EKSAMEN 4. juni 2005, bare oppgaver

Oppgave 1. Tilsvarer deleksamen 1.

a) - Finn løseligheten av Pb(OH)₂ i vannløsning med pH 7. Anta at oppløsningen av saltet ikke påvirker pH.
- Forklar hvordan dannelse av hydroksykomplekser kan påvirke løseligheten av Pb(OH)₂, og i hvilken del av pH-skalaen dette har størst betydning.

b) - Beregn løseligheten av CO₂ i rent vann ved 20^oC, når totaltrykket av gassen over vannet er 0,5 atmosfærer, og gassen inneholder 2 mol-% CO₂?
- Beregn konsentrasjonen av løst SO₂ ved pH 3 når [HSO₃^-] er 10^-7 mol/L.

Oppgave 2. Tilsvarer deleksamen 2.

Ta utgangspunkt i reaksjonen  2 CO (g) + S --> SO₂ (g) + 2 C Grunnstoffene er i sin mest stabile form ved 25^oC. (Temperaturene du skal beregne er rent teoretisk temperaturer ut fra de angitte forutsetningene, det er ikke sikkert det er mulig å oppnå temperaturene i praksis.)

a) - Beregn hvor mye varme som frigjøres eller forbrukes når 1 mol CO omdannes etter denne reaksjonen.
- Hvor mye varme må du tilføre hvis du skal varme opp produktene i reaksjonsligningen med 1 K?
- Hvor mye stiger temperaturen hvis all reaksjonsvarmen blir i produktene?

b) - Beregn standard entropi- og entalpiendring for reaksjonen i oppgave 2.
- Beregn ΔG for reaksjonen ved 100^oC, hvis de faste stoffene er rene og alle gassene har et partialtrykk på 0,1 atm.
- Ved hvilken temperatur er reaksjonen i likevekt hvis de faste stoffene er rene og alle gassene har et partialtrykk på 0,1 atm?

Oppgave 3. Tilsvarer deleksamen 3.

Ta utgangspunkt i reaksjonen 3 H₂ + 2 Fe³⁺ --> 6 H⁺ + 2 Fe

a) - Finn halvreaksjonene og bestem standard cellepotensial for totalreaksjonen.
- Ved likevekt er E=0. Finn konsentrasjonen av [Fe³⁺] ved likevekt hvis alle andre forbindelser er i standard tilstand.

b) - Tegn opp en elektrokjemisk celle som tilsvarer et batteri som utnytter den angitte reaksjonen og som kan lever strøm hvis den konstrueres etter din tegning.
- Angi anode og katode og fortegn på elektrodene når batteriet leverer strøm.
- Angi anode og katode og fortegn på elektrodene når batteriet lades opp.

Oppgave 4. Tilsvarer deleksamen 4.

Reaksjonen A --> 2B ble bestemt til å være av 2. orden der hastigheten bestemmes av bare en komponent. Med [A] = 0,001 mol/L og [B] = 0,01 mol/L, ble hastigheten målt til 10^-3 mol/Ls.

a) - Angi den differensiale og den integrerte hastighetsligningen.
- Bestem k – pass på enhetene.
- Bestem halveringstiden.

b) Nedenfor er gitt måledata for reaksjonen A + B + 2C --> D + E.

Nr	[A] i mol/L	[B] i mol/L	[C] i mol/L	[D] i mol/L	[E] i mol/L	r i mol/L/s
1	0,002	0,001	0,001	0,004	0,002	0,08
2	0,001	0,001	0,001	0,004	0,002	0,02
3	0,001	0,001	0,002	0,004	0,002	0,04
4	0,001	0,004	0,001	0,004	0,002	0,02
5	0,001	0,002	0,002	0,001	0,001	0,04
6	0,001	0,001	0,01	0,004	0,002	?

- Bestem hastighetslov.
- Bestem hastighetskonstanten.
- Hva forteller resultatet av eksperiment 5?
- Bestem hastigheten i eksperiment 6.

