Opgaver og svar PDF

Preview

Summary

26027 Grundlæggende Kemi Grupperegning 1 Opgave 1 Hvor mange elektroner har disse grundstoffer som di-kationer (+2 ladning, f. Zn2+): a) b) c) d) e) f) : 28 :4 Opgave 2 Nedskriv atomsymboler for: Bly: Pb Guld: Au Sølv: Ag Kobber: Cu Kalium: K Brom: B Uran: U Wolfram: W Opgave 3 Hvad er det absolutte...

Description

26027 Grundlæggende Kemi Grupperegning 1 Opgave 1 Hvor mange elektroner har disse grundstoffer som di-kationer (+2 ladning, f.eks. Zn2+): a) b) c) d) e) f)

: 28 :4

Opgave 2 Nedskriv atomsymboler for: Bly: Pb Guld: Au Sølv: Ag Kobber: Cu Kalium: K Brom: B Uran: U Wolfram: W Opgave 3 Hvad er det absolutte nulpunkt, og hvilken temperatur svarer det til i Celcius og Kelvin? Det absolutte nulpunkt er den temperatur, hvor der ikke er nogen bevægelse af atomerne ( og dermed entropi) udover den kvantemekaniske nulpunktsusikkerhed, og svarer det: Celsius = -273.15 °C Kelvin = 0 K Opgave 4 a) Hvor mange grundstoffer er der i f-blokken? Det er den nederste blok. Der er her = 28 grundstoffer. b) Skriv symboler og navn har grundstofferne: 2. gruppe og 5. periode: Sr - Strontium 6. gruppe og 4. periode: Cr - Krom Opgave 5 Kvarker er ligesom elektroner elementarpartikler, og der bruges tre til hver nukleon (proton el. neutron). Hvor mange elementarpartikler er der i alt i Zn(II)? Kvarker i Nukleoner: = 195 Elektroner:

I alt: = 223 Opgave 6 Nævn alkali-metallerne. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Opgave 7 Hvad er den normale oxidationstilstand af følgende grundstoffer: a) b) c) d) e) f) g) h) Opgave 8 Hvor mange protoner er der i: Man kigger blot på atomnummeret. a) Kulstof 14, 14C: 6 protoner b) Pt: 78 protoner c) LiF: = 12 protoner d) NaCl: = 28 protoner e) Fe: 26 protoner Opgave 9 Hvilken sammensætning har atmosfærisk luft, i masse-procent, fordelt på O2, N2, og andre gasser? 78% andre gasser Opgave 10 Møntmetallerne har lignende egenskaber og udgøres af kobber, sølv og guld. Hvor mange elektroner har disse i deres metalliske, neutrale former? Cu: 29 Ag: 47 Au: 79 Opgave 11 (Problem 2.48, Chang, svar findes bag i bogen) Navngiv følgende forbindelser: a) KClO: Kaliumhypochloxit b) Ag2CO3: Sølvcarbonat c) FeCl2: Jern(II)chlorid d) KMnO4: Kaliumpermanganat e) CsClO3: Caesiumchlorat

f) HIO: Hypoiodid syre g) FeO: Jern(II)oxid h) Fe2O3: Jern(III)oxid i) TiCl4: Titaniumclorid j) NaH: Natriumhydrid k) Li3N: Lithiumnitrid l) Na2O: Natriumoxid m) Na2O2: Natriumperoxid Opgave 12 Navngiv følgende kemiske forbindelser: a) Na2(+)CrO4(2-): Natriumchromat b) K2(+)HPO4(2-): Kaliumhydrogenphosphat c) HBr (gas): Hydrogenbromid d) HBr (vandig): Hydrogenbromidsyre e) Li2(+)CO3(2-): Lithiumcarbonat f) K2(+)Cr2O7(2-): Kalsiumdichromat g) NH4(+)NO2(2-): Ammoniumnitrit h) PF3: Phosphortriflorid i) Sr(2+)SO4(2-): Strontiumsulfat j) Al(OH)3: Aluminiumhydroxid Opgave 13 Skriv formlerne for følgende forbindelser: Cæsiumiodid (cesium iodide): CsI Lithiumfosfat (lithium phosphate): Li3PO4 Magnesium(2+)bromid(-) (magnesium bromide): MgBr2 Strontium(2+)fosfat(3-) (strontium phosphate): Sr3(PO4)2 Jern(III)sulfat(2-) (iron(III) sulfate): Fe2(SO4)3 Aluminium(3+)sulfit(2-) (aluminum sulfite): Al2(SO3)3 Opgave 14 Melamin, 2,4,6-triaminotriazin, har strukturen:

