Eksamen i fag SIK3005, 8. mai 2002.

Oppgave 1.

a) - Svovel brenner i luft og danner svoveltrioksid. Skriv opp den balanserte reaksjonsligningen.
- Svoveltrioksid løses i vann og danner svovelsyre. Skriv opp den balanserte reaksjonsligningen.
- Kombinér disse to likevektene til en ny likevekt hvor svoveloksid ikke inngår.
- Vis hvordan likevektskontanten for totalreaksjonen (i prinsippet) kan finnes fra konstantene for de to delreaksjonene.

b) Kalkstein (kalsiumkarbonat) reagerer med svovelsyre (sulfuric acid) og det dannes gips (kalsiumsulfat) og det bobler en gass. Reaksjonen skjer i vann, så vann kan inngå som reaktant eller produkt.
- Skriv opp den balanserte reaksjonslikningen.
- Gi uttrykket for likevektskonstanten.
- Angi for hver av forbindelsene hva det betyr at de er i standardtilstand.
- Hva er verdien av Q hvis gassboblene er ren CO2, reaksjonen skjer ute i friluft, og det brukes 0,1 M svovelsyre.

Oppgave 2.

a) Blyklorid (toverdig) er tungt løselig i vann, men løses noe som ioner. Ved høy pH felles blyioner som toverdig blyhydroksid.
- Regn ut hvor mye blyklorid som løses i 0,1 M HCl.
- Regn ut hvor mye blyhydroksid som løses ved pH = 12.

b) Vann med delvis løst blyklorid tilsettes NaOH gradvis til man får felling av Pb(OH)2.
- Kombinér de to løselighetsreaksjonene fra oppgave a) og finn en totalreaksjon som beskriver hendelsen ovenfor.
- Finn likevektskonstanten for totalreaksjonen.
- Hva er pH hvis det er både blyhydroksid og blyklorid til stede, og [Cl-] = 0,01 mol/L?

Oppgave 3.

a) Natrium metall reagerer med vann og det dannes hydrogengass og NaOH og frigjøres varme.
- Hvordan vil du regne ut temperaturstigningen i vannet hvis det kan antas at all reaksjonsvarmen går over i vannet? (Se bort fra at det er stoffer løst i vannet)

b) - Hva sier termodynamikkens 2. lov?
- Forklar utfra termodynamikkens 2. lov hvordan varmeutvikling påvirker reaksjonens retning.

Oppgave 4.

a) Balansér ligningen: N2O4 + N2O => NO, og finn (delta) Go og verdien av K ved 100 oC.

b) Totaltrykket er 0,1 atmosfære og gassen er nesten ren NO, med 1% N2O og 10 ppm N2O4.
- Ved hvilken temperatur er Q = K?

Oppgave 5.

a) - Finn halvreaksjonene for følgende metaller når de går i oppløsning: Na, Zn, Mg og Al.
- Hvilket av metallene er edlest, og hvilket er minst edelt?
- Kombinér halvreaksjonene for det edleste og det minst edle og finn totalreaksjonen.
- Finn Eo og K for totalreaksjonen.
- Alle de fire metallene kan lages ved elektrolyse. Hvilket av metallene vil det kreve mest strøm (målt i amperetimer) å lage 1 kg av?

b) For Zn er det gitt to "alternative" halvreaksjoner.
- Bruk dette til å utlede en likevektskonstant for en komplekslikevekt.
- Hva har slike komplekslikevekter å si for metallers korrosjonsbestandighet?

Oppgave 6.

Luftoksidasjon av jern kan modelleres med følgende celle: Fe | Fe2+ || OH- | O2 | Pt

a) - Tegn opp cellen slik at den kan levere strøm.
- Angi halvreaksjonene, anode og katode, samt fortegn på elektrodene.
- Angi med ord hva som dannes og hva som forbrukes i totalreaksjonen.
- Forklar hvor, hvordan og hvorfor strømmen transporteres gjennom cellen.

b) Regn ut cellespenning hvis pH = 5 i venstre kammer og pH = 8 i høyre kammer, og alle andre stoffer er i standardtilstand.

Oppgave 7.

Oppgaven omhandler samme celle som i oppgave 6.

a) - Hvilken funksjon har Pt i denne cellen?
- Hvorfor ville det etter all sannsynlighet fungert like bra med jern i stedet for Pt? Forklar ved hjelp av kjemiske reaksjoner.

b) Cellen påsettes en spenning slik at strømretning og reaksjonsretning snus.
- Hva kalles den prosessen som skjer når det settes på slik strøm?
- Hvorfor kreves en større spenning (ca. 1 V større) enn det som beregnes utfra svaret i oppgave 6?

Oppgave 8.

Et lukket kammer inneholder en gassblanding med 3 atm totaltrykk. Gassen består av nesten ren nitrogen med 1% HCl (g). Temperaturen er 0oC.

a) - Hva er partialtrykket av HCl?
- Hva blir partialtrykket av HCl hvis det tilsettes så mye nitrogengass at trykket stiger til 5 atm? Temperatur og volum er uendret.
- Hva blir partialtrykket hvis volumet klemmes sammen til halvparten og temperaturen økes til 100 oC?

b) I kammeret er det en liten vanndråpe på 0,1 mL. Gassblanding har fremdeles 3 atm totaltrykk og består av nitrogen med 1% HCl (g) ved 0oC.
- Hvor mye HCl er det løst i denne dråpen?
- Vis at frysepunktet for denne dråpen må være lavere enn 0oC.

Oppgave 9.

a) Det hastighetsbestemmende trinn for luftoksidasjon av metaller (f. eks. rusting) kan være diffusjon av oksygen. Diffusjon er alltid av første orden.
- Ved luftoksidasjon i en lukket beholder ble det målt at 20% av oksygenet var brukt opp etter 24 timer. Hvor lang tid tar det før 50% av oksygenet blir brukt opp.
- Oksygen løst i vannet står i likevekt med oksygen i luften. Vis at korrosjonshastigheten dermed er av første orden med hensyn på partialtrykket av oksygen i lufta.

b) Diffusjonshastigheten varierer med temperaturen på samme måte som reaksjonshastigheten, dvs. etter Arrheniusligningen, og diffusjon kan dermed tilordnes en aktiveringsenergi.
- Anta at aktiveringsenergien for oksygendiffusjon er 35 kJ/mol. Hvor mye øker diffusjonshastigheten for oksygen hvis temperaturen stiger fra 20 til 50oC. Anta at oksygeninnholdet er konstant.
- Hvor mye ville diffusjonshastigheten endret seg hvis man i tillegg tok hensyn til forskjellene i oksygenets løselighet?

Oppgave 10.

a) - Tegn opp tre ulike butener med formel C4H8.
- Tegn opp tre ulike molekyler med formel C5H8.
- Hva er vanlige navn for sykloheksatrien?
- Tegn opp strukturen for dette molekylet.
- Hva er forskjell på eten og polyeten?

b) - Ftalsyre er en bensenring med to karboksylsyregrupper. Tegn molekylet.
- Ftalsyre kan reagere med etylenglykol (eten med to alkoholgrupper) og danne en plast. Vis hvordan.
- Er dette en kondensasjonspolymer eller en addisjonspolymer?
- Hva avgjør om dette er en herdeplast eller termoplast?
- Hvilken eller hvilke av følgende stoffer kan denne plasten avgi ved brann: Saltsyre, blåsyre, svovelsyre eller karbonmonoksid?