Eksamen i fag SIK3005/SIK0503, 23. mai 2001.

Uten løsningsforslag

Oppgave 1.

a) Balanser følgende likningen, sett opp uttrykket for likevektskonstanten, og angi for hver av forbindelsene hva det betyr at den er i standard tilstand:
CH4 (g) + O2 (g) + Ca2+ (aq) -> CaCO3 (s) + H2O (l) + H+ (aq)

b) Ligningen i a) kan sees på som en kombinasjon av to kjemiske hendelser: 1) Forbrenning av CH4 til CO2. 2) Reaksjon mellom CO2-gass og kalsiumioner i vann.
- Skriv opp de to delreaksjonene, og vis at reaksjonen i a) er summen av de to delreaksjonene.
- Hvordan kan man finne verdien av likevektskonstanten for totalreaksjonen hvis man kjenner likevektskonstanten for de to delreaksjonene?

Oppgave 2.

a) Rent karbon forbrennes med st›kiometriske mengder ren O2 til CO2. (Ingen biprodukter)
- Regn ut hvor mye varme som utvikles når 1 mol C forbrenner.
- Hvor varmt blir produktet hvis all reaksjonsvarmen blir igjen i reaksjonsproduktet.

b) - Hvor mange liter utgjør 1 mol CO2 ved 60ºC og ved P=0,82 atm?
- Hvor mange liter vann må brukes for å løse opp samme mengden CO2 ved samme trykk og temperatur?

Oppgave 3.

a) Beregn likevektskontanten ved 80 ºC for reaksjonen 2 NO2 <-> N2O4
- Hva er P(N2O4) hvis P(NO2) = 0,1 atm?

b) En reaktor med bare NO2 og N2O4 har et totaltrykk på 0,1 atm. Gassen er nesten ren NO2, med 0,1% N2O4. Hva er temperaturen hvis reaksjonen er ved likevekt?

Oppgave 4.

a) En galvanisk celle består av to kamre. I det venstre er kobber i likevekt med en toverdig kobberløsning. I det høyre er det en jernbit i likevekt med treverdige jernioner.
- Finn anode- og katode-reaksjon.
- Finn totalreaksjon og standard cellespenning.
- Tegn opp og forklar hva som skjer ved anoden, hvordan ladning oppstår, og hvordan den transporteres bort.

b) Cellen fungerer som et batteri. Det som begrenser hvor mye strøm batteriet kan levere er i dette tilfellet mengden av ett av metallene. Begge de to metallbitene, kobberbiten og jernbiten, er 1 g.
- Hvilket av metallene brukes opp?
- Hva skjer med den andre metallbiten?
- Hvor lenge kan batteriet levere 1A strøm før batteriet er oppbrukt?

Oppgave 5.

En galvanisk celle har to kamre som i utgangspunktet er like. I begge er det en kobber-elektrode i likevekt med kobber(II)-nitrat.
a) Hva blir spenningen hvis kobberionkonsentrasjonen er 0,01M i det venstre kammeret, mens kobberløsningen er i standardtilstand i det høyre?

b) I det venstre kammeret tilsettes fast NaOH til pH=14. Det felles ut et lyseblått pulver. (Hint: Se tabell 19)
- Hvilken kjemisk reaksjon skjer når du tilsetter NaOH og det dannes bunnfall?
- Hva blir spenningen i den galvaniske cella etter dette?

Oppgave 6.

Vedlagt oppgavene (side 13) er gitt Pourbaix-diagram for noen metaller.

a) For at armeringsstål ikke skal korrodere, er det viktig at porevannet i betongen har en meget høy pH (typisk ca. 13,5)
- Hvorfor hindrer meget høy pH korrosjon hos armeringsstål? Begrunn utfra kjemiske reaksjoner.
- Hvorfor er det ugunstig med salt i betongen? Begrunn utfra kjemiske reaksjoner.

b)  - Hvorfor kan man ikke bruke aluminium eller sink til å armere slik betong?
     - Hvilke to kjemiske likevekter må man ta hensyn til for å finne ut om aluminium er stabilt ved en gitt pH-verdi. (Se bort fra eventuelle forurensninger i vannet.)

Oppgave 7.

Du plasserer to elektroder i vann og setter på spenning. Fra hver av elektrodene skilles det ut en gass. Den ene gassen er eksplosiv, den andre får en glo til å flamme opp. Blandet sammen blir det en meget eksplosiv gassblanding.

a)  - Hva skjer? Angi halvreaksjoner og totalreaksjon.
     - Beregn spenning som kreves for å få reaksjonen til å gå ved pH

b) Du må ha en overspenning på ca. 1V for å få reaksjonen til å gå, og den går uansett tregt hvis vannet er rent.
- Hvorfor må man ha overspenning?
- Hvorfor går det tregt i rent vann?

Oppgave 8.

a) Korrosjonshastigheten for stål er normalt avhengig av tilgangen på oksygen. Hvis katoden ligger under stillestående vann, vil hastigheten være avhengig av diffusjonshastigheten.
- Angi en grunn til at korrosjonshastigheten skulle stige hvis temperaturen i vannet steg.
- Angi en grunn til at korrosjonshastigheten skulle synke hvis temperaturen i vannet steg.

b) Hvorfor har saltvann høyere kokepunkt enn ferskvann. Forklar utfra likevekten for fordampningsprosessen. (Det er ikke nødvendig med matematiske utledninger)

Oppgave 9.

Vedlagt oppgavene (side 14) er måltall for reaksjonshastighet under ulike betingelser for reaksjonen: A + 1/2 B + C   2 D

a) - Finn hastighetsloven, og finn verdien for hastighetskonstanten.
 - Finn hastigheten ved den femte forsøket, der det står et spørsmålstegn.
 - Hva er halveringstiden for reaksjonen?

b) - Beregn aktiveringsenergien for reaksjonen.
- Det viser seg at aktiveringsenergien for reaksjonen er høyere i en plastreaktor enn i en kobberreaktor. Hvordan vil du forklare det?

Oppgave 10.

a) Tegn opp de to molekylene utfra følgende beskrivelser. Ta med alle atomene og alle bindingene.
- Et hydrokarbonmolekyl som består av 8 karbonatomer i en kjede. De to ytterste C-C-bindingene er doble, den midterste er trippel, de øvrige er enkle. I tillegg finnes to metyl sidegrupper. Disse er bundet til C-atomer som igjen er bundet til to andre C-atomer og ett H-atom.
- Et molekyl som består av 3 karbonatomer i kjede. På ett av endekarbonatomene er det en OH-gruppe (det er en alkohol), mens det andre endekarbonet inngår i en syregruppe.

b) - Det første av molekylene i a) kan danne en addisjonspolymer. Forklar hvordan.
- Hvorfor vil denne monomeren kunne danne en herdeplast?
- Hva slags polymer kan lages ved kondensasjonspolymerisasjon av det andre molekylet i a)?
- Gir denne siste monomeren en herdeplast eller en termoplast?