Hvad er den empiriske formel for melamin? det samme som Melamin kan bruges til at give falske, høje protein værdier i for eksempel mælkepulver, på grund af indholdet af nitrogen. Beregn masseprocenten for nitrogen i melamin.

=

= Masseprocenten for nitrogen i melamin bestemmes: = 66.65079743

Opgave 15 En forbindelse indeholder 66,42% C, 5,57% H og 28,01% Cl (masseprocenter). a) Bestem forbindelsens empiriske formel. Man tager udgangspunkt i, at hele molekylet vejer 100 g. Dermed kan masseprocenterne benyttes som massen. Man kan dermed udregne stofmængden for alle tre grundstoffer, vha. mængdeberegning = = = Stofmængderne dividere dem med den mindste stofmængde, altså stofmængden for oxygen, som man lige har udregnet: = 6.999963021

= 6.994143603

= 1.000000000 Den empiriske formel er dermed:

b) Foreslå en struktur for stoffet og navngiv det (bonusspørgsmål).

7-chlorocyclohepta-1,3,5-triene Opgave 16 1,420 g af en organisk forbindelse analyseres til at indeholde 0,696 g C, 0,039 g H og 0,685 g Cl. a) Bestem forbindelsens empiriske formel. Man tager udgangspunkt i, at hele molekylet vejer 100 g. Dermed kan masseprocenterne benyttes som massen. Man kan dermed udregne stofmængden for alle tre grundstoffer, vha. mængdeberegning = = = Stofmængderne dividere dem med den mindste stofmængde, altså stofmængden for oxygen, som man lige har udregnet: = 2.999360388

= 2.002472194

= 1.000000000 Den empiriske formel er dermed:

b) Foreslå en struktur for stoffet og navngiv det (avanceret). Opgave 17 Beregn masseprocenterne for de fire grundstoffer i nitroglycerin, C3H5N3O9.

= = = = = = = = =

Opgave 18 Fermentering er den komplekse kemiske proces der finder sted under vinfremstilling, hvor glukose bliver omdannet til ethanol og kuldioxid:

Hvis processen startes med 500 g glukose, hvad er så den maksimale mængde ethanol der kan fremstilles ved denne proces. Angiv mængden i både gram og liter (densitet for ethanol er 0.789 g/mL).

= = =

= Omregnes til liter: = 324.0959651 Opgave 19 Rufinamid er et lægemidel som anvendes I behandlingen af epelepsi :

Hvad er den empiriske formel for rufinamid?

Beregn desuden masseprocenterne af de 5 grundstoffer i rufinamid? = = = = = = Opgave 20 Hvilke atomsymboler kan tilsammen danne følgende navne: a) Kasper: KaSPEr b) Rasmus: RaSmUS c) Niklas: NIKLaS d) Tante Nora: TaNTe NoRa e) Paulus: PAuLuS f) Irene: IReNe g) Lucas: LuCaS

Grupperegning 2 26027 Grundlæggende Kemi Opgave 1 Afstem følgende fuldstændige forbrænding af propangas:

Opgave 2 Efter en forbrydelse prøver en gerningsmand at opløse sin pistol i svovlsyre: a) Afstem reaktionen:

Ladning: b) Hvad oxideres? oxideres, da oxidationstallet bliver større efter reaktion. c) Hvad reduceres? reduceres, da oxidationstallet bliver mindre efter reaktion. d) Pistolen består af 850 g jern. Hvad er den mindste masse af ren svovlsyre der kan for at opløse pistolen?

