3 (C6H4 er en bensenring
med seks karbonatomer)