Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 1 af 16 UORGANISK KEMI Fredag den 19. december 2014

Transkript

1 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 1 af 16 pgave 1. Molekylorbitalteori 1.1 Angiv elektronkonfigurationer for, Al, e 3+ og Br. : [He]2s 2 2p 4 Al: [Ne]3s 2 3p 1 e 3+ : [Ar]3d 5 Br : [Kr] 1.2 Molekylorbitalteori. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for C 2. σ 2pz * π 2px,y * σ 2pz π 2px,y σ 2s * σ 2s σ 1s * σ 1s b) Angiv bindingsorden for C 2. Bindingsorden = ½(8-4) = 2 c) Angiv de magnetiske egenskaber for C 2.

2 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 2 af 16 C 2 er diamagnetisk. 1.3 Ved en to trins oxidation af C 2 kan ionen C 2 2+ tænkes dannet. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for C σ 2pz * π 2px,y * σ 2pz π 2px,y σ 2s * σ 2s σ 1s * σ 1s b) Angiv bindingsorden for C Bindingsorden = ½(6-4) = 1 c) Angiv de magnetiske egenskaber for C C 2 + er paramagnetisk.

3 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 3 af 16 pgave 2. Reaktioner og navngivning 2.1 Navngivning. Navngiv følgende forbindelser: 5% NH 4 Ammoniumfluorid HN 3 Salpetersyre Na 2 2 Natriumperoxid KHS 4 Kaliumhydrogensulfat Cu 2 Kobber(I)oxid 2.2 ærdiggør og afstem følgende reaktionsskemaer: 5% Ca(s) + H 2 (l) Ca(s) + 2 H 2 (l) Ca(H) 2 (aq) + H 2 (g) NaH(s) + H 2 (l) NaH(s) + H 2 (l) NaH(aq) + H 2 (g) Ba 2+ (aq) + C 3 2 (aq) Ba 2+ (aq) + C 3 2 (aq) BaC 3 (s) P 4 10 (s) + H 2 (l) P 4 10 (s) + 6H 2 (l) 4 H 3 P 4 Cu 2+ (aq) + S 2- (aq) Cu 2+ (aq) + S 2 (aq) CuS(s) pgave 3. Kompleksforbindelser 3.1 Navngiv følgende kompleksforbindelser: [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 hexaammincobalt(iii)chlorid [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 pentaamminchlorocobalt(iii)chlorid [Cu(H 2 ) 6 ] 2+ Hexaaquakobber(II)-ion K 3 [Cr(CN) 6 ]

4 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 4 af 16 Kaliumhexacyanochromat(III) 3.2 pskriv d-orbital diagrammer for følgende komplekse ioner: [Cu(H 2 ) 6 ] 2+ og [Cr(CN) 6 ] 3-. [Cu(H 2 ) 6 ] 2+ d 2 2 2, d z x y d xy, d xz, d yz [Cr(CN) 6 ] 3- d, d 2 2 y 2 z x d xy, d xz, d yz 3.3 Angiv de magnetiske egenskaber for henholdsvis [Cu(H 2 ) 6 ] 2+ og [Cr(CN) 6 ] 3-. [Cu(H 2 ) 6 ] 2+ : Paramagnetisk [Cr(CN) 6 ] 3- : Paramagnetisk

5 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 5 af 16 pgave 4. Lewisstrukturer og VSEPR 4.1 Angiv Lewisstrukturer og eventuelle resonansstrukturer (med formelle ladninger) for CH 4, S 6, H 3 +, N 3, P 5 : H H C H H S H H H + P N N N 4.2 Tegn en tydelig tredimensionel struktur og angiv omtrentlige bindingsvinkler for CH 4, S 6, H 3 +, N 3, P 5 : CH 4 : Tetraedrisk (~109,5 ) S 6 : oktaedrisk (90 ) H 3 + : Trigonal pyramide (109,5 ) N - 3 : trigonal plan (~120 ) P 5 : Trigonal bipyramide