Oppgave 5.

En galvanisk celle består av to kamre. I det ene kammeret er det en oksygenelektrode, i det andre en hydrogenelektrode.

a) - Cellen kan beskrives med dette skjemaet: Pt | O₂ (g) | OH^- (aq) || H⁺ (aq) | H₂ (g) | Pt. Forklar hva dette betyr. Forklar hele skjemaet, dvs. alle symboler og kjemiske tegn; både egenskaper og funksjon skal komme fram.
- Angi de halvreaksjonene som best samsvarer med dette skjemaet.
- Finn totalreaksjonen, reaksjonens retning og standard cellespenning.

b) - Finn E^o og E for begge halvreaksjonene hvis pH er 7 i begge kamrene.
- Denne reaksjonen kan reverseres ved elektrolyse. Forklar hvorfor det er mulig både å utføre elektrolyse og å la cellen fungere som en spontan celle uten å dele den opp i to atskilte kamre.
- Vis at cellespenningen er uavhengig av pH hvis de to kamrene ikke er atskilt, men avhengig av pH hvis cellen er laget som beskrevet ved skjemaet i oppgave 5a.

Oppgave 6.

Vedlagt oppgavene er Pourbaix-diagrammet for jern, samt flere forenklede Pourbaix-diagram.

a) - Forklar hva de to skrå, prikkete, parallelle linjene som finnes i alle diagrammene betyr.
- Forklar hva det betyr at metaller er immune, aktive eller passive.
- Grensen mellom aktive og passive områder bestemmes av tre forskjellige likevekter, to ved lav pH, og en ved høy pH. Hvilke tre likevekter er dette?
- Forklar hvorfor jern er passivt ned til pH 2 ved høy E, men bare ned til pH 7-8 ved lav E.

b) En jernstang står ned i en leirbunn i en grunn innsjø. Leiren er våt, men det er ingen bevegelse i leiren og diffusjon i leirens porevann er langsom. Etter en tid viser det seg at jernstangen har rustet kraftig, men bare der den er dekket av leire. Det eneste oksidasjonsmiddelet som kan ha skapt denne korrosjonen er luftoksygen løst i vann.
- Forklar hvordan jern kan korrodere der det ikke er tilgang på oksygen.
- Forklar hvorfor det ikke har skjedd korrosjon der stangen står fritt i vannet.
- Forklar hvorfor du ville fått korrosjon over hele stangen hvis sjøen hadde vært saltvann.
Anta at innsjøen var et lite basseng, og at hele bunnen var dekket med en gummimembran. Jernstangen er stukket gjennom membranen, som slutter tett inntil stangen.
- Ville du nå forvente korrosjon? Begrunn svaret.

Oppgave 7.

a) En av de viktigste kildene til sur nedbør var og er utslipp av SO₂ fra kullkraftverk og annen industri. SO₂ omdannes til svovelsyre i kontakt med vann og luftens oksygen. Detter er en redoksreaksjon hvor svovel oksideres og oksygen reduseres. Totalreaksjonen kan skrives slik:
SO₂ (aq) + ½ O₂ + H₂O (l) --> SO₄^2- + 2 H⁺.
- Finn de to halvreaksjonene, og finn E^o ved å kombinere halvcellepotensialene.
- Finn ΔG^o og K utfra E^o.
- Vil reaksjonen fortsatt skje hvis [SO₂] = 10^-6 mol/L, [SO₄^2-] = 10^-3 mol/L, atmosfæretrykket er ½ atm., luften inneholder 20 mol-% O₂, og pH = 3? Begrunn svaret med en beregning.

b) En likeverdig måte å skrive totalreaksjonen er SO₂ (g) + ½ O₂ + H₂O (l) --> HSO₄^- + H⁺. Likevektskonstanten for denne totalreaksjonen kan utledes ved å kombinere K fra oppgave 7a med to andre likevektskonstanter. Den ene av disse likevektskonstantene kan du finne direkte i SI, den andre må du selv regne ut fra gassens løselighet.
- Beregn K for den nye totalreaksjonen.