=

Forholdet mellem jern og svovlsyre er

:

= 22.83105022 Molarmassen af svovlsyre bestemmes: = 98.066 Den mindste masse af ren svovlsyre kan nu bestemmes: = Den mindste masse af ren svovlsyre der skal være for at opløse pistolen er Opgave 3 Afstem reaktionsligningen (sur opløsning):

g.

Ladning:

Opgave 4 I racerløb kan at levere en større effekt (nitrous oxide engine). 1) Afstem reaktionen for forbrænding af oktan (benzin) med lattergas:

lattergas flydende og har en densitet på 1.22 kg/L. 2) Hvor mange liter N2O skulle bilen påfyldes hvis den skulle bruge N2O som oxidations middel til 5% af det påfyldte brændstof? = 150.00 at 5 digits

1315.8

= 32900.000 = 72380.000 = 59.32786885

3) Hvis alle 200 L benzin blev oxideret med lattergas, hvor mange kg CO2 ville så blive udledt? = 150.00

at 5 digits

1315.8

= 10526.4 = 44 = Omregnes til g: = 463.1616000 Der vil være udledt 463.16 kg

, hvis alle 200 L benzin blev oxideret med lattergas.

Opgave 5 Zink metal sættes til en vandig opløsning, som indeholder 0,10 mol saltsyre, og H2 gas dannes ifølge:

Beregn hvor mange mol H2 gas der dannes, ved anvendelse af henholdsvis: a) 3,27 gram zink

= 0.05001529520

Eftersom forholdet mellem

og

er 1:1, dannes der 0.05 mol

Opgave 6 Bestem oxidationstrinene for grundstofferne i følgende forbindelser: = = = = = 16 =5

.

Opgave 7 Identificer hver af de følgende stoffer som stærk elektrolyt, svag elektrolyt eller ikke-elektrolyt: (brug opløseligheds regler på side 101 i Chang og Goldsby, eller slide med opløseligheder fra forelæsningen) a)

Opgave 8 Hvilke faktorer afgør om et givet stof er et salt? Angiv hvilke af de følgende stoffer er salte: Salte er ioniske forbindelser bestående af kationer og anioner som hverken indeholder , eller CH4 - nej NaF - salt NaOH - nej CaO - nej BaSO4 - salt HNO3 - nej NH3 - nej KBr - salt Opgave 9 Bestem molariteten af hver af de følgende opløsninger: a) 29.0 g ethanol (C2H5OH) I 545 mL opløsning

= 46.068 = 0.6295042112

= 1.155053599 b) 15.4 g sucrose (C12H22O11) I 74.0 mL opløsning = 342.296 = 0.04499030079

= 0.6079770377 c) 9.00 g natriumchlorid (NaCl) i 86.4 mL opløsning

= 58.45 = 0.1539777588

= 1.782149986 Opgave 10 (ekstra) Stofferne hydrazin(N2H4) og N2O4 danner selvantender spontant når de blandes (Hybergolsk til finmanurering af fartøjer i rummet.

1) Navngiv N2O4, og bestem oxidationtrin af nitrogen i N2O4, hydrazin samt i N2

Grupperegning 3 26027 Grundlæggende Kemi

Daltons lov I en gasblanding er det totale tryk summen af de individuelle partialtryk. Volumen og temperatur er konstant. Ganger man tryk og volumen sammen for man en konstant. 1) Trykket af en gas følger temperaturen for fast V: 2) Volumen af en gas ved fast tryk er proportionalt med T: Idealgasloven

(tryk skal være i Pa)

Idealgas og ikke-Idealgas Idealgas: - Høj temperatur - Lavt tryk - Partikelstørrelsen er lille sammenlignet med pladsen mellem partiklerne - Vekselvirkningen mellem partiklerne er ubetydelig