6 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 6 af Angiv for hvert af følgende molekyler/ioner, om de har et dipolmoment, der er forskelligt fra 0: CH 4, S 6, H 3 +, N 3, P 5 : CH 4 : dipolmoment = 0 S 6 : dipolmoment = 0 H 3 + : dipolmoment 0 N 3 - : dipolmoment = 0 P 5 : dipolmoment = 0 pgave 5. Reaktioner 5.1 ærdiggør og afstem følgende reaktionsskemaer for følgende stoffers reaktion med rigeligt ilt: 5% Zn(s) + 2 (g) 2 Zn(s) + 2 (g) 2Zn(s) P 4 (s) + 2 (g) P 4 (s) (g) P 4 10 (s) Li(s) + 2 (g) 4 Li(s) + 2 (g) 2 Li 2 (s) Na(s) + 2 (g) 2 Na(s) + 2 (g) Na 2 2 (s) H 2 S(g) + 2 (g) 2 H 2 S(g) (g) 2 S 2 (g) + 2 H 2

7 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 7 af 16 Phosphorsyre, H 3 P 4, kan fremstilles ud fra calciumphosphat, Ca 3 (P 4 ) 2, ved tilsætning af koncentreret svovlsyre. 5.2 pskriv en afstemt reaktionsligning for fremstilling af phosphorsyre ud fra calciumphosphat. 3% Ca 3 (P 4 ) 2 (s) + 3 H 2 S 4 (konc.) 2 H 3 P CaS 4 (s) Jern metal kan fremstilles ud fra jern(iii)oxid i en termitreaktion ved høj temperatur. 5.3 pskriv en afstemt reaktionsligning for fremstilling af jern ud fra jern(iii)oxid og aluminium. e 2 3 (s) + 2 Al(s) Al 2 3 (s) + 2 e(s)

8 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 8 af 16 Bilag 1. Periodisk system med atommasser og elektronegativiteter 1 1, ,0026 H He 2,1 3 6, , , , , , , ,180 Li Be B C N Ne 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4, , , , , , , , ,948 Na Mg Al Si P S Cl Ar 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,5 3, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,80 K Ca Sc Ti V Cr Mn e Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 0,8 1,0 1,3 1,5 1,6 1,6 1,5 1,8 1,9 1,9 1,9 1,6 1,6 1,8 2,0 2,4 2, , , , , , ,94 43 (97,907) , , , , , , , , , , ,29 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 1,9 2,2 2,2 2,2 1,9 1,7 1,7 1,8 1,9 2,1 2, , , , , , , , , , , , , , , ,98 84 (209) 85 (210) 86 (222) Cs Ba La Hf Ta W Re s Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 0,7 0,9 1,0 1,3 1,5 1,7 1,9 2,2 2,2 2,2 2,4 1,9 1,8 1,9 1,9 2,0 2,2 87 (223) 88 (226) 89 (227) 104 (261) 105 (262) 106 (263) 107 (262) 108 (265) 109 (266) r Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt 0,7 0, , , ,24 61 (144,91) , , , , , , , , , ,97 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu , , ,03 93 (237,05) 94 (244,06) 95 (243,06) 96 (247) 97 (247,07) 98 (251,08) 99 (252,08) 100 (257,1) 101 (258,1) 102 (259,1) 103 (262,1) Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es m Md No Lr

9 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 9 af 16 pgave 6. Bindingsenergi Betragt forbrændingen af methan, CH 4 : CH 4 (g) (g) C 2 (g) + 2H 2 (l) 6.1 Anvend tabelværdier for bindingsenthalpier til at beregne reaktionsenthalpien for forbrænding af CH 4 : r H = 4 b H(C-H) + 2 b H(=) 2 b H(C=) 4 b H(H-) = kj mol kj mol kj mol kj mol -1 = 808 kj mol Anvend standardenthalpier til at beregne reaktionsenthalpien for reaktionen givet i 6.2. r H = f H(C 2 (g)) + 2 f H(H 2 (l)) f H(CH 4 (g)) 2 f H( 2 (g)) = ( 394 kj mol -1 ) + 2 ( 286 kj mol -1 ) ( 74) kj mol -1 0 = 892 kj mol orklar forskellen mellem de beregnede enthalpier i spørgsmål 6.1 og % 6.1 er beregnet med gennemsnitlige bindingsenergier (og er desuden kun et godt estimat når alle stoffer er på gasform). 6.4 Angiv om reaktionen i 6.1 er endotherm eller exotherm. 1% Exotherm