Oppgave 8.

a) - Angi for hver av disse forbindelsene og grunnstoffene om de har ionebindinger, kovalente bindinger eller metallbindinger mellom atomene: Na₂O, SiO₂, CH₄, C, Si, Na, Be og NiTi.
- Hvordan kan du finne ut bindingsforholdene for disse stoffene selv om du ikke kjenner til grunnstoffet eller forbindelsen fra før?
- Et av stoffene er et typisk halvmetall. Hvilket stoff er det, og angi egenskaper som viser at dette stoffet verken er typisk metall eller et typisk ikke-metall.
- Forklar kort metallbindinger, og hvilke egenskaper dette fører til i metaller.

b) - Noen forbindelser som har kovalente bindinger er svært harde og løses ikke i noe løsemiddel, mens andre er myke, flytende eller gasser og løses lett i det riktige løsemiddelet. Hva er hovedårsaken til den store forskjellen?
- Forklar hvorfor plast er en mellomting mellom de to typene forbindelser.
- Hvorfor har polyeten et lavt smeltepunkt, og er myk og svak hvis polymeren ikke krystalliserer? Til sammenligning kan polyestere, polykarbonat og flere andre oksygenholdige polymere danner harde og faste plaststoffer selv om de ikke har krystallisert.
I vedlegget til oppgavene finner du en figur som viser strukturen til Kevlar®, en plasttype med stor mekanisk styrke og som blant annet brukes i skuddsikre vester.
- Kan du gi en forklaring ut fra figuren hvorfor Kevlar® er så sterkt?

Oppgave 9.

a) Forklar hvorfor te med sukker i har et høyere kokepunkt enn te uten sukker. Utled hvordan du ut fra termokjemien kan regne ut hvor mye kokepunktet endres når du har sukker i teen, og angi hvordan du kan finne de tallverdiene du trenger for å gjøre beregningen.

b) Du har en kopp te uten sukker, og slipper oppi en sukkerbit som legger seg på bunnen. Du glemmer teen en tid, og sukkeret løser seg langsomt opp, og begynner å diffundere. Diffusjonshastigheten er proporsjonal med konsentrasjonen, og kan ses på som en 1. ordens reaksjon. Diffusjonen følger Arrhenius-ligningen, med en aktiveringsenergi på ca. 40 kJ/mol.
- Forklar hva som menes med diffusjon.
- Vis at diffusjon øker universets entropi, ved å vise at ΔG for diffusjonen er negativ.
- Hvor mye raskere er diffusjonen ved 100^oC enn ved 20^oC?

Oppgave 10.

a) En ester er et produkt av en syre og en alkohol. Et amid er et produkt av en syre og et amin.
- Tegn opp en syre med tre karbonatomer og en alkohol med to karbonatomer, og esteren som dannes av de to.
- Tegn opp en syre som har 6 karbonatomer hvorav 5 danner en ring, et amin med to metylgrupper, og amidet som dannes av disse to.
- Hva skal til for at man skal få dannet en polyester og et polyamid?

b) Eten, propen, vinylklorid og etyn (acetylen) og en rekke andre forbindelser med minst én C=C dobbeltbinding, polymeriserer ved addisjonspolymerisasjon.
- Beskriv forskjellen i struktur mellom polyeten og polypropen.
- Hvordan vil strukturen for en addisjonspolymer laget av etyn se ut?
Isopren (CH₂=CH-C(-CH₃)=CH₂) er en monomer som har to konjugerte dobbeltbindinger, dvs. dobbeltbindingene er atskilt av en enkeltbinding. I polyisopren får man derfor dobbeltbindinger i kjeden. En form for polyisopren er naturgummi. Når den vulkaniseres tilsettes svovel som kan reagere med og binde seg til to dobbeltbindinger samtidig.
- Forklar hvordan vulkaniseringen endrer naturgummiens struktur og egenskaper.