Ikke-Idealgas: - Lav temperatur - Højt tryk - Partikelstørrelsen er stor sammenlignet med pladsen mellem partiklerne - Vekselvirkningen mellem partiklerne er betydelig. Ikke-Idealgas: Van der Waals Equation En præcis beskrivelse af ikke-ideale gasser er givet ved ligningen:

Her er a og b parametre, der korrigerer for ikke-idealt tryk og volumen. Molekylerne tiltrækkes af hinanden, så trykket føles mindre end indealtrykket. Molekylerne har et endeligt volumen, der er mindre end idealvolumet. Kinetisk teori: Hastighed, energi, RT Gasmolekylernes gennemsnitlige kinetiske energi Den samlede energi er derfor: Trykket er derfor et mål for energi-tætheden i en gas. Opgave 1 a) Afstem reaktionen i sur opløsning (hint: brug guide bagerst i opgavesættet)

Ladning: =

b) Afstem reaktionen i basisk opløsning:

= 13

Ladning: =

= 20

= 24

c) Forklar hvorfor følgende reaktion nedenfor ikke er en redox reaktion (hint: bestem evt. oxidations trin). Navngiv produktet Fe2(PO4)2:

Reaktanter og produkter har samme oxidations trin før og efter reaktionen. Derfor er der ikke tale om en redoxreaktion, da der ikke sker nogen reduktion eller oxidation under reaktionen (=ingen formel udveksling af elektroner). Navn: Jern(III)fosfat . Opgave 2 Er følgende sandt eller falsk?

Opgave 3 Forklar, med udgangspunkt i idealgas-ligningen, hvorfor luftballoner med almindelig luft kan flyve, hvis de er opvarmede (varmluftballoner). Der kan argumenteres ud fra basis ideal gasformlen, men alternativt kan en mere stringent argumentation laves ud fra densits formlen for idealgasser (chang og golsby ligning 5.11).

I opgaven er det ikke helt klart hvad for en type ballon der refereres til, men er det den indenfor og udenfor, så er temperaturen som ændres: Da:

hvilket giver en opdrift. Opgave 4 Antag, at ilt er en idealgas. I en iltbeholder på 1 liter lagres ilt ved et tryk på 10 atmosfærer ved 300 K. a) Hvor meget ilt har man formået at opbevare ( i mol)?

Stofmængden bestemmes: = 0.4060089322 b) Ilten frigøres helt til en container med et volume på 10 liter, bestående af atmosfærisk luft (antag idealgasnatur) ved normalt tryk (1 atm) og 300 K, og iltbeholderen tømmes helt. Hvad er trykket i containeren efter tilførsel af ilten? Der er også 0.406 mol luft i containeren før tilførsel af ilten (samme regnestykke, men 10 x 1 byttet om for pV). Efter tilførsel er der 0.812 mol gas i containeren, dvs en fordobling af n, hvilket svarer til en fordobling af trykket. p = nRT/V Opgave 5 Hvor meget fylder 100 gram Helium ca. ved 25C og 1 atm?

Temperaturen omregnes til Kelvin: = Stofmængden af Helium bestemmes:

=

Volumen af Helium bestemmes vha. idealgasligningen: = 611.6450000 a) Godt 100 L b) Godt 300 L c) Godt 600 L (X) d) Godt 1200 L Opgave 6 En ukendt gas fra atmosfærisk luft befinder sig i ren form i en 3.82 L container. Du har et barometer, en vægt, en tom tilsvarende container og et termometer til rådig. Barometeret på den fulde container viser 3632 mm Hg og termometeret 100 C. Den tilsvarende tomme container vejer 1 kg, og containeren med gassen vejer ca. 1019.1 g.

Antag idealgasnatur. Hvilken gas er der tale om? (Hint: Det er enten N2, O2, Ar eller CO2).