10 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 10 af 16 pgave 7. arver og energier [Cr(CN) 6 ] 3 og [Cr 6 ] 3 er forbindelser hvor liganderne sidder oktaedrisk omkring centralatomet. Ligandfeltopsplitningerne,, for de to forbindelser er cm -1 og cm Angiv hvilken af de to forbindelser ovenfor der har en ligandfeltopsplitning på cm -1. [Cr 6 ] Angiv bølgelængderne (i nm) af lys med energierne cm -1 og cm -1 3% 1/15000 cm -1 = 667 nm og 1/26600 cm -1 = 385 nm Antag at forbindelserne har et absorptionsmaksimum ved disse energier. 7.3 Beregn energien (i enheden kj mol -1 ) af lyset som de to forbindeler absorberer. 3% E = hν = hc/λ = (6, J s 3, m s -1 / ( m)) 6, mol -1 = 179 kj mol -1 E = hν = hc/λ = (6, J s 3, m s -1 / ( m)) 6, mol -1 = 311 kj mol Ved brug af farvehjulet: Angiv farven på den af de to forbindelser, som absorberer lys med den laveste energi. 3% 179 kj mol -1 svarer til 667 nm. Dvs. absorption af rødt lys og forbindelsen må derfor være grøn.

11 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 11 af 16 pgave 8. Krystalstrukturer CsCl(s) krystalliserer i en simpel kubisk enhedscelle, se figur. 8.1 Angiv hvor mange Cs + ioner og hvor mange Cl ioner en enhedscelle indeholder. 1 og 1 Ionradius af Cs + er 174 pm og ionradius af Cl er 181 pm. 8.2 Beregn længden af rumdiagonalen for enhedscellen. Rumdiagonalen = 2 r(cs + ) + 2 r(cl ) =710 pm 8.3 Beregn volumen af enhedscellen. Hjælp: Kantlængden er givet ved 1 3 gange rumdiagonalen. 3% Kantlængden er = 1/sqrt(3) 710 pm = 410 pm V = (410 pm) 3 = 6, cm Beregn densiteten af CsCl. 3% ρ = m/v = 168,36 g mol -1 / (6, mol -1 6, cm 3 ) = g/cm 3

12 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 12 af 16 pgave 9. Born-Haber 9.1 pstil en Born-Haber cyklus for reaktionsskemaet: K(s) + ½ 2 (g) K(s) K(s) + 1/2 2 (g) a H (K, s) +½ b H ( 2, g) K(g) + (g) f H (K, s) IE 1 (K, g) EA 1 (, g) K(s) lattice H (K) K + (g) + - (g) 9.2 Beregn gitterenthalpien, gitter H, for K(s) ved beregning ud fra Born-Haber cyklussen ovenfor. 3% gitter H (K) = IE 1 (K, g) + EA 1 (, g) subl H (K, s) ½ b H ( 2, g) + f H (K, s) = 419 kj mol kj mol kj mol -1 1/2 158 kj mol -1 + ( 567 kj mol -1 ) = 827 kj mol -1 Ionradius for K + er 138 pm og ionradius for er 133 pm. 9.3 Estimer gitterenthalpien, gitter H, for K(s) ved beregning ud fra Born-Landé ligningen. 3% = 6, mol -1 1, (1, C) 2 / (4 3,1416 8, m -1 ( ) m) (1-1/8) = -798 kj/mol