Torr omregnes til Pascal: = Pascal omregnes til atm: = 4.778934162 Temperaturen omregnes fra grader celsius til Kelvin: = 373 Man kender

. Nu kan stofmængden af stoffet i containeren bestemmes: 0.5961319812

(6.1)

Stofmængden af de forskellige gasser bestemmes: = = = = Man kan her se, at der er tale om

i containeren. Dette ses, da stofmængden er den samme heraf.

Opgave 7

allerede under 2. Verdenskrig. Det er langt mere stabilt og sikkert end andre typer sprængstoffer, og der derfor populært både til militære og civile formål. Eksplosionen kan forstås som en ekstremt hurtig dekomponering af RDX til lattergas (N2O) og formaldehyd (CH2O):

1) Afstem reaktionen

2) Hvor sort volumen (ideal-gas) dannes ved sprængningen af 1kg RDX en ved havoverfladen en dag det er 30 oC varmt? at 5 digits

= 27.0270 Temperaturen omregnes til Kelvin: = Man bestemmer nu volumet:

Normaltrykket på jorden er

. Nu kan volumet bestemmes: = 672.3317601

3) Har densiteten af gasblandingen som udvikles ved eksplosionen af RDX en højere eller lavere end atmosfærisk luft (antag at luft består af 79% N2 og 21% O2)? Da densiteten af en idealgas er ligefrem proportional m molarmassen (konstant tryk og temperatur): (Chang og Goldsby ligning 5.11) Produkterne består af 50 % lattergas og 50 % formaldehyd, dvs at gennemsnits molarmassen for bladningen og luft er hhv.: = 37.0

= 28.84 Da

har eksplosionsblandingen en højere densitet end luft.

Formaldehyd er en meget giftig gas. Arbejdstilsynets grænseværdi for formaldehyd er 1mg/m3 (grænseværdi = højeste tilladte koncentration i luften). Opgave 8 Menneskers lunger udnytter atmosfærens partialtryk af O2, som er 0.21 atm. En dykker benytter en iltbeholder på 3 liter, og temperaturen i vandet og beholderen på 20C (293.15 K). Dykkeren bruger 30 gram O2 i timen. (antag idealgasnatur). Hvilket tryk skulle iltbeholderen have, hvis der var tale om ren ilt, som skulle vare en time?

Stofmængden af

bestemmes for 1 times brug:

at 5 digits

Trykket bestemmes:

= 7.521129687

Grupperegning 4 Opgave 1 Betragt

Hvis 2.0 mol

omdannes til

og

imod et tryk på 1.0 atm ved 125 grader celsius, hvad

Man ønsker at bestemme V:

solve for V

L

Enthalpien omregnes til J fra KJ:

Energiændringen bestemmes: = Energiændringen regnet tilbage til KJ: = 476.9818888 Opgave 2 Beregn reaktionen:

og ligevægtskonstanten,

, ved -100 grader celsius og ved +100 grader celsius for

Gibbs energi bestemmes vha. følgende formel:

= 58.04 = 176.62 Ved 100 grader:

omregnes til KJ: = 0.1766200000 =

J

= --------------------------------------------------------------------Ved -100 grader:

omregnes til KJ: = 0.1766200000 = 27.48474000

J

= Opgave 3 Beregn standard reaktionsenthalpierne, for reaktionen: H S

0 223.0

0

, og standard reaktionsentropierne,

, ved 25 oC

-92.3 187.3

= = 151.6 Kan en temperatur bestemmes hvor reaktionen netop forløber spontant? Hvis ja, hvad er så denne temperatur? Hvis nej, hvorfor ikke? Nej. Begge led er negative. Opgave 4 Beregn ligevægtskonstanten, , ved dannelsen af ozon fra oxygen: G

0

163.4

ud fra dannelsens fri energier,

for

= 326.8 Ligevægtskonstanten bestemmes ved 25 grader celsius: = Opgave 5 En person spiser et halvt pund ost (energiindtag: 4000 kJ). Hvis vi antager at intet af den energi oplagres i kroppen (som fedt!), hvor meget vand skal personen så fordampe (udånding, sved) for at opretholde samme kropstemperatur som før indtaget af ost? (Det kræver 44.0 kJ at fordampe et mol vand).

at 5 digits

1636.4

Opgave 6 Betragt reaktionen: H S

-238.7 126.8

0 205.0

-285.8 69.9

-393.5 213.6

a) Ligningen ganges med 2 = b) Raktionen opskrives i den modsatte retning: = 1452.8 c) Produktet er vanddamp og ikke vand på vækseform?

På væskeform: = =

Grupperegning 5 Teori Opløselighed (letopløselig og tungopløselig)

Bohr´s Atommodel (Hydrogen) - model for hydrogenatomet

Den energi der udsendes, når en foton exiteres er:

Planks konstant:

(blanding af flere farver) Beregning af energi 1 nm = =

Pr mol: =

=

Kvantetal Hver elektron i et atom har en unik "adresse" i form af en unik kombination af de fire kvantetal:

Hydrogen:

Betydning for kvantetal: = principal = Hvor langt befinder elektronen sig fra kernen? = angular = Hvilken orbitalform beskæftiger den sig i? = magnetic = Hvilken retning i rummet retter orbitalen sig mod? = spin = Elektronen har et spin rundt om sig selv (en hel gang rundt om sig selv, den ene eller Hovedkvantetal = skalnummeret Bikvantetal = impulsmoment (afgører hvilken orbitaltype man har) Magnetisk kvantetal Orbitaler

Antal orbitaler i hver skal:

Opgave 1 Helt fyldte skaller er særligt stabile i kvantemekanikken, fordi elektronerne fordeles optimalt i rummet for en given kerneladning. Octetreglen er en særregel af dette, svarende til ædelgassernes otte elektroner i yderste skal. Det koster desuden meget ekstra energi at have elektroner i et højere kvantetal n. a) Hvilke oxidationstrin af Zn og Cu svarer til fyldt d-skal? Zn(II) Cu(I) b) Forklar, hvorfor Ca og Na altid findes i +2 og +1 tilstandene. Ca består af 2 s-skaller: Na består af 1 s-skal: Ca(II) og Na(I) har lukkede skaller m. elektronkonfiguration [Ar] og [Ne] (dvs. opfylder octetreglen) hvilket er særligt stabilt, fordi atomerne undgår at have elektroner i 4s og 3s orbitalerne, som har meget højere energi end hhv. 3. og 2. skal. Opgave 2 Opskriv elektronkonfigurationerne for:

Opgave 3 Angiv, for hver af følgende ioner eller atomer, én positiv og én negativ ion, der er isoelektronisk med

den opgivne ion eller det opgivne atom: , og er isoelektroniske. og er isoelektroniske. er ikke isoelektronisk med nogen af de andre. Opgave 4 Angiv, for hver af følgende ioner eller atomer, én positiv og én negativ ion, der er isoelektronisk med den opgivne ion eller det opgivne atom: : Kationer: eller . Anioner: eller : Kationer: eller . Anioner: eller : Kationer: eller . Anioner: (kun denne er mulig!) : Kationer: eller . Anioner: eller Opgave 5 Når et stof der indeholder Cæsium ioner opvarmes med en Bunsen-brænder udsendes fotoner med en energi på .

Bølgelængden bestemmes: solve for lambda

Meter omregnes til nanometer: = 462.5581395 Dette svarer til en bølgelængde på

, der er den blå farve.

Opgave 6 Fotodissociation af vand:

er blevet foreslået som en mulig kilde til fremstilling af hydrogen. for reaktionen er 285.8 kJ/mol (beregnet vha. termodynamiske data). Antag (simpelt), at aktiveringsenergien for reaktionen (energien nødvendig for at starte reaktionen) svarer til denne energi. a) Beregn den maksimale bølgelængde (i nm) af den stråling der har den nødvendige energi til at spalte vandmolekylerne og starte reaktionen.