13 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 13 af 16 pgave 10. Identifikation af en ionisk forbindelse En opløsning af en ren ionisk forbindelse er blevet undersøgt og observationerne er blevet noteret: 1. Indikatorpapir viser, at opløsningen er neutral. 2. pløsningen er farveløs. 3. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HN 3 (aq) og derefter AgN 3 (aq) kommer der straks et bundfald. 4. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HN 3 (aq) og derefter H 2 S 4 (aq) kommer der straks et hvidt bundfald. 5. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HN 3 (aq) og derefter BaCl 2 (aq) sker der ingen udfældning. 6. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HN 3 (aq) og derefter gradvist NaH(aq) sker der ingen udfældning.. 7. Hvis opløsningen tilsættes Na 2 S(aq) sker der ingen udfældning oreslå mindst 3 forskellige anioner, der giver bundfald ved behandlingen ved punkt 3. Eksempelvis Cl -, Br -, I Angiv farven på bundfaldene ved punkt 3 for de tre anioner foreslået i opgave AgCl - hvidt, AgBr - flødefarvet, AgI - gult Hvilke to kationer er de eneste der kan give et bundfald ved punkt 4? Ba 2+ og Sr Hvilken analyse kunne man udføre for at skelne de to kationer i opgave 10.3 fra hinanden? ældning af Ba 2+ med Cr 4 2- lammefarve Ba (grøn) Sr (rød) 10.5 Angiv mindst et forslag til en ionisk forbindelse, der kan være det

14 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 14 af 16 ukendte stof. SrCl 2

15 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 15 af 16 Bilag 2. Data til brug i beregninger ysiske konstanter: Avogadros konstant: L = 6, mol 1 Plancks konstant: h = 6, J s Lysets hastighed: c = 2, m s 1 Madelung konstant (K) A = 1,78 Vakuumpermittivitet ε 0 = 8, m -1 Elementarladning e = 1, C Born exponent for K n = 8 Pi π = 3,1416 Termodynamiske data: Bindingsenergi for = b H(=) = 498 kj mol 1 Bindingsenergi for C H b H(C H) = 416 kj mol 1 Bindingsenergi for C= b H(C=) = 806 kj mol 1 Bindingsenergi for H b H(H ) = 464 kj mol 1 Bindingsenergi for b H( ) = 158 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for H 2 (l) f H(H 2 (l)) = 286 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for CH 4 (g) f H(CH 4 (g)) = 74 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for C 2 (g) f H(C 2 (g)) = 394 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for K(s) f H(K(s)) = 567 kj mol 1 Atomiseringsenthalpi for K(s) a H(K(s)) = 90 kj mol 1 1. ioniseringssenthalpi for K(g) ΙΕ1(K(g)) = 419 kj mol 1 1. elektronaffinitet for (g) EA1 ((g)) = 328 kj mol 1 Pythagoras sætning for sidelængderne (a og b) og hypotenusen (c) i en retvinklet trekant: a 2 + b 2 = c 2 range arvehjulet: Rød Gul Violet Grøn Blå

16 Skriftlig prøve i kursus 26173/E14 Side 16 af 16 Periodisk system med atommasser og elektronegativiteter 1 1, ,0026 H He 2,1 3 6, , , , , , , ,180 Li Be B C N Ne 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4, , , , , , , , ,948 Na Mg Al Si P S Cl Ar 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,5 3, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,80 K Ca Sc Ti V Cr Mn e Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 0,8 1,0 1,3 1,5 1,6 1,6 1,5 1,8 1,9 1,9 1,9 1,6 1,6 1,8 2,0 2,4 2, , , , , , ,94 43 (97,907) , , , , , , , , , , ,29 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 1,9 2,2 2,2 2,2 1,9 1,7 1,7 1,8 1,9 2,1 2, , , , , , , , , , , , , , , ,98 84 (209) 85 (210) 86 (222) Cs Ba La Hf Ta W Re s Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 0,7 0,9 1,0 1,3 1,5 1,7 1,9 2,2 2,2 2,2 2,4 1,9 1,8 1,9 1,9 2,0 2,2 87 (223) 88 (226) 89 (227) 104 (261) 105 (262) 106 (263) 107 (262) 108 (265) 109 (266) r Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt 0,7 0, , , ,24 61 (144,91) , , , , , , , , , ,97 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu , , ,03 93 (237,05) 94 (244,06) 95 (243,06) 96 (247) 97 (247,07) 98 (251,08) 99 (252,08) 100 (257,1) 101 (258,1) 102 (259,1) 103 (262,1) Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es m Md No Lr